[发明专利]基于哈希链压缩感知的图像加密和解密方法

说明书

本发明提供一种基于哈希链压缩感知的图像加密和解密方法。加密方法通过首先根据初始密钥生成第一哈希链和第二哈希链；分别根据第一哈希链和第二哈希链，获得测量矩阵和加密矩阵；然后通过测量矩阵对明文图像的稀疏表示矩阵进行压缩测量，得到测量结果矩阵；根据测量结果矩阵和加密矩阵，得到加密图像矩阵，整个加密过程中仅需要保存初始密钥，减少了对密钥的存储空间和通信能耗。同时，哈希函数的密钥灵敏度极高，初始密钥值的微小改变都会导致生成完全不同的哈希序列，在中继节点处不需要保存测量矩阵，也降低了在中继节点处数据被窃取的可能性，提高了数据传输的安全性。最终实现了在保证数据安全的同时，减少密钥的空间占用量。

技术领域

本发明涉及信息加密技术，尤其涉及一种基于哈希链压缩感知的图像加密和解密方法。

背景技术

物联网是通过二维码识读设备、射频识别装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。在物联网中，每一个信息传感设备都可以是一个节点，每个节点与其他多个节点形成发送-接收节点对和接收-发送节点对，以实现无线传感器网络中的数据传输。随着无线传感器网络在各个领域的推广，在诸如军事协同作战、电子政务、工业协同设计、场景监控、远程医疗与教育等传输系统应用场景中，都需要保障传输数据的安全性，以防止数据在传输过程中被第三方恶意拦截、篡改或非法拷贝。

现有的加密算法中，只要数字图像的信号在某个变换域是稀疏的，就可以压缩与采样相结合的方式，通过压缩感知算法以一个与变换基不相关的测量矩阵将变换所得数字图像的高维信号投影到一个低维空间上进行加密传输，然后在解密装置将整个测量矩阵作为密钥，通过求解优化问题就可以从这些少量的投影中以高概率重构出原信号。

然而，无线传感器网络中的一个节点很可能与其他很多个节点形成发送-接收节点对和接收-发送节点对，为了保证数据传输的安全性，该节点在数据传输过程中就需要存储很多个与不同节点进行数据通信的测量矩阵，大量的测量矩阵元素极大的占用了节点的存储空间。而且，随着无线传感器网络规模的扩大，有时节点对之间的数据通信不可直达，需要中继节点来转播，这时数据转播的通信能耗增大、数据传输的安全性也受到了威胁。现有的加密方法中，无法在保证数据安全的同时，减少密钥的空间占用量。

发明内容

本发明提供一种基于哈希链压缩感知的图像加密和解密方法，实现了在保证数据安全的同时，减少密钥的空间占用量。

第一方面，本发明提供一种基于哈希链压缩感知的图像加密方法，应用于加密端，包括：

根据初始密钥生成第一哈希链和第二哈希链；

分别根据所述第一哈希链和所述第二哈希链，获得测量矩阵和加密矩阵；

通过所述测量矩阵对明文图像的稀疏表示矩阵进行压缩测量，得到测量结果矩阵；

根据所述测量结果矩阵和所述加密矩阵，得到加密图像矩阵，所述加密图像矩阵对应密文图像。

第二方面，本发明提供了一种基于哈希链压缩感知的图像解密方法，应用于解密端，包括：

根据与密文图像对应的初始密钥，生成第一哈希链和第二哈希链；

分别根据所述第一哈希链和所述第二哈希链，获得测量矩阵和加密矩阵；

根据所述加密矩阵以及所述密文图像对应的比特矩阵，得到中间解密矩阵，其中，所述密文图像对应的比特矩阵，为将所述密文图像对应的加密图像矩阵的每个元素用8位二进制表示的矩阵；

根据预设的重构算法和所述测量矩阵对所述中间解密矩阵进行重构处理，得到原始图像矩阵，所述原始图像矩阵对应明文图像。