申请/专利权人：安徽大学

申请日：2017-07-17

公开（公告）日：2020-10-16

公开（公告）号：CN107845055B

主分类号：G06T1/00(20060101)

分类号：G06T1/00(20060101);H04L9/06(20060101);H04L9/14(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.16#授权;2018.04.20#实质审查的生效;2018.03.27#公开

摘要：本发明公开一种抗Facebook压缩的图像加密方法，依次包括以下步骤：对图像进行8×8分块；对每一个块进行离散余弦变换并量化；对图像DC系数及AC系数加密进行加密；以图像块为单位对图像进行加密处理；越界处理；二次加密。本发明结合Facebook社交网络平台对图像处理的特点，实现简单，安全性高，可以有效地抵抗多种攻击，对于基于Facebook社交网络平台的图像加密保护有着广泛的应用前景。

主权项：1.一种抗Facebook压缩的图像加密方法，其特征在于：包括加密和解密两个步骤；1所述加密的具体过程为：1.1将给定大小为H×W的待处理图像I，将图像I按照8×8大小进行分块，一共分为个图像块，对每个分块进行DCT变换，并且选择质量因子为71的量化表对每个分块进行量化，在每一个块中，量化后的系数D＝{Di,j},0≤i,j≤7，其中D0,0称为是DC系数，其余为AC系数；1.2对DC系数和AC系数分别采用不同的由密钥K控制的加密方式：DC系数采用由密钥K控制地循环移位的加密方式，改变每个分块的DC系数，而对AC系数采用由密钥K生成的流密钥，使用非零AC系数与分组流密码按位异或加密的方式；1.3对于存在像素值超出原图像像素值范围的像素块使用位图标记压缩传送给接收者，并对越界的图像块的AC系数乘以一个收缩系数进行收缩处理，1.4以图像块为基本单位，根据密钥K对整幅图像进行置乱加密操作；2解密的具体过程为：2.1根据密钥K，将图像块恢复到正确的块位置；2.2对照位图，将越界块的AC系数乘以2.3对每个分块的DC系数和AC系数根据不同的解密方式进行解密：DC系数采用由密钥K确定的反循环移位操作，并且由密钥K生成流密码，分组与加密的非零AC系数进行按位异或，即可解密图像数据；所述步骤1.2的具体方法为：1.2.1按照逐行扫描的顺序统计所有的DC系数到DCoe＝{DC0,DC1,......,DCn-1}一维矩阵中；1.2.2设将含有n个DC系数的一维矩阵DCoe转化成行4列的二维矩阵DCoe'；1.2.3根据密钥K对DC系数矩阵DCoe'进行循环移位操作，循环移位后的DCoe'按照顺序作为各个分块的DC系数；1.2.4由密钥K生成二进制数据流KA，将二进制流密钥KA进行分组，记为KA0,KA1,......,每组流密钥的长度为12，依次与非零AC系数进行按位异或加密，设每一个非零AC系数的二进制有l位，加密后的AC系数AC'＝AC⊕KA1→li，因为图像中非零AC系数的最大长度是10，所以将流密钥12位为一组，已经远远超出AC系数的二进制长度，在AC系数遭到攻击而改变AC的长度时，能够最大程度保证数据的鲁棒性；所述步骤2.3中对图像DC和AC系数采用不同的解密方式具体的方法如下：2.3.1按照顺序统计所有的DC系数到DCoe＝{DC0,DC1,......,DCn-1}一维矩阵中；2.3.2将含有n个DC系数的一维矩阵DCoe转化成行4列的二维矩阵DCoe'；2.3.3根据密钥K对DC系数矩阵DCoe进行反向循环移位操作，循环移位后的DCoe按照顺序作为各个块加密后的DC系数；2.3.4由密钥K生成二进制数据流KA，将二进制流密钥进行分组,记为KA0,KA1,......,每组密钥的长度为12，依次与非零AC系数按位异或运算，设非零AC系数的二进制长度为l，则解密后的AC系数AC'＝AC⊕KA1→li；按照此方式便可以分别对DC系数和AC系数完成解密。

