一种基于盲源分离的顺序图像加密方法

摘要

一种基于盲源分离的顺序图像加密方法，属于信息安全技术领域。本发明公开了基于盲源分离加密多幅顺序图像的顺序特征提取法和顺序特征嵌入法。顺序特征提取法在加密时提取能够表征明文图像顺序的特征并排序，对解密图像进行同样的特征提取与排序，从而恢复其原始顺序。顺序特征嵌入法在加密时采用现有数字水印技术在明文图像中嵌入顺序特征，解密时通过提取该顺序特征并排序而完成顺序恢复。本发明的效果和益处是提供了基于盲源分离的高保密度图像加密方法，既能加密多幅无顺序图像，也能加密多幅顺序图像。本发明可形成高保密度的图像加密软硬件产品，广泛用于军事、政治、经济、文化等各领域的网络通信中保障图像数据安全。

说明书

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，涉及到图像数据的保密性，特别涉及到基于盲源分离的顺序图像加密方法。

背景技术

图像数据安全是信息安全领域的一个重要内容。为保障图像数据安全，必须在图像传输或存储之前对图像进行加密。现有图像加密方法均为计算上安全而非无条件安全。随着计算机计算能力的不断提高，目前计算上安全的加密方法并不能确保其今后的安全性。为此，根据许多加密方法利用数学难题保障其安全性的思想，我们曾应用盲源分离欠定难题提出了盲源分离图像加密方法，其原理框图如图1所示。由于所用密钥图像互相独立，且与明文图像大小相等数目相同，盲源分离加密方法满足了无条件安全的必要条件。如果密钥图像随机性好，该方法能近似达到无条件安全的高保密强度。而且，当应用盲源分离加密方法同时加密多幅图像时，盲混合过程能使加密图像更加安全。然而，由于盲源分离假设了各源信号和混合矩阵均未知，其恢复源信号的顺序具有不确定性。也就是说，图1中P幅解密图像与P幅明文图像相比，在顺序上存在无规律变化。因此，图1所示的盲源分离加密方法仅适于加密无顺序要求的多幅图像，而不能加密多幅顺序图像，如顺序图片等。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于盲源分离的顺序图像加密方法，解决盲源分离图像加密方法不能加密多幅顺序图像的问题。

本发明的技术解决方案是，通过提取明文图像的顺序特征或向明文图像嵌入顺序特征实现盲源分离解密图像的顺序恢复，实现原理如图2所示。实际上，盲源分离恢复信号的顺序之所以具有不确定性，是因为其假设了对源信号及其统计分布等先验知识一无所知。然而，当已知源信号的顺序信息并加以利用时，这一问题便迎刃而解。例如，在图像加密过程中容易获取明文图像的顺序特征，这些先验知识可在解密时用于恢复图像顺序。同理，通过加密时向明文图像中嵌入顺序特征而恢复解密图像的顺序也是可行的。在本发明中，顺序特征基于目前较成熟的数字水印技术嵌入，嵌入水印不但不会影响图像质量，而且具有较好的鲁棒性。

本发明给出了两种解密图像的顺序恢复方法：

(1)顺序特征提取法

实现原理如图3所示。加密时提取能够有效表征图像顺序的特征并排序，如图像数据正负过均值频率等，对解密图像进行同样的特征提取与排序，即可恢复其顺序。

(2)顺序特征嵌入法

实现原理如图4所示。加密时采用数字水印技术在明文图像中嵌入顺序特征，解密时提取该特征并排序便可完成顺序恢复。与明文图像数据量相比，用于顺序恢复的数据量很少。这些数据既可与加密数据一起发送，也可与密钥数据一起发送。

本发明所达到的效果和益处是，提供了基于盲源分离的高保密度图像加密方法，既能加密多幅无顺序图像，也能加密多幅顺序图像。本发明可形成高保密度的图像加密软硬件产品，广泛用于军事、政治、经济、文化等各领域的网络通信中保障图像数据安全。

附图说明

图1是盲源分离图像加密方法原理框图。

图2是本发明的一种基于盲源分离的顺序图像加密方法原理框图。

图3是本发明的顺序特征提取法原理框图。

图4是本发明的顺序特征嵌入法原理框图。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图，详细叙述本发明的具体实施例。

实施例1：基于盲源分离的多幅顺序图像加密——顺序特征提取法

设有P幅明文顺序图像s₁-s_P。P幅密钥图像s_n1-s_nP由以I₀为种子密钥的随机数发生器产生。首先，应用顺序特征提取法提取该P幅明文顺序图像s₁-s_P的顺序特征并排序，如图像数据正负过均值频率等。然后，将该P幅明文顺序图像s₁-s_P送入盲源分离欠定混合加密环节，在欠定混合加密矩阵的作用下，与P幅密钥图像s_n1-s_nP进行混合，得到P幅用于不安全信道传输的加密图像x₁-x_P。同时，种子密钥I₀通过安全信道传输至接收方。在接收端，P幅密钥图像s_n1-s_nP由种子密钥I₀初始化随机数发生器而再次产生。将P幅加密图像x₁-x_P与P幅密钥图像s_n1-s_nP组合后进行盲源分离解密，得到P幅顺序不确定的解密图像u₁-u_P。应用与加密端相同的顺序特征提取法提取u₁-u_P的顺序特征并排序，便可得到与原始明文图像s₁-s_P顺序相同的P幅解密顺序图像₁-_P。

实施例2：基于盲源分离的多幅顺序图像加密——顺序特征嵌入法

设有P幅明文顺序图像s₁-s_P。P幅密钥图像s_n1-s_nP由以I₀为种子密钥的随机数发生器产生。首先，采用现有数字水印技术向该P幅明文顺序图像s₁-s_P中嵌入顺序特征，如二进制顺序编码、随机序列等，得到嵌入了顺序特征的P幅明文顺序图像s₁′-s_P′。然后，将该P幅图像s₁′-s_P′送入盲源分离欠定混合加密环节，在欠定混合加密矩阵的作用下，与P幅密钥图像s_n1-s_nP进行混合，得到P幅用于不安全信道传输的加密图像x₁-x_P。同时，种子密钥I₀通过安全信道传输至接收方。在接收端，由种子密钥I₀初始化随机数发生器再次产生P幅密钥图像s_n1-s_nP。将P幅加密图像x₁-x_P与P幅密钥图像s_n1-s_nP组合后进行盲源分离解密，得到P幅含顺序特征的顺序不确定解密图像u₁′-u_P′。应用与加密端相应的数字水印提取技术提取u₁′-u_P′中嵌入的顺序特征并排序，便可得到与原始明文图像s₁-s_P顺序相同的P幅解密顺序图像₁-_P。