CN107770405A - 图像加密方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像加密方法及装置，该方法，包括：获取明文图像的哈希函数值，根据所述哈希函数值获取所述明文图像对应的第一密钥；对所述明文图像进行稀疏变换处理，得到所述明文图像对应的离散矩阵；通过所述第一密钥对所述离散矩阵进行置乱处理，得到置乱后的中间矩阵，所述中间矩阵对应置乱后的明文图像；通过半张量压缩感知测量所述中间矩阵，输出第一加密矩阵，所述第一加密矩阵对应压缩加密后的明文图像。本发明中的方法有效减少了传输过程中图像数据的存储、传输量。

Description

图像加密方法及装置
技术领域
本发明涉及图像传输技术领域，尤其涉及一种图像加密方法及装置。
背景技术
随着计算机通信技术的迅速发展，以人体参数进行远程监控的体域网(Body AreaNetwork,BAN)技术的应用场合也越来越多。由于体域网应用对象的特殊性，使得体域网中各个节点间进行无线传输的数据需要进行加密处理，以避免个人隐私的泄露。
目前，对图像数据的加密方式是针对每次测量到的数据设计一个相应的测量矩阵，然后通过混沌加密的方式处理测量矩阵，以实现对图像数据的加密。
但是，现有技术中的这种加密方式处理过程复杂，需要存储和传输大量的测量数据，应用在体域网中时，会造成体域网中节点间的数据传输时间长，极大地消耗了体域网的电能，从而影响体域网的使用。
发明内容
本发明提供一种图像加密方法及装置，以降低图像传输的存储和传输量。
第一方面，本发明提供了一种图像加密方法，包括：
获取明文图像的哈希函数值，根据所述哈希函数值获取所述明文图像对应的第一密钥；
对所述明文图像进行稀疏变换处理，得到所述明文图像对应的离散矩阵；
通过所述第一密钥对所述离散矩阵进行置乱处理，得到置乱后的中间矩阵，所述中间矩阵对应置乱后的明文图像；
通过半张量压缩感知测量所述中间矩阵，输出第一加密矩阵，所述第一加密矩阵对应压缩加密后的明文图像。
可选地，所述获取明文图像的哈希函数值，根据所述哈希函数值获取所述明文图像对应的第一密钥，包括：
通过SHA-256哈希函数处理所述明文图像，输出长度为256比特的输出数值，将所述256比特的输出数值按照预设的位数k划分成256/k个数值，将所述256/k个数值划分成3组；
将预设的3个初值分别添加至对应的组中，按照预设规则对每组中的数值进行异或处理，得到3个数值，将所述3个数值作为第一密钥。
可选地，所述对所述明文图像进行稀疏变换处理，得到所述明文图像对应的离散矩阵，包括：
对所述明文图像进行离散小波变换或者离散傅里叶变换，得到所述明文图像对应的离散矩阵。
可选地，通过所述第一密钥对所述离散矩阵进行置乱处理，包括：
采用Arnold变换置乱所述离散矩阵，Arnold变换是指：将离散矩阵中的数值进行重新排列；其中，所述第一密钥中的3个数值依次作为所述Arnold变换的置乱轮数、Arnold变换的置乱公式中的系数a、系数b。
可选地，所述通过半张量压缩感知测量所述中间矩阵，输出第一加密矩阵，包括：
预先设置半张量测量模型中的参数α、参数β、测量矩阵φ1、辅助矩阵φ2；x为输入信号，y观测信号；其中，测量矩阵φ1由混沌序列生成，为半张量积运算符号；
将所述中间矩阵作为所述半张量测量模型的输入信号，所述半张量测量模型输出的观测信号构成第一加密矩阵。
可选地，在通过半张量压缩感知测量所述中间矩阵，输出第一加密矩阵之后，还包括：
通过logistic混沌序列置乱所述第一加密矩阵，得到第二加密矩阵，所述第二加密矩阵对应最终的密文图像。
可选地，所述通过logistic混沌置乱所述第一加密矩阵，得到第二加密矩阵，包括：
通过设置logistic混沌序列的混沌初值生成相应的logistic混沌序列，设置针对所述logistic混沌序列的采样初始位置为s，采样间隔为u，将采样得到的序列按照数值的大小进行升序排列，并通过序列n记录采样得到的升序序列中对应数值在所述logistic混沌序列的位置，按n序列置乱所述第一加密矩阵，得到第二加密矩阵，所述第二加密矩阵对应最终的密文图像；其中，所述混沌初值还作为第二密钥，所述第二密钥与第二加密矩阵、第一密钥被一起发送给接收端。
