一种基于位平面模板异或的图像局部加密算法的制作方法

1.本发明涉及图像加密解密算法相关技术领域，尤其是涉及一种基于位平面模板异或的图像局部加密算法。


背景技术：

2.随着数字媒体与互联网技术的发展，个人或者组织机构在网络上发布或者传播图像的现象已变得越来越普遍。特别是云计算的快速进步让越来越多的图像数据被上传到云端存储。这种大数据环境下多用户的访问极大便利了人们的工作与生活。然而将未经处理的原始图片公开或者发送的行为，也存在泄露个人隐私的风险。
3.为了解决图像隐私内容发布造成的隐私泄露问题，目前一种有效可行的方法在于对图像中敏感部分进行加密处理，例如对相关保护内容进行马赛克添加，或者直接删除敏感内容。这些经过处理的图像往往不可还原，甚至因此导致真实信息的永久性丢失。另一种方法则是对图像全文进行加密，该方法将图像整体作为保护对象，通过密码学方法进行保护。但这又会造成其他非隐私信息的遮盖，影响了非隐私信息的发布。一般情况下，用户只是想约束部分人对于图像部分内容的访问权限。其并非约束所有人对敏感数据的访问，或者约束第三方对所有数据的访问。在条件允许时，用户希望自己或者被授权的一方通过该受保护的图像还原出原始内容。因此局部加密技术将成为图像内容保护技术的重要发展方向。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中双录视频中签字人身份识别的问题，本发明提供一种基于位平面模板异或的图像局部加密算法，采用如下的技术方案：一种基于位平面模板异或的图像局部加密算法，包括以下步骤：步骤1：获取待加密bmp图像；步骤2：生成标记矩阵，根据bmp图像需要加密的内容所涉及的像素，生成标记矩阵；步骤3：生成模板矩阵，使用密钥k生成随机二值矩阵，并通过与标记矩阵进行与运算得到对应的模板矩阵；步骤4：生成加密图像空域矩阵，使用模板矩阵分别与位平面进行异或运算，得到加密图像空域矩阵,完成加密。
5.通过上述技术方案，经过以上步骤后，bmp图像的rgb三个颜色分量图像都被加密，将三个分量图进行合并后存储为bmp图像为最终的加密图像。完成加密过程后，加密者可以将该加密图像和模板矩阵发送给解密者。第三方在没有模板矩阵的情况下无法解密图像内容。
6.可选的，所述步骤2生成标记矩阵的具体方法是：生成一个二值的标记矩阵=，i=1,2,3,
…
,h且j=1,2,3,
…
w，当
为需要加密的像素时，令=1，反之令=0。
7.通过上述技术方案，设需要加密的图像的空域像素矩阵为=，i=1,2,3,
…
,h且j=1,2,3,
…
,w，是图像的单个像素，h和w分别为该图像的高和宽。
8.用户需要事先选定参数n的取值，这里设定n=1,2,3,
…
,7；对于该空域像素矩阵为=生成一个二值的标记矩阵=，用于后续对该标记区域进行加密。
9.可选的，所述步骤3生成加密图像空域矩阵的具体方法是：首先使用密钥k生成n个由随机0和1所组成的二值矩阵，分别记为，，，...；进一步地进行比特位与运算，可以得到如下n个模板矩阵：===
…
=其中为比特位与运算。
10.通过上述技术方案，加密者使用密钥k与二值的标记矩阵进行比特位与运算，得到模板矩阵，比特位与运算执行效率更高，能快速的完成计算并得到模板矩阵。
11.可选的，所述比特位与运算将，，
…ꢀ
，中非加密像素位置所对应的二值矩阵元素清零，而让其他位置的二值矩阵元素保持不变。
12.通过上述技术方案，通过将非加密像素位置所对应的二值矩阵元素清零的方式实现将密钥k生成n个由随机0和1所组成的二值矩阵的中非加密像素位置所对应的二值矩阵元素清零的方式实现模板矩阵加密，这样对于未获得模板矩阵的用户就无法实现通过密钥k进行解密，安全系数更高。
13.可选的，所述步骤4生成加密图像空域矩阵的具体方法是：对于图像像素矩阵=从高到低数第1,2,3,
…
,n这n个位平面分别与n个模板矩阵，，
…
，进行异或运算,即，得
到为加密图像空域矩阵，将存储为图像文件得到最终的加密图像。
