[发明专利]一种图像加密方法、装置、设备及存储介质

说明书

本发明实施例公开了一种图像加密方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：对明文图像进行灰度‑有限域映射得到第一矩阵；对所述第一矩阵进行初始置换得到第二矩阵；以预设变换矩阵对所述第二矩阵进行矩阵变换得到第三矩阵，所述预设变换矩阵基于置换多项式和预设密钥生成；基于所述预设密钥对所述第三矩阵进行DNA后置乱得到密文图像。本发明实施例采用了独特的加密方式：基于置换多项式和预设密钥进行加密，同时采用预设密钥参与DNA后置乱，该加密方法能够进一步保证图像加密的安全性，提高了密文图像的破解难度。

技术领域

本发明涉及信息安全领域，尤其涉及一种图像加密方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

信息安全在大数据时代尤其成为一个重要问题和研究热点，也催生出与之相关的大数据和信息安全产业。许多互联网大型企业等利用手机上的服务可以追踪用户的位置信息。一些知名社交网站被曝泄露千万级的用户数据。在如今的大数据时代，数据蕴藏的巨大价值和频繁的泄露事件提醒着人们需要关注的重大问题——信息安全。

图像是一种重要的传输媒介，许多大数据表现形式为图像，如地理遥感数据、云端图像数据库、跨机构医学图像数据库、图像视频大数据等等。虽然图像也可以看作一维数据流而使用传统的加密手段加密，但这个过程中忽略了图像本身的一些特性，比如自相似性、像素之间的相关性、大数据量、高冗余度、实时性要求高等特点。特别是数字图像因其生动直观的特点，是目前信息表现的一个重要手段，其安全性受到了广泛的关注，图像加密技术已经成为了信息安全领域的一个重要分支。本发明对于服务于深圳地方经济建设与社会发展，对于图像信息传输过程的信息安全，对于完善图像加密的理论和实践，均具有重要意义。

图像加密可以分别基于空域运算的加密，例如基于混沌或细胞自动机的，和基于变换域运算的加密，例如基于傅里叶变换、分数傅里叶变换、保实分数离散余弦变换的，或基于空域与变换域混合的加密方式。这些类的加密装置一般均具有线性性质，不利于抵抗已知明文和选择明文攻击。考虑到线性变换的局限性，许多学者提出了具有非线性变换的加密技术，例如基于分数梅林变换的非线性图像加密，保证了加密装置的非线性。但此类算法虽然有了非线性，但仍然是在复数域或实数域进行的，计算是基于浮点运算的，不可避免会出现有限精度数据表示所带来的舍入误差。

在加密数据传输时，数据还需要量化。显然这或多或少会带来图像的变质，这种图像变质，如果视觉上可以接受，在很多情况下是允许的。但在一些特定的应用中，图像质量的好坏仅凭主观感觉是不够的，例如医学图像存储、压缩、加密、传输的过程中，均不允许出现数学意义上的误差。

为了克服这个缺点，许多基于整数运算的变换，例如整数小波变换，或基于有限域运算的变换被提出并用于图像加密。在有限域上，因为元素的个数是有限的，自然可以用定点运算，而不是浮点运算，从而保证了没有运算的舍入误差。现有技术提出有限域分数傅里叶变换、有限域分数余弦和正弦变换并用于图像加密，这些变换和图像加密的一个共同的非常引人的特性就是基于有限域的运算避免了取整误差(或称舍入误差)，从而保证了解密图像相对于明文图像是严格无失真的。

目前应用于图像加密的技术手段已经较为稳定，容易被针对性破解、窃取，因此需要在图像加密方法中引入新的技术手段，以进一步提高图像加密的安全性和破解难度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种图像加密方法、装置、设备及存储介质，以在图像加密方法中引入新的技术手段，以进一步提高图像加密的安全性和破解难度。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种图像加密方法，该方法包括：

对明文图像进行灰度-有限域映射得到第一矩阵；

对所述第一矩阵进行初始置换得到第二矩阵；

以预设变换矩阵对所述第二矩阵进行矩阵变换得到第三矩阵，所述预设变换矩阵基于置换多项式和预设密钥生成；