第二方面，本发明提供了一种图像加密装置，包括：
获取模块，用于获取明文图像的哈希函数值，根据所述哈希函数值获取所述明文图像对应的第一密钥；
变换模块，用于对所述明文图像进行稀疏变换处理，得到所述明文图像对应的离散矩阵；
置乱模块，用于通过所述第一密钥对所述离散矩阵进行置乱处理，得到置乱后的中间矩阵，所述中间矩阵对应置乱后的明文图像；
加密压缩模块，用于通过半张量压缩感知测量所述中间矩阵，输出第一加密矩阵，所述第一加密矩阵对应压缩加密后的明文图像。
可选地，所述获取模块，具体用于：
通过SHA-256哈希函数处理所述明文图像，输出长度为256比特的输出数值，将所述256比特的输出数值按照预设的位数k划分成256/k个数值，将所述256/k个数值划分成3组；
将预设的3个初值分别添加至对应的组中，按照预设规则对每组中的数值进行异或处理，得到3个数值，将所述3个数值作为第一密钥。
可选地，所述变换模块，具体用于：
对所述明文图像进行离散小波变换或者离散傅里叶变换，得到所述明文图像对应的离散矩阵。
可选地，所述置乱模块，具体用于：
采用Arnold变换置乱所述离散矩阵，Arnold变换是指：将离散矩阵中的数值进行重新排列；其中，所述第一密钥中的3个数值依次作为所述Arnold变换的置乱轮数、Arnold变换的置乱公式中的系数a、系数b。
可选地，所述加密压缩模块，具体用于：
预先设置半张量测量模型中的参数α、参数β、测量矩阵φ1、辅助矩阵φ2；x为输入信号，y观测信号；其中，测量矩阵φ1由混沌序列生成，为半张量积运算符号；
将所述中间矩阵作为所述半张量测量模型的输入信号，所述半张量测量模型输出的观测信号构成第一加密矩阵。
可选地，还包括：混沌序列置乱模块，用于在通过半张量压缩感知测量所述中间矩阵，输出第一加密矩阵之后，通过logistic混沌序列置乱所述第一加密矩阵，得到第二加密矩阵，所述第二加密矩阵对应最终的密文图像。
可选地，所述混沌序列置乱模块，具体用于：
通过设置logistic混沌序列的混沌初值生成相应的logistic混沌序列，设置针对所述logistic混沌序列的采样初始位置为s，采样间隔为u，将采样得到的序列按照数值的大小进行升序排列，并通过序列n记录采样得到的升序序列中对应数值在所述logistic混沌序列的位置，按n序列置乱所述第一加密矩阵，得到第二加密矩阵，所述第二加密矩阵对应最终的密文图像；其中，所述混沌初值还作为第二密钥，所述第二密钥与第二加密矩阵、第一密钥被一起发送给接收端。
第三方面，本发明提供了一种图像解密方法，包括：
接收密文图像对应的第二加密矩阵、第一密钥以及第二密钥；
将所述第二密钥作为logistic混沌序列的混沌初值，生成相应的logistic混沌序列；
通过所述logistic混沌序列逆置乱所述第二加密矩阵，得到对应的第一加密矩阵；
通过半张量压缩感知的重构算法(例如正交匹配追踪Orthogonal MatchingPursuit，OMP算法)处理所述第一加密矩阵，得到中间矩阵；
将所述第一密钥对应的3个数值分别作为Arnold变换的置乱轮数、Arnold变换的置乱公式中的系数a、系数b，通过Arnold变换公式的逆运算得到明文图像对应的离散矩阵；
通过逆离散小波变换(Inverse discrete wavelet transform,IDWT)或者逆离散傅里叶变换(Inverse discrete fourier transform,IDFT)对所述离散矩阵进行恢复处理，得到明文图像。
第四方面，本发明提供了一种图像解密装置，包括：
接收模块，用于接收密文图像对应的第二加密矩阵、第一密钥以及第二密钥；
序列生成模块，用于将所述第二密钥作为logistic混沌序列的混沌初值，生成相应的logistic混沌序列；
逆置乱模块，用于通过所述logistic混沌序列置乱所述第二加密矩阵，得到对应的第一加密矩阵；
重构模块，用于通过半张量压缩感知的重构算法(例如正交匹配追踪OrthogonalMatching Pursuit，OMP算法)处理所述第一加密矩阵，得到中间矩阵；
逆变换模块，用于将所述第一密钥对应的3个值分别作为Arnold变换的置乱轮数、Arnold变换的置乱公式中的系数a、系数b，通过Arnold变换公式的逆运算得到明文图像对应的离散矩阵；