全文数据：抗Facebook压缩的图像加密方法技术领域[0001]本发明涉及图像压缩和加密技术，具体涉及一种抗Facebook压缩的图像加密方法。背景技术[0002]21世纪时信息化时代，随着互联网的发展以及移动设备的普及，社交网络已经渐渐成为了与我们生活密不可分的一部分，现如今世界上主流的社交网络平台有Google+、Facebook、微信和Twitter等等。但是随着社交网络的普遍应用人们开始越来越关注个人的隐私安全，而图片作为一种主要的信息交流媒介，在主流的社交网络平台如Facebook，每天就有着数亿张图片上传，而这些图像中包含着大量的隐私信息，包括其中人物外貌、地理位置甚至商业秘密信息等。由此社交网络中的隐私保护也就越来越受到关注。随着图像加密技术的发展，图像加密分析技术也随之有着长足的进步。一般的加密技术很容易在外界的攻击下，也会得到一部分图像的信息，所以在现如今，更加安全有效地图像加密方法，在现实中，社交网络平台的用户对隐私保护有着很大的需求。2016年12月份Facebook的全球用户量超过了23亿，成为了全球最大的社交网站。[0003]Facebook在处理上传图像时，有着独特地处理方式由此也为基于Facebook社交网络平台的图像加密研究带来了很大的困难。图像在上传到Facebook时，对于过大的图像，根据已知的资料表明图像在长或宽大于2048个像素时，其会改变图像的大小，这样会导致一部分信息的丢失。并且图像上传到Facebook后会首先读取图像的像素值，之后对其重新按照JPEG标准实行压缩编码。JPEGJointPhotographicExpertsGroup是在国际标准化组织（ISO领导之下制定静态图像压缩标准的委员会。由于JPEG优良的品质，使他在短短几年内获得了成功，被广泛应用于互联网和数码相机领域，网站上80%的图像都采用了JPEG压缩标准。JPEG本身只有描述如何将一个影像转换为字节的数据串流，但并没有说明这些字节如何在任何特定的储存媒体上被封存起来。JPEG压缩标准是一种有损压缩格式，能够将图像压缩在很小的储存空间。JPEG压缩标准在压缩图像是首先读取图像像素值，对图像按照8X8大小分块，之后对每个块进行离散余弦变换DCT，再按照量化表对每个块进行量化，量化后每个块的系数D={Di,j}OSiJ彡7,其中Dm称为是DC系数，其余为AC系数。对DC系数采用差分编码，对AC系数采用行程长度编码和熵编码。[0004]根据1038张UCID-V2图像数据库中的图像进行实验分析，Facebook将图像压缩的质量因子选择在71到92之间，因为加密后的图像关联性很低，即图像的活性很高，根据Facebook处理的特点，活性高的图像采用低的压缩因子，所以采用质量因子为71的量化表对图像进行压缩量化。[0005]对于一般对基于Facebook社交网络平台的图像加密技术，只能够保证在不受外界攻击时，能够起到保密的效果，可以将图像中的信息保护起来，但是在收到一些外界攻击时，就不能起到很好的效果，亦不能保护图像中的信息不泄露，本加密算法的主要思想是在图像信息经过一般加密过后，再次进行加密操作，保护抵抗加密分析技术的攻击，打破图像轮廓，保护图像的基本信息不对外泄露。2016年Sun等人提出了一种基于Facebook社交网络平台的图像加密技术，该加密方法在Facebook压缩处理以后，能够正确解密图像。这种方法图像在解密时图像的质量能够有着很好的保障，但是加密的安全性却并不高，在一些攻击手段下会暴露图像的基本轮廓。