专利名称：移动设备上数字图像的优化加密及质量评价方法
技术领域：
本发明涉及移动设备上数字图像加密及质量评价方法，特别是优化加密的方法。
背景技术：
数字图像安全在当今社会尤为重要。数字图像的信息安全不仅关系到个人隐私、商业机密和企业生存与发展，而且如果对数字图像内容保护不当，还将会对国家安全和社会稳定造成重大影响。无线网络技术和电子消费产品的飞速发展与人们工作节奏的不断加快，极大地影响和改变了人们获取信息的方式和习惯。无线局域网、蓝牙和第三代移动通信技术的不断进步与成熟，以及芯片和嵌入式系统的不断发展，已可以逐渐地满足人们随时随地、方便、灵活和快捷地获取信息的需求。而以智能手机、个人数码助理等为代表的移动设备的快速发展和普及，已逐渐成为人们获取信息的主要载体。然而，移动设备使用环境具有开放性，本身所具有的便携、易丢弃的特性，导致移动设备上的信息安全问题，特别是图像信息安全问题尤为突出。 移动设备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，其处理器的计算能力、内存容量以及设备能耗方面都受到极大限制。而将移动设备用于图像加密，面临着诸多瓶颈(I)移动设备本身有限的计算处理能力是图像加密计算实时性的瓶颈。(2)移动设备本身的能耗限制是图像加密计算运算代价的瓶颈。(3)移动设备的异构性、本身的便携性、易丢弃性和使用环境的开放性，是图像加密计算安全性的瓶颈。虽然经典密码体制可为ー维文本加密提供很好的解决方案，但并不能有效地解决移动设备上图像加密问题。这是因为(I)如果将经典密码体制直接用于图像加密，在仅依赖移动设备自身计算能力的情况下，有限的能量难以满足图像加密的需要。(2)受多种因素的限制，移动设备上图像的加密更需优化与质量评价，而现有的技术很少能应用到移动环境上。经对现有技术的文献检索发现，N.K. Sreelaja 和 G. A. Vi jayalakshmi Pai 2012年在Applied Soft Computing(应用软计算)期刊上发表的论文Stream Cipher for BinaryImage Encryption Using Ant Colony Optimization Based Key Generation (利用密钥生成的基于蚁群优化的ニ值图像流加密方法)中提出了一种基于蚁群优化技术的ニ值图像流加密方案，该方案用蚁群优化技术生成加密密钥来实现对ニ值图像的流加密，其不足在于该方案既不能用于灰度图像，更不能用于移动设备上。
发明内容
本发明目的在于提供一种移动设备上数字图像的优化加密及质量评价方法，实现对移动设备上数字图像加密的优化及质量评价。
图像加密过程本发明提供一种移动设备上数字图像的优化加密及质量评价方法，包括混沌序列初始值的确定，初始种群的生成，图像加密的优化三部分过程(一)混沌序列初始值的确定过程传统的混沌序列初始值的生成多采用随机选取的方法。而本发明生成的混沌序列初始值完全依赖于原始图像。这不同于传统的初始值生成方法，也提高了初始值与原始图像间的相互依赖性。具体过程如下
步骤I.将原始图像分成nXn个大小相等的子图像I1, I2, , Inxn 步骤2.从每个子图像中任选4个像素，由这4个像素的值来获得混沌序列的初始值；步骤3.设待加密图像像素值是m比特，对每个子图像，将4个被选择的像素值\，V2, V3, V4用ニ进制形式表示，记为T — [Vljl, V1j2, · · ·，Vljlll, V2j1, · · ·，V4,m-i，Vtm]其中Vlil表示第I个被选择随机像素值ニ进制数的第I位值，...，，其T的长度是4m ；步骤4.按照下列公式计算子图像的混沌序列初始值
K, X24"1—1 +Vt7X 24"'2 + V,-Xl1+F4gX 2°X, (O) =^-j---^——
