CN104717072A - 基于感知哈希与椭圆曲线的遥感影像认证方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于感知哈希与椭圆曲线密码的遥感影像认证方法：针对遥感影像在传输与使用过程中的认证问题，利用感知哈希技术能够实现遥感影像内容认证和椭圆曲线具有高安全强度、短密钥的特点，顾及遥感影像数据海量性特征，先对原始遥感影像进行隐性格网划分，而后通过DCT变换的方式提取格网单元内容特征生成感知哈希序列，并基于椭圆曲线密码实现感知哈希序列的加密。本发明在满足感知哈希安全性的前提下可以使用较短的非对称加密密钥，克服了对常规感知哈希算法因采用对称加密而带来的密钥管理的缺陷，并能够实现通信双方的双向认证，为遥感影像基于内容的认证提供有效的安全性支持。

Description

基于感知哈希与椭圆曲线的遥感影像认证方法

技术领域

本发明属于地理信息安全领域，具体涉及遥感影像基于感知哈希与椭圆曲线密码的认证方法，通过感知哈希实现遥感影像基于内容的认证，并通过椭圆曲线密码保障认证信息自身的安全性，克服了常规感知哈希算法存在的密钥管理问题。

背景技术

遥感影像数据在地理信息系统中占据重要的一席之地。但是，遥感影像在传输、存储与使用过程中，完整性、真实性问题不容忽视。传统认证技术基于Hash函数、数字签名等实现数据的认证。但是，Hash函数与数字签名对数据的比特级变化十分敏感，并不能很好地认证遥感影像。感知哈希为遥感影像的认证提供了新的途径。感知哈希是多媒体数据集到感知摘要集的一类单向映射，能够用尽可能少的信息表征遥感影像的内容信息。感知哈希算法在认证数据的同时，自身的安全问题同样不容忽视。

目前，已经有诸多学者展开针对感知哈希算法安全性的相关研究。Chang L等人(ChangL,Yan W G,Wang W D.Research on Robust Image Perceptual Hashing Technology Based onDiscrete Cosine Transform[M]//Business,Economics,Financial Sciences,and Management.Springer Berlin Heidelberg,2012:799-809.)设计的感知哈希算法通过混沌加密算法保证哈希序列的安全性。倪丽佳等人(倪丽佳,王朔中,吴酋珉,等.对局部内容篡改敏感的感知图像散列[J].通信学报,2012,33(11):177-184.)采用AES算法保证感知哈希序列的安全性。

现有研究大多采用对称加密算法保证感知哈希序列的安全性，对密钥管理问题考虑不足。本发明在现有感知哈希算法基础上，结合椭圆曲线密码高安全强度、短密钥等优点，构建一种基于感知哈希与椭圆曲线的遥感影像认证方法。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有认证技术在遥感影像在传输与存储过程中认证中的不足，基于感知哈希技术实现遥感影像基于内容的认证，并基于椭圆曲线密码保障认证信息自身的安全性，克服常规感知哈希算法密钥管理的不足。

为了实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案为：

基于感知哈希与椭圆曲线密码的遥感影像认证方法，其特征在于，通过椭圆曲线密码ECC(Elliptic Curve Cryptography)保障基于感知哈希的遥感影像认证过程中认证信息的安全性，该方法首先基于隐形格网划分将原始遥感影像划分为不同的区域，其次，提取影像格网单元的内容特征，生成感知哈希序列；接下来，使用接收端的ECC公钥对生成的感知哈希序列进行加密，并使用发送端的ECC私钥进行签名；最后，接收端验证签名后，通过ECC私钥解密感知哈希序列，进而实现遥感影像的认证。

所述认证方法的具体步骤如下：

步骤一，顾及遥感影像的数据海量性特征，对原始影像进行均匀格网划分，通过双线性差值将格网单元的分辨率统一为m×m像素，并调整为具有255阶的灰度图，其中m为大于0的整数；对格网单元进行DCT变换后，提取一部分低频系数作为内容特征，进一步量化后，得到格网单元二值序列形式的哈希序列，其中，AC系数的量化规则为：系数为正，置为1；系数为负，置为0；DC系数的量化规则为：大于各分块DC系数的均值，置为1，否则置为0；

步骤二，使用影像数据接收端的ECC公钥对格网单元的感知哈希序列进行加密，并使用发送端的ECC私钥对加密后的序列进行签名。串联经过加密与签名的格网单元哈希序列得到最终的认证信息，将其与原始影像一起发送到影像接收端；

步骤三，影像接收端使用发送端的ECC公钥对认证信息自身进行认证，然后，使用接收端的ECC私钥解密感知哈希序列，进而实现对遥感影像的认证。

本发明基于感知哈希和椭圆曲线密码进行遥感影像的认证，在满足感知哈希安全性的前提下可以使用较短的非对称加密密钥，克服了传统密码学Hash函数对影像数据变化过于敏感的缺陷，并发挥椭圆曲线密码高安全强度和短密钥的优点，避免常规感知哈希算法因采用对称加密而带来的密钥管理方面的不足，保障感知哈希自身的安全性，并能够实现通信双方的双向认证，为遥感影像基于内容的认证提供有效的安全性支持。