恢复模块，用于通过逆离散小波变换IDWT或者逆离散傅里叶变换(Inversediscrete fourier transform,IDFT)对所述离散矩阵进行恢复处理，得到明文图像。
第五方面，本发明提供了一种图像传输系统，包括：图像数据发送器和图像数据接收器，所述图像数据发送器用于对明文图像执行上述第一方面中任一项所述的方法，所述图像数据接收器用于对密文图像执行上述第三方面所述的方法。
本发明提供的图像加密方法及装置，通过稀疏变换将明文图像转换为对应的离散矩阵，并利用哈希函数处理该明文图像得到第一密钥，通过第一密钥对所述离散矩阵进行置乱处理后得到中间矩阵；最后，通过半张量压缩感知测量所述中间矩阵，得到压缩加密后的第一加密矩阵，该第一加密矩阵对应压缩加密后的明文图像。本发明利用第一密钥对明文图像的离散矩阵进行置乱处理，从而可以对明文图像进行有效的加密，再通过半张量压缩感知该中间矩阵，实现对中间矩阵的压缩处理。相较于传统的图像加密方法，本发明有效减少了传输过程中图像数据的存储、传输量。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的应用场景示意图；
图2为本发明实施例一提供的图像加密方法的流程图；
图3为本发明实施例二提供的图像加密方法的流程图；
图4为本发明实施例一提供的图像加密、解密方法的流程图；
图5为本发明实施例一中半张量测量模型的原理示意图；
图6为应用本发明实施例二提供的图像加密方法中对第一加密矩阵进行置乱处理前后的矩阵示意图；
图7为应用图4中的方法进行图像加密、解密时输出图像的效果示意图；
图8为本发明实施例一提供的图像加密装置的结构示意图；
图9为本发明实施例二提供的图像加密装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
以下，对本申请中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解：
1)体域网(Body Area Network,BAN)，是指附着在人体身上的一种网络，由一套小巧可移动、具有通信功能的传感器和一个身体主站(或称BAN协调器)组成。每一传感器均可佩戴在身上，也可植入体内。协调器(例如电脑、手机等终端)是网络的管理器，也是BAN和外部网络(如3G、WiMAX、Wi-Fi等)之间的网关，使数据能够得以安全地传送和交换。由于这些传感器通过无线技术进行通信，所以体域网也叫无线体域网(Wireless Body AreaNetwork,WBAN)。
2)压缩感知，又称压缩采样，是指通过开发信号的稀疏特性，在远小于奈奎斯特Nyquist采样率的条件下，用随机采样获取信号的离散样本，然后通过非线性重建算法完美的重建信号。压缩感知方法突破了信号采样的瓶颈，能同时实现压缩与加密，显著降低了数据的存储与传输的代价及信号处理的时间和计算成本。例如，对一个N维信号x进行压缩观测得到M维观测信号y，即y＝Φx，Φ为观测矩阵，由线性方程组的理论知道这是一个欠定方程。压缩感知是经过深入探索信息的冗余性而后对信号进行压缩的。压缩感知领域包括稀疏表示、测量矩阵、重构算法三个方面的研究。通常情况下信号的稀疏性越好，信号重构的精度就越高。稀疏表示的一个研究热点就是信号在冗余字典下的稀疏分解。为实现精确的恢复，压缩感知的测量矩阵需要满足非相干性或等距约束性准则，包括随机高斯矩阵、托普利兹矩阵等。压缩感知稀疏重建算法主要包括3类，即松弛方法、贪婪方法、非凸方法。
3)半张量积，是一种新的矩阵乘法，适用于前矩阵列数与后矩阵的行数不相等的情况。当矩阵A的列数C(A)与矩阵B的行数R(B)相等，则矩阵A和矩阵B可乘，而矩阵半张量积是将传统矩阵乘法推广到阶数不等情形，即C(A)≠R(B)的情况。
4)半张量感知模型记为其中表示半张量积运算，A∈Rm×n，x∈Rp，y∈Rmp/n，p＝lcm(n,p)，A为m行n列的测量矩阵，x为p维稀疏信号，y为mp/n维观测信号。半张量感知模型也可用张量积形式进行表示，记为：
式中：表示张量积，Ip/n表示维度为p/n的单位矩阵。
