[发明专利]面向手机服务的数字图像选择加密方法

说明书

技术领域

本发明涉及手机服务的数字图像选择加密方法，特别是图像小波子带的选择、混沌序列初始值的确定、图像加密及加密质量评价方法。

背景技术

在无线互联网络普及的今天，手机服务已成为整个信息产业中发展最快、最具前景的领域，对城市建设和国民经济发展有着重要影响。手机服务是城市建设的重要组成部分，而图像是信息资源的重要表现形式。图像不仅涉及到个人隐私、商业机密、企业生存发展和军事机密，同时，由于手机使用环境具有开放性，对数字图像的安全性有更高的要求，因此手机服务中图像资源的安全问题更具有挑战性。另外，手机本身以嵌入式操作环境为技术核心，追求自身的可移动性、方便性、低功耗和低成本，其处理器计算能力、内存容量以及设备能耗方面都受到极大限制，这使得手机服务中数字图像的安全实现面临着诸多技术瓶颈：

(1)数字图像的数据量一般比较大，直接使用经典密码机制会消耗太多的处理时间，运算效率不仅过低，而且无法承受。

(2)对数字图像直接使用经典密码机制涉及二进制位串和高维矩阵之间的相互转换，这降低了图像加密的效率。

(3)数字图像属于离散采样编码而并非连续编码，邻近像素之间具有很强的相关性，且存在大量视觉冗余。这与经典密码机制面临的问题有着根本性的区别。

手机的信息处理、计算、存储和电池续航能力都很有限，而经典加密方法在图像内容保护方面虽然强度高、安全性好，但是由于其计算开销大或者能耗高，却不能在手机上直接使用。选择性加密只对数字图像中最重要的数据进行加密，以谋求在安全性和计算代价之间取得平衡。

经对现有技术的文献检索发现，Gaurav.Bhatnagar和Q.M.Jonathan Wu 2012年在Digital Signal Processing（数字信号处理）期刊上发表的论文Selective Image Encryption Based on Pixels of Interest and Singular Value Decomposition（基于感兴趣像素和奇异值分解的选择性图像加密方法）中提出了一种基于感兴趣像素和奇异值分解的选择性图像加密方案。该方案首先选择图像的感兴趣像素点集合，之后再对所选择的点集合进行加密操作。其不足在于这种感兴趣像素点集合的选择方法计算代价太高，无法直接用于手机服务中。

发明内容

本发明目的在于提供一种面向手机服务的数字图像选择加密方法，实现对手机上数字图像重要小波低频子带的选择、加密及质量评价。

图像选择加密过程

本发明提供一种面向手机服务的数字图像选择加密方法，该方法是在图像的分数小波域上实现的，内容包括待加密小波低频子带的选择、图像混沌加密密钥的确定、图像的加密操作及图像加密质量的评价四部分。

（一）待加密分数小波低频子带的选择过程

为了适应手机服务的低能量、低功耗和低成本的目的，不能对数字图像的所有分数小波子带进行加密操作，而是需要对分数小波低频子带进行选择。选择的具体过程如下：

步骤1.对于给定的大小为M₁×M₂的原始图像I，需要进行β尺度分数小波变换。对于一维函数f(t)，分数阶γ小波变换的数学公式如下：