[0006]在现存的方法中，针对Facebook社交网络平台的图像加密，对图像信息加密效果比较高，但是对于抗攻击性很低，因为Facebook处理上传的图像时，是从像素域方读取，之后对进行JPEG压缩，现如今的加密方案中只是分别对图像DC系数进行了水洗加密和AC系数异或加密，因为图像DCT变换及量化之后，按照同等二进制数据流进行异或加密，非零AC系数个数以及最后一个非零AC系数的位置不会改变，对于较小的AC系数大小也不会改变太大，所以通过对AC系数的攻击，可以得到图像的基本轮廓。发明内容[0007]发明目的:本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种抗Facebook压缩的图像加密方法，根据Facebook处理过程对图像进行一系列加密操作，保证图像在抵抗外界有目的的攻击时具有更好的安全性。[0008]技术方案:本发明的一种抗Facebook压缩的图像加密方法，包括加密和解密两个步骤；[0009]1所述加密的具体过程为：[0010]1.1将给定大小为HXW的待处理图像I，将图像I按照8X8大小进行分块，一共分为个图像块，对每个分块进行DCT变换，并且选择质量因子为71的量化表对每个分块进行量化，在每一个块中，量化后的系数D={Dw}，0彡i，j彡7,其中DQ,Q称为是DC系数，其余为AC系数；[0011]1.2对DC系数和AC系数分别采用不同的由密钥K控制的加密方式:DC系数采用由密钥K控制地循环移位的加密方式，改变每个分块的DC系数，而对AC系数采用由密钥K生成的流密钥，使用非零AC系数与分组流密码按位异或加密的方式；[0012]1.3对于存在像素值超出原图像像素值范围的像素块使用位图标记压缩传送给接收者，并对这该越界的图像块的AC系数乘以一个收缩系数泛进行收缩处理，0δ1;[0013]1.4以图像块为基本单位，根据密钥K对整幅图像进行置乱加密操作；[00Μ]2解密的具体过程为：[0015]2.1根据密钥Κ，将图像块恢复到正确的块位置；[0016]2.2对照位图，将越界块的AC系数乘以；[0017]2.3对每个分块的DC系数和AC系数根据不同的解密方式进行解密:DC系数采用由密钥K确定的反循环移位操作，并且由密钥K生成流密码，分组与加密的非零AC系数进行按位异或，即可解密图像数据。[0018]进一步的，所述步骤1.2的具体方法为：[0019]1.2.1按照逐行扫描的顺序统计所有的DC系数到DCoe=DChDC1，......，DCn-i}—维矩阵中；[0020]1.2.2设.将含有η个DC系数的一维矩阵DCoe转化成行4列的二维矩阵DCoe[0021]1·2·3根据密钥K对DC系数矩阵DCoe’进行循环移位操作，循环移位后的DCoe’按照顺序作为各个分块的DC系数；[0022]1.2.4由密钥K生成二进制数据流KA，将二进制流密钥KA进行分组，记为KAO，KAI，......，每组流密钥的长度为12,依次与非零AC系数进行按位异或加密，设每一个非零AC系数的二进制有1位，加密后的AC系数』因为图像中非零AC系数的最大长度是10,所以将流密钥12位为一组，已经远远超出AC系数的二进制长度，在AC系数遭到攻击而改变AC的长度时，能够最大程度保证数据的鲁棒性。[0023]进一步的，所述步骤（1.4中以图像块为基本单位，根据密钥K对整幅图像进行置乱加密的方法如下：[0024]1.4.1大小为HXW的待处理图像I，将图像按照8X8大小进行分块，一共分为块，记为η块；[0025]1.4.2每次按照次序，相隔等间距取出t个块:图像I共有η块，第一次每隔块，取出一块，取出t块后，图像还剩余n-t块，按照第一次方法，每隔块取出一块，同理，直至将所有块取完；[0026]1.4.3最终按照取出顺序排列，作为置乱加密后的各个分块的位置。