图1为本发明实施例一提供的应用场景示意图，如图1所示，本发明提供的体域网中的图像加密方法和解密方法，可以应用在无线体域网中。但是，传统的图像加密传输方法处理过程复杂，需要存储和传输大量的测量数据，应用在体域网中时，会造成体域网中节点间的数据传输时间长，极大地消耗了体域网的电能，从而影响体域网的使用。
本发明提供的图像加密方法，旨在解决现有技术的如上技术问题。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
图2为本发明实施例一提供的图像加密方法的流程图，图5为本发明实施例一中半张量测量模型的原理示意图；参考图1、图5，本实施例中的方法可以包括：
S101、获取明文图像的哈希函数值，根据哈希函数值获取明文图像对应的第一密钥。
本实施例中，可以通过哈希函数处理明文图像(如Lena、Peppers等)，哈希函数是指能够将任意长度的输入压缩为固定位数的输出数值的函数，常见的哈希函数包括：SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512等。本实施例中以哈希函数SHA-256为例进行详细说明，首先通过SHA-256哈希函数处理所述明文图像，输出长度为256比特的输出数值，将所述256比特的输出数值按照预设的位数k划分成256/k个数值，将所述256/k个数值划分成3组。其中k可以是8位、16位等等，以8位为例，将SHA-256哈希函数输出的数值按照8位一个数进行划分后，可以得到32个长度为8位的数值，将32个数值按照数量11、11、10分成三组(具体分组方式可以人为设置，本实施例不限定分组数值的数量和形式)。
可选地，将预设的3个初值分别添加至对应的组中，按照预设规则对每组中的数值进行异或处理，得到3个数值(如图4中所示的密钥k1、k2、k3)，将所述3个数值作为第一密钥。本实施例中的异或处理是按照预设的规则进行的，例如可以依次将每组数值的第一个数与第二个数值进行异或运算后得到数值m1，将该数值m1与相邻的下一个数值进行异或运算，依次类推，直到mN-1与组中的最后一个数值进行异或运算后得到最终的数值k1，将该最终的数值k1作为第一密钥的第一个值；其中N表示组中数值的总数。
S102、对明文图像进行稀疏变换处理，得到明文图像对应的离散矩阵。
本实施例中，可以通过离散小波变换(discrete wavelet transform,DWT)或者离散傅里叶变换对明文图像提取的矩阵进行离散处理，得到相应的离散矩阵。
S103、通过第一密钥对所述离散矩阵进行置乱处理，得到置乱后的中间矩阵，中间矩阵对应置乱后的明文图像。
本实施例中，可以采用Arnold变换置乱所述离散矩阵，Arnold变换是指：将离散矩阵中的数值进行重新排列；其中，所述第一密钥中的3个数值依次作为所述Arnold变换的置乱轮数、Arnold变换的置乱公式中的系数a、系数b。
S104、通过半张量压缩感知测量中间矩阵，输出第一加密矩阵，第一加密矩阵对应压缩加密后的明文图像。
本实施例中，可以预先设置半张量测量模型中的参数α、参数β、测量矩阵φ1、辅助矩阵φ2；x为输入信号，y观测信号；其中，测量矩阵φ1由混沌序列生成，为半张量积运算符号；将所述中间矩阵作为所述半张量测量模型的输入信号，所述半张量测量模型输出的观测信号构成第一加密矩阵。
本实施例，通过稀疏变换将明文图像转换为对应的离散矩阵，并利用哈希函数处理该明文图像得到第一密钥，通过第一密钥对所述离散矩阵进行置乱处理后得到中间矩阵；最后，通过半张量压缩感知测量所述中间矩阵，得到压缩加密后的第一加密矩阵，该第一加密矩阵对应压缩加密后的明文图像。本发明利用第一密钥对明文图像的离散矩阵进行置乱处理，从而可以对明文图像进行有效的加密，再通过半张量压缩感知该中间矩阵，实现对中间矩阵的压缩处理。相较于传统的图像加密方法，本发明有效减少了传输过程中图像数据的存储、传输量。
图3为本发明实施例二提供的图像加密方法的流程图，图4为本发明实施例一提供的图像加密、解密方法的流程图；图6为应用本发明实施例二提供的图像加密方法中对第一加密矩阵进行置乱处理前后的矩阵示意图，图7为应用图4中的方法进行图像加密、解密时输出图像的效果示意图；参考图3、图4、图6、图7，本实施例中的方法可以包括：