14.通过上述技术方案，通过模板矩阵的方式对元图像像素矩阵进行异或运算加密，对于未取得模板举证的用户是无法实现解密的，安全系数更高。
15.可选的，所述表示加密前图像像素从高到低数的第k个比特位，k=1,2,3,
…
,n，所述表示加密后图像像素从高到低数的第k个比特位，k=1,2,3,
…
,n，如果n《8，则，t=n+1,n+2,
ꢀ…
,8。
16.可选的，采用模板矩阵异或运算解密图像解密者使用模板矩阵与图像的最高n个比特位平面分别做异或运算，经过该异或运算过后，各个位平面将恢复原始数值，还原出原始图像。
17.通过上述技术方案，通过采用模板矩阵异或运算加密的图片，唯一的解密方法就是取得模板矩阵，反向进行异或运算实现解密，其它密钥解密的方式无法进行解密，加密安全性更好。
18.可选的，解密图像的具体方法为：对于图像像素矩阵=从高到低数第1,2,3,
…
,n这n个位平面分别与n个模板矩阵，，
…
，进行异或运算,即，得到为加密图像空域矩阵，将存储为图像文件得到最终的解密图像。
19.通过上述技术方案，通过模板矩阵反向运行异或运算实现解密，其它密钥解密的方式无法进行解密，加密安全性更好，解密效率更高，安全可控。
20.可选的，所述和分别表示加密前图像像素和加密后图像像素从高到低数的第k个比特位，k=1,2,3,
…
,n。如果n《8，则，t=n+1,n+2,
ꢀ…
,8。
21.综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：本发明提供一种基于位平面模板异或的图像局部加密算法，彩色bmp图像的rgb三个颜色分量图像都被模板矩阵加密，将三个分量图进行合并后存储为bmp图像为最终的加密图像。完成加密过程后，加密者可以将该加密图像和模板矩阵发送给解密者。第三方在没有模板矩阵的情况下无法解密图像内容，安全系数高，加密解密运输效率高。
附图说明
22.图1是本发明的加密流程示意图；图2是本发明的解密流程示意图。
具体实施方式
23.以下结合附图1-图2对本发明作进一步详细说明。
24.本发明实施例公开一种话者角色区分方法及系统。
25.参照图1，一种基于位平面模板异或的图像局部加密算法，包括以下步骤：步骤1：获取待加密bmp图像；步骤2：生成标记矩阵，根据bmp图像需要加密的内容所涉及的像素，生成标记矩阵；步骤3：生成模板矩阵，使用密钥k生成随机二值矩阵，并通过与标记矩阵进行与运算得到对应的模板矩阵；步骤4：生成加密图像空域矩阵，使用模板矩阵分别与位平面进行异或运算，得到加密图像空域矩阵,完成加密。
26.经过以上步骤后，bmp图像的rgb三个颜色分量图像都被加密，将三个分量图进行合并后存储为bmp图像为最终的加密图像。完成加密过程后，加密者可以将该加密图像和模板矩阵发送给解密者。第三方在没有模板矩阵的情况下无法解密图像内容。
27.步骤2生成标记矩阵的具体方法是：生成一个二值的标记矩阵=，i=1,2,3,
…
,h且j=1,2,3,
…
w，当为需要加密的像素时，令=1，反之令=0。
28.设需要加密的图像的空域像素矩阵为=，i=1,2,3,
···
,h且j=1,2,3
…
w，是图像的单个像素，h和w分别为该图像的高和宽。
29.用户需要事先选定参数n的取值，这里设定n=1,2,3
…
7；对于该空域像素矩阵为=生成一个二值的标记矩阵=，用于后续对该标记区域进行加密。
30.步骤3生成加密图像空域矩阵的具体方法是：首先使用密钥k生成n个由随机0和1所组成的二值矩阵，分别记为，，，...；进一步地进行比特位与运算，可以得到如下n个模板矩阵：===
…
=其中为比特位与运算。
31.加密者使用密钥k与二值的标记矩阵进行比特位与运算，得到模板矩阵，比特位与运算执行效率更高，能快速的完成计算并得到模板矩阵。
32.比特位与运算将，，
…ꢀ
，中非加密像素位置所对应的二值矩阵元素清零，而让其他位置的二值矩阵元素保持不变。
33.通过将非加密像素位置所对应的二值矩阵元素清零的方式实现将密钥k生成n个由随机0和1所组成的二值矩阵的中非加密像素位置所对应的二值矩阵元素清零的方式实现模板矩阵加密，这样对于未获得模板矩阵的用户就无法实现通过密钥k进行解密，安全系数更高。
