一种环境保护监测数据的安全传输方法及系统与流程

1.本发明涉及数据传输技术领域，具体涉及一种环境保护监测数据的安全传输方法及系统。


背景技术：

2.随着可持续发展的进行，环境保护理念逐渐进入到我们的日常生活中，而对于环境保护过程中，对环境的检测是其中重要的一个步骤，环境监测是科学管理环境和环境执法监督的基础，是环境保护必不可少的基础性工作；环境监测主要任务是提供环境的实时变化数据，例如物理监测中的图像数据，利用相机采集图像来对环境变化实施物理检测。
3.在进行环境保护监测数据的传输以及存储时，可能携带一些敏感数据，例如某些军工企业附近的环境监测数据；因为物理监测的图像数据过于直白，直接传输极易造成相应的损失，所以需要对环境监测数据进行加密。
4.而传统的加密算法是基于一维数据进行加密，环境保护检测数据中的图像数据是二维数据，利用传统的加密算法进行加密时会由于二维数据的复杂性较高，从而导致加密后密文的鲁棒性较差，易被攻击暴力破解，使得环境保护监测数据中的敏感数据的存在泄露的风险。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种环境保护监测数据的安全传输方法及系统，所采用的技术方案具体如下：第一方面，本发明一个实施例提供了一种环境保护监测数据的安全传输方法，该方法包括以下步骤：获取需要进行环境保护监测的监控图像，对所述监控图像进行灰度化处理得到灰度图像；将所述灰度图像划分为多个图像块，获取每个图像块对应的基础联系性以及进阶联系性；根据所述基础联系性与所述进阶联系性的乘积得到图像块对应的局部联系性；根据所有图像块对应的局部联系性得到每个图像块的加密次数；获取加密次数最大时对应的图像块为目标块，获取所述目标块的最大无关向量组，基于所述最大无关向量组得到所述目标块的初始加密矩阵；基于所述初始加密矩阵以及每个图像块对应的局部联系性的乘积得到对应图像块的加密公钥；基于每个图像块对应的加密次数以及加密公钥进行加密，所有的图像块加密完成得到监控图像的加密图像，基于所述加密图像进行传输。
6.优选的，所述获取每个图像块对应的基础联系性的步骤，包括：获取图像块中每个像素点与其邻域像素点之间的联系关系，基于所有像素点对应的联系关系的均值得到所述图像块的基础联系性。
7.优选的，所述获取图像块中每个像素点与其邻域像素点之间的联系关系的步骤，
包括：所述联系关系的计算方法为：其中，表示第个像素点周围8邻域内的第个邻域像素点；表示第个图像块中第个像素点的灰度值；表示第个图像块中第个像素点周围8邻域内的第个像素点的灰度值；表示在第个图像块中灰度值为的像素点周围8邻域内出现灰度值为像素点的概率；表示自然常数。
8.优选的，所述获取每个图像块对应的进阶联系性的步骤，包括：获取所述图像块中每个像素点与其八邻域像素点之间的灰度差值的均值，计算所述图像块中所有像素点对应的灰度差值的均值的平均值为所述进阶联系性。
9.优选的，所述根据所有图像块对应的局部联系性得到每个图像块的加密次数的步骤，包括：对所有图像块对应的局部联系性进行升序排列，排列后每个图像块对应的序号为所述图像块的加密次数。
10.第二方面，本发明另一个实施例提供了一种环境保护监测数据的安全传输系统，该系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如上述一种环境保护监测数据的安全传输方法所述的步骤。
11.本发明具有如下有益效果：本发明实施例通过对环境保护检测的灰度图像进行划分图像块，对每个图像块对应的基础联系性和进阶联系性进行获取，通过基础联系性和进阶联系性进一步获取图像块对应的局部联系性；基于图像块的局部联系性获取对应的加密次数，对图像块进行多重加密使得加密效果更好；结合每个图像块的加密次数构建加密公钥，基于加密公钥对整体图像进行加密，进一步提升了加密的安全性，即使某一个图像块被暴力破解，也不影响其他图像块的加密效果，鲁棒性更强，加密后的数据的安全性更强，数据的隐私效果更好。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
13.图1为本发明一个实施例所提供的一种环境保护监测数据的安全传输方法流程图。
具体实施方式
14.为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种环境保护监测数据的安全传输方法及系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