S201、获取明文图像的哈希函数值，根据哈希函数值获取明文图像对应的第一密钥。
S202、对明文图像进行稀疏变换处理，得到明文图像对应的离散矩阵。
S203、通过第一密钥对所述离散矩阵进行置乱处理，得到置乱后的中间矩阵，中间矩阵对应置乱后的明文图像。
S204、通过半张量压缩感知测量中间矩阵，输出第一加密矩阵，第一加密矩阵对应压缩加密后的明文图像。
本实施例中的步骤S201-步骤S204的具体实现过程请参考图1所示方法中的相关描述，此处不再赘述。
S205、通过logistic混沌序列置乱第一加密矩阵，得到第二加密矩阵，第二加密矩阵对应最终的密文图像。
本实施例中，在通过半张量压缩感知测量所述中间矩阵，输出第一加密矩阵之后，通过logistic混沌序列置乱所述第一加密矩阵，得到第二加密矩阵，所述第二加密矩阵对应最终的密文图像。
可选地，通过设置logistic混沌序列的混沌初值生成相应的logistic混沌序列，设置针对所述logistic混沌序列的采样初始位置为s(例如可以设置初始位置为1)，采样间隔为u(例如可以设置采样间隔为4个数值)，将采样得到的序列按照数值的大小进行升序排列，并通过序列n记录采样得到的升序序列中对应数值在所述logistic混沌序列的位置，按n序列置乱所述第一加密矩阵，得到第二加密矩阵，所述第二加密矩阵对应最终的密文图像；其中，所述混沌初值还作为第二密钥，所述第二密钥与第二加密矩阵、第一密钥被一起发送给接收端。本实施中不限定接收端的种类，接收端可以是计算机、手机等智能终端。
需要说明的是，本实施例不限定logistic混沌序列的采样初始位置和采样间隔为u，其中s、u为大于等于1的自然数。
本实施例，通过设置logistic混沌序列置乱第一加密矩阵，对半张量压缩感知测量的第一加密矩阵进行混沌置乱处理，其中的混沌序列由混沌系统产生，而混沌系统具有初值敏感性，对于logistic混沌系统而言，扰动小于10-16得到的混沌序列都会不同。因此，可以进一步地增加密文图像的加密效果，提高密文图像抵抗攻击的能力。
可选地，本实施例还可以采用采用混沌序列生成半张量压缩感知的测量矩阵，实现一个测量矩阵加密多种不同维度的信号，以解决适变性问题。混沌参数的传输以及测量矩阵行列数的减少都有助于降低图像传输的能耗，因此可以适用于无线体域网中，在保证图像的加密效果，提高密文图像的抵抗攻击能力的同时，减少图像数据在传输过程中的存储量和传输量。
如图4所示，与本实施例中的图像加密方法相对应，在密文图像的接收端还需要进行相应的图像解密操作。可选地，与本实施例相对应的图像解密方法，包括：
接收密文图像对应的第二加密矩阵、第一密钥以及第二密钥；
将所述第二密钥作为logistic混沌序列的混沌初值，生成相应的logistic混沌序列；
通过所述logistic混沌序列逆置乱所述第二加密矩阵，得到对应的第一加密矩阵；
通过半张量压缩感知(STP-CS)的重构算法(例如正交匹配追踪OrthogonalMatching Pursuit，OMP算法)处理所述第一加密矩阵，得到中间矩阵；
将所述第一密钥对应的3个数值分别作为Arnold变换的置乱轮数、Arnold变换的置乱公式中的系数a、系数b，通过Arnold变换公式的逆运算得到明文图像对应的离散矩阵；
通过逆离散小波变换(Inverse discrete wavelet transform,IDWT)或者傅里叶的逆变换对所述离散矩阵进行恢复处理，得到明文图像。
本实施例，利用第二密钥(混沌初值)生成logistic混沌矩阵，然后逆置乱接收到的密文图像；并进行半张量压缩感知的重构过程，使用OMP重构算法(该重构过程是一个并行重构过程)进行图像重构，再通过Arnold变换的逆置乱复、IDWT处理，得到恢复的明文图像。本实施例的解密过程只需要通过信道传输密文图像(第二加密矩阵)、第一密钥(k1、k2、k3)、第二密钥(k4)，就可以实现对密文的有效恢复，恢复图像与原始图像之间的差异小(图像与原始图像的差异可以用均方误差和峰值信噪比来进行衡量)，可靠性高。
图8为本发明实施例一提供的图像加密装置的结构示意图，如图8所示，本实施中的装置可以包括：
获取模块10，用于获取明文图像的哈希函数值，根据所述哈希函数值获取所述明文图像对应的第一密钥；