[0027]进一步的，所述步骤2.1中将图像块恢复到正确的块位置具体的方法如下：[0028]2.1.1对于一个含有η个8X8块的图像，设位置标记矩阵为Loc=U，2,......，η}；[0029]2.1.2根据密钥K，每次按照次序，在Loc中相隔等间距取出K个值，并依次放在Loc’矩阵中，直至所有元素取完为止；[0030]2.1.3根据Loc’位置矩阵，将图像中第i个块还原第Loc’⑴块的位置，由此便可实现还原图像块位置。[0031]进一步的，所述步骤2.3中对图像DC和AC系数采用不同的解密方式具体的方法如下：[0032]2.3.1按照顺序统计所有的DC系数到DCoe=DCiDC1,......，DCn—维矩阵中；[0033]2.3.2将含有η个DC系数的一维矩阵DCoe转化成行4列的二维矩阵DCoe’；[0034]2·3·3根据密钥K对DC系数矩阵DCoe进行反向循环移位操作，循环移位后的DCoe按照顺序作为各个块加密后的DC系数；[0035]2.3.4由密钥K生成二进制数据流KA，将二进制流密钥进行分组，记为KA0，KA1，......，每组密钥的长度为12,依次与非零AC系数按位异或运算，设非零AC系数的二进制长度为I，则解密后的AC系数』0’=^c®;按照此方式便可以分别对DC系数和AC系数完成解ί£ί。[0036]进一步的，所述步骤1.3中，将加密后的越界像素块数据按照JPEG编码方式编码并传送给接收方。[0037]有益效果:本发明根据Facebook处理过程对图像进行加密操作，为避免未知而不可控的图像信息损失，需要再上传前控制图像大小不要过大，接着对图像进行DCT变换和量化得到图像的DC系数和AC系数，并且分别对图像DC系数和AC系数加密，保证图像在抵抗外界有目的的攻击时，具有更好的安全性。[0038]综上，本发明实施方法十分简便，利于对基于Facebook社交网络平台传输的图像加密，由于加密计算不复杂，所以对于实时通讯系统以及计算资源有限的移动终端等有着很好的适应性，并且有着很好的应用前景。附图说明[0039]图1为实施例中标准图像加密后效果图；[0040]图2为实施例中错误秘钥解密效果图；[0041]图3为实施例中外界攻击效果图；[0042]图4为实施例中正确解密解密后的图像；[0043]图5为实施例中AC加密过程数据矩阵；[0044]图6为实施例中DC加密过程数据矩阵；[0045]图7为实施例中图像分块置乱示意图；[0046]图8为本发明的整体流程示意图。[0047]其中，图Ia、图Ib和图Ic分别是Lena、Baboon和Elaine加密效果图；图2a、图2b、图2c和图2d分别是采用21、22、24和25错误秘钥解密Ia的效果图；图3a、图3b、图3c和图3d分别是采用DCM、NCC、EAC和PLZ对图像的攻击加密后的图Ia的效果图；图4a、图4b和图4c分别是采用正确秘钥解密Ia、1b和Ic后的示意图；图5a、5b和5c分别是一个8X8的图像块以及DCT变换并量化后的系数矩阵和加密AC系数后的系数矩阵；图6a和6b分别是一个含有16个DC系数的矩阵及采用水洗加密后的DC系数矩阵。具体实施方式[0048]下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。