[發明專利]一種圖像壓縮加密方法和云輔助解密方法

有效

• 申請號: 202010836619.1
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112134681B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 柴秀麗;付江豫;田野;王音景;甘志華;路楊
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;H04L29/06;H04L9/06
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 張立強

本發明提供一種基于壓縮感知和光學變換的圖像壓縮加密方法和云輔助解密方法。該加密方法包括：根據明文圖像P生成的哈希密鑰和初始密鑰分別利用LTS系統和2D?LASM系統生成混沌序列；利用離散小波變換將所述明文圖像P分成1個近似分量LL和3個細節分量HL、LH和HH；利用混沌序列X₁對所述近似分量LL進行無損加密，利用混沌序列U₁和K₁對所述細節分量HL、LH和HH進行有損加密；將加密后矩陣LL₁和H₁合并成一個復數域矩陣LLH₁，并利用兩個隨機相位掩碼矩陣對復數域矩陣LLH₁進行雙隨機相位編碼得到矩陣LL₂和H₂；對矩陣LL₂和H₂進行量化；利用混沌序列Z₁對量化后矩陣進行隨機像素置亂；將置亂后矩陣重新組合生成序列B，對序列B進行擴散，得到密文圖像C。

技術領域

本發明涉及圖像加密技術領域，尤其涉及一種基于壓縮感知和光學變換的圖像壓縮加密方法和云輔助解密方法。

背景技術

目前，隨著互聯網和信息處理技術地迅速發展，越來越多的視頻和圖像的信息在網絡上傳輸和存儲。這些技術的發展使人們很容易地通過網絡途徑來獲取信息或傳輸自己所需的信息，極大地方便了人們的生活。但是，互聯網是一個開放共享的平臺，多媒體信息通過互聯網傳輸與存儲可能存在諸多安全隱患，尤其是在軍事，醫療和商業等眾多領域，圖像安全是最關鍵的問題之一，而對圖像進行加密是保護圖像的一種有效方法。同時，隨著傳輸的圖像尺寸越來越大，在保護圖像安全的同時，提高圖像傳輸和存儲效率，有必要對圖像進行壓縮。因此，圖像壓縮加密方案(compressive encryption scheme,CES)引起了人們越來越多的關注。

一些基于壓縮感知(compressive sensing,CS)的算法被提出。Yao等人(Yao S Y,Chen L F,Zhong Y.An encryption system for color image based on compressivesensing[J].Optics and Laser Technology,2019,120:105703.)提出了一種基于壓縮感知的彩色圖像加密方案，他們把明文圖像進行R、G、B分解為三個分量，然后使用不同的高斯隨機矩陣去分別測量稀疏后的三分量，最后把測量結果利用多圖像交叉像素置亂的方法進行置亂得到密文圖像。此外，CS在對圖像進行有效加密的同時也存在著局限性，因為CS在對大圖像進行重建時，凸優化求解需要耗費較長的時間。為了解決這個問題，一些基于CS和云平臺的圖像壓縮加密算法被提出。Xiao等人(Hu G Q,Xiao D,Xiang T,Bai S,Zhang Y S.Acompressive sensing based privacy preserving outsourcing of image storage andidentity authentication service in cloud[J].Information Sciences,2017,387:132-145.)提出了一種基于CS的云環境下的圖像外包重建和身份認證服務，首先將攜帶授權信息的水印嵌入到圖像中并上傳到云端進行存儲和處理，其次用戶向云發送水印作為數據的訪問請求，然后云檢測圖像中所要求的水印的存在。如果水印匹配，云將輸出加密稀疏數據；否則云拒絕提供重建服務。這樣防止未經授權的用戶進行惡意訪問，達到了保護隱私的目的。最近，Zhang等人(Zhang Y S,Xiang Y,Zhang L Y,Yang L X,Zhou JT.Efficiently and securely outsourcing compressed sensing reconstruction to acloud[J].Information Sciences,2019,496:150-160.)又進一步在云平臺上設計了一種CS重構方案，首先客戶端通過一個安全的測量矩陣對一個信號進行采樣，然后將采集到的測量值發送到云端進行CS重構外包。重構后的信號不僅可供客戶端使用，也可供擁有密鑰其他用戶使用，同時提出的外包方案具有高效性和隱私保護性。Yao等人利用壓縮感知對圖像進行有效加密，但是在加密過程中沒有使用擴散，導致算法安全性不高。同時，由于壓縮感知是一個有損加密的過程，上述研究對圖像的重構質量較低。Xiao等人和Zhang等人利用壓縮感知和云計算對明文圖像進行壓縮加密，但是Xiao等人的研究不能防止云的惡意欺騙，Zhang等人的研究需要用兩次不同的采樣才能保證云重構圖像的安全。