变换模块20，用于对所述明文图像进行稀疏变换处理，得到所述明文图像对应的离散矩阵；
置乱模块30，用于通过所述第一密钥对所述离散矩阵进行置乱处理，得到置乱后的中间矩阵，所述中间矩阵对应置乱后的明文图像；
加密压缩模块40，用于通过半张量压缩感知测量所述中间矩阵，输出第一加密矩阵，所述第一加密矩阵对应压缩加密后的明文图像。
可选地，获取模块10具体用于：通过SHA-256哈希函数处理所述明文图像，输出长度为256比特的输出数值，将所述256比特的输出数值按照预设的位数k划分成256/k个数值，将所述256/k个数值划分成3组；将预设的3个初值分别添加至对应的组中，按照预设规则对每组中的数值进行异或处理，得到3个数值，将所述3个数值作为第一密钥。
可选地，所述变换模块20，具体用于：对所述明文图像进行离散小波变换或者离散傅里叶变换，得到所述明文图像对应的离散矩阵。
可选地，所述置乱模块30，具体用于：采用Arnold变换置乱所述离散矩阵，Arnold变换是指：将离散矩阵中的数值进行重新排列，以使离散矩阵对应的明文图像产生拉伸、压缩、折叠、拼接中的任一或者任多种变化；其中，所述第一密钥中的3个数值依次作为所述Arnold变换的置乱轮数、Arnold变换的置乱公式中的系数a、系数b。
可选地，所述加密压缩模块40，具体用于：预先设置半张量测量模型中的参数α、参数β、测量矩阵φ1、辅助矩阵φ2；x为输入信号，y观测信号；其中，测量矩阵φ1由混沌序列生成，为半张量积运算符号。将所述中间矩阵作为所述半张量测量模型的输入信号，所述半张量测量模型输出的观测信号构成第一加密矩阵。
本实施中的装置可以执行图2、图3所示的方法，其实现过程和技术效果类似，此处不再赘述。
图9为本发明实施例二提供的图像加密装置的结构示意图，如图9所示，在图8所示的装置的基础上，本实施中的装置还可以包括：混沌序列置乱模块50，用于在通过半张量压缩感知测量所述中间矩阵，输出第一加密矩阵之后，通过logistic混沌序列置乱所述第一加密矩阵，得到第二加密矩阵，所述第二加密矩阵对应最终的密文图像。
可选地，所述混沌序列置乱模块50，具体用于：
通过设置logistic混沌序列的混沌初值生成相应的logistic混沌序列，设置针对所述logistic混沌序列的采样初始位置为s，采样间隔为u，将采样得到的序列按照数值的大小进行升序排列，并通过序列n记录采样得到的升序序列中对应数值在所述logistic混沌序列的位置，按n序列置乱所述第一加密矩阵，得到第二加密矩阵，所述第二加密矩阵对应最终的密文图像；其中，所述混沌初值还作为第二密钥，所述第二密钥与第二加密矩阵、第一密钥被一起发送给接收端。
本实施中的装置可以执行图2、图3所示的方法，其实现过程和技术效果类似，此处不再赘述。
本申请实施例提供了一种图像传输系统，包括：图像数据发送器和图像数据接收器，所述图像数据发送器用于对明文图像执行上述图2、图3所述的方法，所述图像数据接收器用于对密文图像执行上述图4所述的方法。
此外，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当用户设备的至少一个处理器执行该计算机执行指令时，用户设备执行上述各种可能的方法。
其中，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。另外，该ASIC可以位于用户设备中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于通信设备中。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种图像加密方法，其特征在于，包括：
获取明文图像的哈希函数值，根据所述哈希函数值获取所述明文图像对应的第一密钥；
对所述明文图像进行稀疏变换处理，得到所述明文图像对应的离散矩阵；
通过所述第一密钥对所述离散矩阵进行置乱处理，得到置乱后的中间矩阵，所述中间矩阵对应置乱后的明文图像；
通过半张量压缩感知测量所述中间矩阵，输出第一加密矩阵，所述第一加密矩阵对应压缩加密后的明文图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取明文图像的哈希函数值，根据所述哈希函数值获取所述明文图像对应的第一密钥，包括：