附图说明

图1是本发明方法的操作流程图；

图2(a)是测试影像A及其(b)16×16隐形格网划分的示意图；

图3是测试影像B；

图4是测试影像B的认证实例。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明基于感知哈希与椭圆曲线密码实现遥感影像的安全认证，针对传统密码学Hash函数在遥感影像认证中的不足，首先基于隐形格网划分将原始影像划分为不同的区域，然后采用感知哈希算法生成影像不同区域的内容特征，并使用椭圆曲线密码对生成的感知哈希序列进行加密与签名，保证认证信息自身的安全性，同时避免对称密码在密钥管理方面的缺陷。

本实施分别选择选择大小为4096像素×4096像素、512像素×512像素的遥感影像作为实验数据，按照本发明进行认证实例，进一步详细说明本发明。

步骤一：遥感影像感知哈希序列的生成；

对于测试影像A，先进行隐性格网划分，将其分割成大小相等的区域，进而对生成每个格网单元的感知哈希序列：每个格网进行归一化处理，统一其分辨率；并对其进行DCT变换(离散余弦变换)，提取变换后的一部分低频系数作为内容特征；提取的低频经过量化之后，得到二值序列形式的感知哈希序列。

对于测试影像B，则可以不进行隐形格网划分，直接将原始影像进行归一化后，通过DCT变换提取其部分低频系数生成感知哈希序列。

步骤二：基于椭圆曲线的感知哈希序列加密与签名；

在步骤一的基础上，对于各格网单元的感知哈希序列，采用接收端的椭圆曲线密码公钥进行加密，并采用发送端的私钥进行签名，得到的加密与签名结果就构成了影像的认证信息。

步骤三：影像接收端对影像进行认证。

在步骤二的基础上，将认证信息与遥感影像一起传输到接收端(认证端)，先验证签名，然后解密认证感知哈希序列，进而进行影像内容的认证。

图4所示为测试影像B的认证测试结果：对于不改变影像内容的操作，如格式转换、水印嵌入，均能够通过认证，但是密码学Hash函数对此均视为恶意篡改；对于改变影像内容的操作，则不能够通过认证，也就是检测到了恶意篡改。

通过本发明的上述步骤，可以实现遥感影像基于内容的认证，而且避免了常规感知哈希算法因采用对称加密而带来的密钥管理的缺陷，同时实现通信双方的双向认证。

本方法的特点与技术优势：

(1)本方法基于感知哈希实现遥感影像基于内容的认证，克服传统密码学Hash函数对遥感影像变换篡改过于敏感的缺陷。

(2)本方法基于椭圆曲线密码保证认证过程中感知哈希序列自身的安全性，克服常规感知哈希因采用对称加密方式带来的密钥管理方面的不足，并能够实现通信双方的认证。

(3)本发明所提出的方法是用于遥感影像认证的算法，采用该方法可以开发并实现基于感知哈希与椭圆曲线的遥感影像认证系统。

Claims (2)

1.基于感知哈希与椭圆曲线密码的遥感影像认证方法，其特征在于，通过椭圆曲线密码ECC保障基于感知哈希的遥感影像认证过程中认证信息的安全性，该方法首先基于隐形格网划分将原始遥感影像划分为不同的区域，其次，提取影像格网单元的内容特征，生成感知哈希序列；接下来，使用接收端的ECC公钥对生成的感知哈希序列进行加密，并使用发送端的ECC私钥进行签名；最后，接收端验证签名后，通过ECC私钥解密感知哈希序列，进而实现遥感影像的认证。

2.根据权利要求1所述的基于感知哈希和椭圆曲线密码的遥感影像认证方法，其特征在于，所述认证方法的具体步骤如下：

步骤一，顾及遥感影像的数据海量性特征，对原始影像进行均匀格网划分，通过双线性差值将格网单元的分辨率统一为m×m像素，并调整为具有255阶的灰度图，其中m为大于0的整数；对格网单元进行DCT变换后，提取一部分低频系数作为内容特征，进一步量化后，得到格网单元二值序列形式的哈希序列，其中，AC系数的量化规则为：系数为正，置为1；系数为负，置为0；DC系数的量化规则为：大于各分块DC系数的均值，置为1，否则置为0；

步骤二，使用影像数据接收端的ECC公钥对格网单元的感知哈希序列进行加密，并使用发送端的ECC私钥对加密后的序列进行签名。串联经过加密与签名的格网单元哈希序列得到最终的认证信息，将其与原始影像一起发送到影像接收端；

步骤三，影像接收端使用发送端的ECC公钥对认证信息自身进行认证，然后，使用接收端的ECC私钥解密感知哈希序列，进而实现对遥感影像的认证。