I. · —24*⑴其中，k = 1,2, , nXn是4个子图像的索引值。( ニ )初始种群的生成过程一般的遗传优化方法所选用的种群多用形如ニ进制或十进制码串作为个体，而本发明所采用的种群个体则是以一般的灰度子图像作为个体。这种方法可以很容易地推广到彩色图像。事实上，由初始种群所获得的图像就是第一代加密图像。加密过程具体如下步骤I.对于第k个子图像，利用这个子图像所生成的初始值Xk(0)，按照如下公式可生成混沌序列X (n+1) = rX (η) (1~Χ (η)) (2)其中，3· 5699彡r彡4时所生成的序列是混沌的，且X(n) e [O, I]。混沌序列的长度取为(M/4) · (N/4)，并将这(M/4) · (N/4)个数值依次转换成M/4行N/4列的混沌矩阵，记为 Uk, k = I, 2, · · · , nXn。步骤2.对nXn个子图像分别加密,加密按如下公式计算Vahie}€K(k) = (2* — I). Ui Θ Vahiemd (k) J{= 1,2, mn(3)其中， iX0R运算，ValueNew(k)、ValueQld(k)分别是第k个子图像加密后与加密前的子图像；这nXn个加密后的子图像构成初始种群UE1, IE2, . . .，IEnxJ。(三)图像加密的优化过程传统的图像加密方法不考虑优化问题，一般加密后就不再进行进ー步的处理。本发明将遗传算法用于初始加密图像的优化，公式(4)作为遗传优化的适应度函数值，并用来评价图像加密的质量。公式(4)是计算原始图像与加密图像两幅图像之间的相关系数值。相关系数绝对值越低，两幅图像越不相关，安全性越高。由此可见，本加密方法不仅包含加密过程，也包含了对加密质量的评价。具体处理方法如下步骤I.按以下公式计算每个加密子图像的适应度函数值
权利要求
1.一种移动设备上数字图像的优化加密与质量评价方法，其特征在于包括混沌序列初始值的确定，初始种群的生成，图像加密的优化三部分过程 (一)混沌序列初始值的确定 在给出原始图像后决定混沌序列的初始值，具体确定方法如下 步骤I.将原始图像分成nXn个大小相等的子图像I1, I2,, Inxn ； 步骤2.从每个子图像中任选4个像素，由这4个像素的值来获得混沌序列的初始值； 步骤3.设待加密图像像素值是m比特的。对每个子图像，将4个被选择的像素值V1, V2, V3, V4用二进制形式表示，记为 T-[Vl, I，Vl, 2，· · ·，Vl, III，乂2, I，· · · ) ^4,111-1) ^4,111^ 其中Vu表示第I个被选择随机像素值二进制数的第I位值，...，，其T的长度是4m ； 步骤4.按照下列公式计算子图像的混沌序列初始值
2.如权利要求I所述的移动设备上数字图像的优化加密与质量评价方法，其特征在于；图像解密过程是对权利要求I所述的加密图像过程的逆操作，按照加密过程的逆过程逐步计算即获得解密图像。
全文摘要
本发明提供了一种移动设备上数字图像的优化加密及质量评价方法。该方法包括混沌序列初始值的确定，初始种群的生成，图像加密的优化三部分过程。采用依赖于原始图像的混沌序列初始值的确定方法，生成的混沌序列初始值完全依赖于原始图像；采用的种群个体是以一般的灰度子图像作为个体，采用的遗传算法，其种群中的个体以子图像的形式构成，这不同于一般的遗传算法，它无需进行十进制与二进制之间的换算，有利于减少计算量；加密图像的加密质量用相关系数值的绝对值来评价，相关系数值还同时选作个体的适应度函数值，用以指导优化的进行。本发明中适应度函数值一值两用，可降低计算量。
文档编号H04L9/00GK102820967SQ20121024650
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月17日 优先权日2012年7月17日
发明者金聪, 金枢炜, 刘金安 申请人:华中师范大学