[0049]如图8所示，本发明的一种抗Facebook压缩的图像加密方法，依次包括以下步骤：一、加密，对图像进行8X8分块;对每一个分块进行离散余弦变换DCT变换并量化;对图像DC系数及AC系数加密进行加密；以图像块为单位对图像进行加密处理;越界处理;二次加密。二、解密。[0050]实施例1:[0051]本实施例的具体步骤如下：[0052]一、图像加密过程：[0053]如图5a所示的一个8X8图像块进行第一次加密操作，首先对其进行DCT变换，然后对该块选择了质量因子为71的标准量化表对其量化，得到图5b。所以对于一个大小没HXW大小的图像分块，一共可以分为块，之后对每个块按照此种方式DCT变换以及量化，则一共有个DC系数，和若干AC非零系数。[0054]加密DC系数，设加密密钥K=3,将所有的DC系数按照原有顺序排列到二维矩阵中，并且对其向下循环移动K次，并向右循环K次，得到新的系数矩阵。将新的系数矩阵按照顺序作为各个块的图像DC系数。设图6a为某一32X32大小的DC系数矩阵，其一共有16个DC系数，并且将16个系数矩阵依次放置在4X4的二维DC系数矩阵，得到新的系数矩阵如图6b。最后依次作为各个块的DC系数。[0055]加密AC系数，有密钥K生成若干二进制密钥流KA，并且将二进制流密钥进行分组，记为KAO，KA1，......，每组密钥的长度为12,依次与非零AC系数进行按位异或加密，设非零AC系数的二进制长度为1，解密后的AC系数。如图5b中的非零AC系数有按照Zigzag扫描方向依次依次有{-2，3，2，1，2，1，-1，1，1，-1，-1}，在分组流秘钥按位异或加密后如图5c非零AC系数分别为{-3，-2，-2，-1，2，1，-1，1，-1，-1，1}。[0056]对图像块进行置乱加密，如图7,对每个8X8块为基本单位，对图像块进行置乱重排列，例如图7共有256块，第一次每隔块，取出一块，取出K块后，图像还剩余256-K块，按照第一次方法，每隔块取出一块，同理，直到将所有块取完。依次此种方法可以打破图像原有的分块布局，以打破图像的轮廓，进而提高图像的抗攻击能力。[0057]实施例2:[0058]为检测本实施例的效果，从加密效果、常见攻击效果以及图像质量三方面进行实验和分析。[0059]以512X512像素的常用标准测试图像为例，使用密钥K=23,不同图像加密、上传Facebook、下载查看的效果如图1所示。[0060]若没有正确密钥，为验证加密的可靠性分别以错误秘钥21，22及24，25解密图1a，效果如图2所示。[0061]在没有秘钥情况下对加密后的图像图Ia进行DCMDCcategorymapping、NCCnon-zeroACcoefficientcount、EACenergyofACcoefficientsblock和PLZpositionoflastnon-zeroACcoefficients四种攻击，效果如图3所不。[0062]若有正确密钥秘钥，对图像的解密效果如图4所示。[0063]经本发明加密后，原图像不可见，并且在抵抗一些攻击时，也有着很好的抵抗性，图像的轮廓信息等都没有暴露，本发明使用一次一密，有很高的安全性。[0064]为进一步说明本发明解密图像信息后并不影响图像视觉效果，表1中列出了标准测试图像解密与原图间的峰值信噪比PSNR。峰值信噪比是伪装图像视觉质量的评价指标，当两幅灰度图像间的峰值信噪比大于30dB时人眼分辨不出二者的区别。[0065]表1标准测试图像解密后图像质量[0066]