通过SHA-256哈希函数处理所述明文图像，输出长度为256比特的输出数值，将所述256比特的输出数值按照预设的位数k划分成256/k个数值，将所述256/k个数值划分成3组；
将预设的3个初值分别添加至对应的组中，按照预设规则对每组中的数值进行异或处理，得到3个数值，将所述3个数值作为第一密钥。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述明文图像进行稀疏变换处理，得到所述明文图像对应的离散矩阵，包括：
对所述明文图像进行离散小波变换或者离散傅里叶变换，得到所述明文图像对应的离散矩阵。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述第一密钥对所述离散矩阵进行置乱处理，包括：
采用Arnold变换置乱所述离散矩阵，Arnold变换是指：将离散矩阵中的数值进行重新排列；其中，所述第一密钥中的3个数值依次作为所述Arnold变换的置乱轮数、Arnold变换的置乱公式中的系数a、系数b。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述通过半张量压缩感知测量所述中间矩阵，输出第一加密矩阵，包括：
预先设置半张量测量模型中的参数α、参数β、测量矩阵φ1、辅助矩阵φ2；x为输入信号，y观测信号；其中，测量矩阵φ1由混沌序列生成，为半张量积运算符号；
将所述中间矩阵作为所述半张量测量模型的输入信号，所述半张量测量模型输出的观测信号构成第一加密矩阵。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，在通过半张量压缩感知测量所述中间矩阵，输出第一加密矩阵之后，还包括：
通过logistic混沌序列置乱所述第一加密矩阵，得到第二加密矩阵，所述第二加密矩阵对应最终的密文图像。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通过logistic混沌置乱所述第一加密矩阵，得到第二加密矩阵，包括：
通过设置logistic混沌序列的混沌初值生成相应的logistic混沌序列，设置针对所述logistic混沌序列的采样初始位置为s，采样间隔为u，将采样得到的序列按照数值的大小进行升序排列，并通过序列n记录采样得到的升序序列中对应数值在所述logistic混沌序列的位置，按n序列置乱所述第一加密矩阵，得到第二加密矩阵，所述第二加密矩阵对应最终的密文图像；其中，所述混沌初值还作为第二密钥，所述第二密钥与第二加密矩阵、第一密钥被一起发送给接收端。
8.一种图像加密装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取明文图像的哈希函数值，根据所述哈希函数值获取所述明文图像对应的第一密钥；
变换模块，用于对所述明文图像进行稀疏变换处理，得到所述明文图像对应的离散矩阵；
置乱模块，用于通过所述第一密钥对所述离散矩阵进行置乱处理，得到置乱后的中间矩阵，所述中间矩阵对应置乱后的明文图像；
加密压缩模块，用于通过半张量压缩感知测量所述中间矩阵，输出第一加密矩阵，所述第一加密矩阵对应压缩加密后的明文图像。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述获取模块，具体用于：
通过SHA-256哈希函数处理所述明文图像，输出长度为256比特的输出数值，将所述256比特的输出数值按照预设的位数k划分成256/k个数值，将所述256/k个数值划分成3组；
将预设的3个初值分别添加至对应的组中，按照预设规则对每组中的数值进行异或处理，得到3个数值，将所述3个数值作为第一密钥。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述变换模块，具体用于：
对所述明文图像进行离散小波变换或者离散傅里叶变换，得到所述明文图像对应的离散矩阵。
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