15.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
16.下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种环境保护监测数据的安全传输方法及系统的具体方案。
17.请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种环境保护监测数据的安全传输方法流程图，该方法包括以下步骤：步骤s100，获取需要进行环境保护监测的监控图像，对监控图像进行灰度化处理得到灰度图像。
18.本发明实施例中对需要进行环境保护监测数据的图像数据进行安全传输，所以需要利用监测区域的相机对待检测区域的图像进行收集，而后进行预处理，所述预处理为对已经收集的监控图像进行灰度化得到灰度图像，灰度化方法为现有公知技术，不再赘述；因为一般环境保护监测数据的图像数据为rgb图像，其为多通道图像，在后续处理的时候因为每个像素点具有三个不同通道的灰度值，导致处理不便且计算量较大。
19.步骤s200，将灰度图像划分为多个图像块，获取每个图像块对应的基础联系性以及进阶联系性；根据基础联系性与进阶联系性的乘积得到图像块对应的局部联系性；根据所有图像块对应的局部联系性得到每个图像块的加密次数。
20.步骤s100中得到灰度图像，为方便后续处理，对整个图像数据进行分块，本发明实施例以大小的对灰度图像进行等分得到多个图像块；具体等分的大小实施者可根据实际情况进行自主调节区域的大小，区域越大加密效果越不好，但是相应的计算量越少；区域越小，加密效果越好，但是相应的计算量越大；本发明实施例选择大小进行分块主要是因为后续进行传输时需要对加密后的图像数据进行压缩传输，而目前主流的压缩方式在对图像进行压缩时，一般是基于大小的窗口进行压缩，所以为了方便后续的数据压缩时数据的连贯性，本发明实施例中采用大小的区域进行分块。
21.对灰度图像进行分块后可得到多个图像块，其中每个图像块中含有个像素点。
22.进一步的，对每个图像块进行分析；首先进行每个图像块的局部联系性的量化，所述局部联系性的量化过程分为每个图像块内像素点与周围像素点的灰度值差异、分布差异来进行基础联系性的量化，以及整个区域与周围邻域图像块的特征的差异性进行进阶联系性的量化，而后通过基础联系性和进阶联系性获得整个图像块的局部联系性的量化，以第个图像块为例，其局部联系性的量化过程如下：
获取第个图像块对应的基础联系性为：其中，表示第个图像块的基础联系性；表示第个图像块中第个像素点与周围8邻域像素点的联系关系，的具体获取方法如下：其中，表示第个像素点周围8邻域内的第个邻域像素点；表示第个图像块中第个像素点的灰度值；表示第个图像块中第个像素点周围8邻域内的第个像素点的灰度值；表示在第个图像块中灰度值为的像素点周围8邻域内出现灰度值为像素点的概率；表示自然常数。
23.将第个像素点与周围邻域中第个像素点的灰度值的差异进行计算，在视觉感知以及常识判断中，其差异值越小，即第个像素点与周围邻域中第个像素点的灰度值越接近，说明两个像素点的联系性越高差异值为0时，则说明两个像素点的灰度值相等，即这两个像素点的联系性达到了最大，利用函数的主要目的是，使得差异性更符合联系性的逻辑，其差异值越小，连续性也就越强，从而也就越大；而利用作为权值的依据为主要是进行补偿，具体为假如第个像素点和邻域内第个像素点之间的差异性很大，但是在第个图像块中相邻出现的次数较多，也可以认为二者所对应的灰度值,和具有较强的联系性。按照上述公式逻辑，越大，说明第个图像块中第个像素点与周围8邻域内的像素点的联系性越强，而联系性越强则越说明以第个像素点为中心的区域内的像素点的相关性越强，数据的分布越有规律，加密时需要对其进行加密次数要更多，破坏其分布，使其更为随机。
24.通过第个图像块中的所有的像素点的量化关系进行求取平均值来进行第个图像块的基础联系性的量化，平均值反映了第个图像块中每个像素点的联系关系的所在趋势，越大，说明第个图像块中整体像素点的联系性越强，即像素点的分布更为规律，需要进行多次加密破坏其结构使数据变得随机，反之则相反。
25.进一步的，对第个图像块的进阶联系性进行获取，进阶联系性的计算为：
其中，表示第个图像块的进阶联系性。
26.对第个图像块中每一个位置的像素点的灰度值与周围8邻域内的所有图像块的相同位置的像素点的灰度值的差异进行计算，差异值越大，说明图像块之间的联系性越小，差异值越小说明图像块间的联系性越大，所以利用该方法进行图像块之间的进阶联系性计算，越大，说明第个图像块与周围8邻域内的图像块的像素分布结构越相似，证明第个图像块与周围8个图像块的分布更规律，反之则相反。