权利要求：1.一种抗Facebook压缩的图像加密方法，其特征在于:包括加密和解密两个步骤；1所述加密的具体过程为：1.1将给定大小为HXW的待处理图像I，将图像I按照8X8大小进行分块，一共分为个图像块，对每个分块进行DCT变换，并且选择质量因子为71的量化表对每个分块进行量化，在每一个块中，量化后的系数其中Dm称为是DC系数，其余为AC系数；1.2对DC系数和AC系数分别采用不同的由密钥K控制的加密方式:DC系数采用由密钥K控制地循环移位的加密方式，改变每个分块的DC系数，而对AC系数采用由密钥K生成的流密钥，使用非零AC系数与分组流密码按位异或加密的方式；1.3对于存在像素值超出原图像像素值范围的像素块使用位图标记压缩传送给接收者，并对这该越界的图像块的AC系数乘以一个收缩系数0进行收缩处理，1.4以图像块为基本单位，根据密钥K对整幅图像进行置乱加密操作；（2解密的具体过程为：2.1根据密钥K，将图像块恢复到正确的块位置；2.2对照位图，将越界块的AC系数乘以2.3对每个分块的DC系数和AC系数根据不同的解密方式进行解密:DC系数采用由密钥K确定的反循环移位操作，并且由密钥K生成流密码，分组与加密的非零AC系数进行按位异或，即可解密图像数据。2.根据权利要求1所述的抗Facebook压缩的图像加密方法，其特征在于：所述步骤1.2的具体方法为：1.2.1按照逐行扫描的顺序统计所有的DC系数到DCoe=DG^DC1，......，DCn——维矩阵中；1.2.2设，将含有η个DC系数的一维矩阵DCoe转化成行4列的二维矩阵DCoe’；1.2.3根据密钥K对DC系数矩阵DCoe’进行循环移位操作，循环移位后的DCoe’按照顺序作为各个分块的DC系数；1.2.4由密钥K生成二进制数据流KA，将二进制流密钥KA进行分组，记为KAO，KA1，......，每组流密钥的长度为12,依次与非零AC系数进行按位异或加密，设每一个非零AC系数的二进制有1位，加密后的AC系数AC’=ACeKAh⑴，因为图像中非零AC系数的最大长度是10,所以将流密钥12位为一组，已经远远超出AC系数的二进制长度，在AC系数遭到攻击而改变AC的长度时，能够最大程度保证数据的鲁棒性。3.根据权利要求1所述的抗Facebook压缩的图像加密方法，其特征在于：所述步骤1.4中以图像块为基本单位，根据密钥K对整幅图像进行置乱加密的方法如下：1.4.1大小为HXW的待处理图像I，将图像按照8X8大小进行分块，一共分为块，记为η块；1.4.2每次按照次序，相隔等间距取出t个块：图像I共有η块，第一次每隔块，取出一块，取出t块后，图像还剩余n-t块，按照第一次方法，每隔块取出一块，同理，直至将所有块取完；1.4.3最终按照取出顺序排列，作为置乱加密后的各个分块的位置。4.根据权利要求1所述的抗Facebook压缩的图像加密方法，其特征在于：所述步骤2.1中将图像块恢复到正确的块位置具体的方法如下：2·1·1对于一个含有η个8X8块的图像，设位置标记矩阵为Loc={1，2，......，η};2.1.2根据密钥Κ，每次按照次序，在Loc中相隔等间距取出K个值，并依次放在Loc’矩阵中，直至所有元素取完为止；2.1.3根据Loc’位置矩阵，将图像中第i个块还原第Loc’（i块的位置，由此便可实现还原图像块位置。5.根据权利要求1所述的抗Facebook压缩的图像加密方法，其特征在于：所述步骤2.3中对图像DC和AC系数采用不同的解密方式具体的方法如下：2.3.1按照顺序统计所有的DC系数到DCoe=DG^DC1,......,DCn-G—维矩阵中；2.3.2将含有η个DC系数的一维矩阵DCoe转化成行4列的二维矩阵DCoe’；2.3.3根据密钥K对DC系数矩阵DCoe进行反向循环移位操作，循环移位后的DCoe按照顺序作为各个块加密后的DC系数；2.3.4由密钥K生成二进制数据流KA，将二进制流密钥进行分组，记为KAO，KA1，......，每组密钥的长度为12,依次与非零AC系数按位异或运算，设非零AC系数的二进制长度为1，则解密后的AC系数AC’=AOKAni;按照此方式便可以分别对DC系数和AC系数完成解密。6.根据权利要求1所述的抗Facebook压缩的图像加密方法，其特征在于：所述步骤1.3中，将加密后的越界像素块数据按照JPEG编码方式编码并传送给接收方。

百度查询： 安徽大学 抗Facebook压缩的图像加密方法

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