34.步骤4生成加密图像空域矩阵的具体方法是：对于图像像素矩阵=从高到低数第1，2，
…
，n这n个位平面分别与n个模板矩阵，，
…
，进行异或运算,即，得到为加密图像空域矩阵，将存储为图像文件得到最终的加密图像。
35.通过模板矩阵的方式对元图像像素矩阵进行异或运算加密，对于未取得模板举证的用户是无法实现解密的，安全系数更高。
36.表示加密前图像像素从高到低数的第k个比特位，k=1,2,3,
…
,n，所述表示加密后图像像素从高到低数的第k个比特位，k=1,2,3,
…
,n，如果n《8，则，t=n+1,n+2,
ꢀ…
,8。
37.采用模板矩阵异或运算解密图像解密者使用模板矩阵与图像的最高n个比特位平面分别做异或运算，经过该异或运算过后，各个位平面将恢复原始数值，还原出原始图像。
38.通过采用模板矩阵异或运算加密的图片，唯一的解密方法就是取得模板矩阵，反向进行异或运算实现解密，其它密钥解密的方式无法进行解密，加密安全性更好。
39.解密图像的具体方法为：对于图像像素矩阵=从高到低数第1，2，
…
，n这n个位平面分别与n个模板矩阵，，
…
，进行异或运算,即，得到为加密图像空域矩阵，将存储为图像文件得到最终的解密图像。
40.通过模板矩阵反向运行异或运算实现解密，其它密钥解密的方式无法进行解密，加密安全性更好，解密效率更高，安全可控。
41.和分别表示加密前图像像素和加密后图像像素从高到低数的第k个比特位，k=1,2,3,
···
,n，如果n《8，则，t=n+1,n+2,
ꢀ…
,8。
42.本发明实施例一种基于位平面模板异或的图像局部加密算法的实施原理为：参见图1，以彩色bmp图像n=4情况为例，设需要加密的图像的空域像素矩阵为=，i=1,2,3,
…
,h且j=1,2,3,
…
,w，是图像的单个像素，h和w分别为该图像的高和宽。用户需要事先选定参数n的取值，这里设定n=1,2,3
…
7。
43.1.生成标记矩阵:生成一个二值的标记矩阵=，i=1,2,3,
…
,h且j=1,2,3,
…
w，当为需要加密的像素时令=1，反之=0。
44.2.使用密钥k生成n个模板矩阵:首先使用密钥k生成n个由随机0和1所组成的二值矩阵，分别记为，，，...；进一步地进行比特位与运算，可以得到如下n个模板矩阵：===
…
=其中为比特位与运算，上式中该运算将，，
…ꢀ
，中非加密像素位置所对应的二值矩阵元素清零，而让其他位置的二值矩阵元素保持不变。
45.3.利用模板矩阵异或运算加密图像:对于图像像素矩阵=从高到低数第1，2，
…
，n这n个位平面分别与n个模板矩阵，，
…
，进行异或运算,即，这里和分别表示加密前图像像素和加密后图像像素从高到低数的第k个比特位，k=1,2,3,
…
,n。如果n《8，则，t=n+1,n+2,
ꢀ…
,8，得到
为加密图像空域矩阵，将存储为图像文件得到最终的加密图像。
46.图像解密的步骤与加密的步骤相反，参见图2，该步骤如下：利用模板矩阵异或运算解密图像,对于图像像素矩阵=从高到低数第1，2，
…
，n这n个位平面分别与n个模板矩阵，，
…
，进行异或运算,即，这里和分别表示加密前图像像素和加密后图像像素从高到低数的第k个比特位k=1,2,3,
…
,n。如果n《8，则，t=n+1,n+2,
ꢀ…
,8，得到为加密图像空域矩阵，将存储为图像文件得到最终的解密图像。
47.本文中所描述的具体实施仅仅是对本发明精神作具体说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例进行各种微调修改或补充或采用类似的方法替代，例如不直接发送模板矩阵而将掩码矩阵和密钥k发送给解密者，使得解密者通过掩码矩阵和密钥k可以计算出模板矩阵，但并不会偏离本发明的精神或者超越所付权利要求书所定义的范围。
48.以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。