27.基于第个图像块对应的基础联系性和进阶联系性得到第个图像块的局部联系性，该局部联系性由基础联系性与进阶联系性的乘积得到。
28.以此类推，获取灰度图像中所有图像块对应的局部联系性；通过每个图像块的局部联系性获取每个图像块对应的加密次数，加密次数的获取方法为：对所有的图像块对应的局部联系性进行升序排序，每个图像块对应的排序序列号即为该局部联系性对应的图像块的加密次数；序号越高，证明该局部联系性对应的图像块中的数据的相关性越紧密，即该图像块的数据分布结构更为规律，数据随机性更差，所以通过多次加密的方式来进行随机性的提升；从而得到灰度图像中所有图像块对应的加密次数。
29.步骤s300，获取加密次数最大时对应的图像块为目标块，获取目标块的最大无关向量组，基于最大无关向量组得到目标块的初始加密矩阵；基于初始加密矩阵以及每个图像块对应的局部联系性的乘积得到对应图像块的加密公钥。
30.由步骤s200得到每个图像块对应的加密次数和局部联系性，基于每个图像块对应的加密次数和局部联系性获取该图像块对应的加密公钥和解密私钥，具体获取方法为：首先进行初始加密矩阵的生成，生成方式为选择加密次数最多的图像块，也即最大的局部联系性对应的图像块作为目标块，对该目标块利用现有算法进行最大无关向量组的生成，可获得多个与该目标块无关的向量组，最大无关向量组即为该目标块内所有像素点灰度值组成的矩阵的基，其转置后可与矩阵进行相应的运算，而后利用这些最大无关向量组组成初始加密矩阵。
31.基于初始加密矩阵对每个图像块的加密公钥生成，以第个图像块为例，其加密公钥为：其中，表示第个图像块的加密公钥；表示第个图像块的局部联系性；表示初始加密矩阵。
32.以此类推，可得到灰度图像中每个图像块对应的加密公钥，基于加密公钥获取对应的解密私钥为：；表示灰度图像中所有图像块的数量。
33.步骤s400，基于每个图像块对应的加密次数以及加密公钥进行加密，所有的图像块加密完成得到监控图像的加密图像，基于加密图像进行传输。
34.由步骤s200和步骤s300得到每个图像块对应的加密次数以及加密公钥和对应的解密私钥，然后通过加密公钥和加密次数对图像块进行加密，具体方法为：从加密次数最大的图像块开始，利用其对应的加密公钥进行该图像块的加密，加密方式为图像块与对应加密公钥进行卷积；接着利用加密次数第二多的图像块对应的加密公钥进行该图像块以及加密次数最大的图像块进行加密，以此类推，直至加密次数为一的图像块对应的加密公钥进行整体图像中每个图像块的加密，从而得到加密完成的加密图像。
35.在后续进行数据传输时，通过传输该加密图像提高数据传输过程中的安全性。
36.综上所述，本发明实施例通过获取需要进行环境保护监测的监控图像，对监控图像进行灰度化处理得到灰度图像；将灰度图像划分为多个图像块，获取每个图像块对应的基础联系性以及进阶联系性；根据基础联系性与进阶联系性的乘积得到图像块对应的局部联系性；根据所有图像块对应的局部联系性得到每个图像块的加密次数；获取加密次数最大时对应的图像块为目标块，获取目标块的最大无关向量组，基于最大无关向量组得到目标块的初始加密矩阵；基于初始加密矩阵以及每个图像块对应的局部联系性的乘积得到对应图像块的加密公钥；基于每个图像块对应的加密次数以及加密公钥进行加密，所有的图像块加密完成得到监控图像的加密图像，基于加密图像进行传输，提高了数据保密的安全性，数据的隐私效果更强。
37.基于与上述方法实施例相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种环境保护监测数据的安全传输系统，该系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序。处理器执行所述计算机程序时实现上述一种环境保护监测数据的安全传输方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤。该一种环境保护监测数据的安全传输方法在上述实施例中已经详细说明，不再赘述。
38.需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
39.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
40.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。