CN114866657B - 选择明文安全且密文图像文件大小减小的jpeg图像加密方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种选择明文安全且密文图像文件大小减小的JPEG图像加密方法，其中包括解析待加密JPEG图像的比特流；提取图像特征F；选定初始密钥K，将K与F一起生成自适应密钥KEY1；置换符号相同且连续的DC系数差分熵编码；迭代置换DC系数差分熵编码；分类置换AC系数熵编码；计算采用霍夫曼编码映射能保证文件大小减小的可去掉并自嵌入的AC系数熵编码数量的临界值N；每次加密随机生成范围为1到N的随机数，生成随机自嵌入密钥KEY2；去掉JPEG图像X个AC系数熵编码并通过重排序霍夫曼编码映射自嵌入到JPEG图像中，生成加密图像。本发明的目的是提高JPEG加密图像抵抗选择明文攻击能力，同时减小加密图像的文件大小以提高密文图像的传输及存储效率。

Description

选择明文安全且密文图像文件大小减小的JPEG图像加密方法
技术领域
本发明涉及图像处理领域，具体涉及一种选择明文安全且密文图像文件大小减小的JPEG图像加密方法。
背景技术
随着网络的发展，数字图像开始新兴并在网络上存储以及传输。JPEG图像由于其较小的文件大小使得其成为最广泛应用的图像格式。目前，在网络中活动的JPEG图像为明文图像，不能保证其隐私性以及安全性。因此，研究者们致力于研究JPEG图像的加密方法以实现图像的机密性。
在JPEG图像加密方法中所追求的目标是：在不增加图像传输以及存储负担的情况下，实现符合JPEG标准的安全加密方法。2018年，He等人(J.He,S.Huang,S.Tang,andJ.Huang,“Jpeg image encryption with improved format compatibility and filesize preservation,”IEEE Transactions on Multimedia,2018,20(10):2645–2658.)提出了一种具有文件大小不变、格式兼容的JPEG图像加密方法。该方法利用图像特征自适应生成置换密钥，使得不同图像具有不同的置换密钥。虽然该算法提高加密图像抵抗已知明文攻击的能力，但是由于该算法在加密前后用于生成置换密钥的图像特征不变，使得其容易受到Yuan等人(Y.Yuan,H.He,and F.Chen,"On the Security of Encrypted JPEGImage with Adaptive Key Generated by Invariant Characteristic,"DigitalForensics and Watermarking,Lecture Notes in Computer Science,pp.5871,2022)提出的选择明文攻击。如何提高JPEG加密算法生成加密图像的选择明文攻击安全性，事关JPEG图像加密技术的实际应用，是必须解决的关键难题。
改变加密图像的特征可以提高选择明文攻击，这使得密钥不能从加密图像中被重现。改变加密图像特征可以从减少AC系数熵编码的数量入手。为了能使减少AC系数熵编码后算法可逆，需要将这些减少的AC系数熵编码使用可逆信息隐藏的方案自嵌入到图像中。在现有的JPEG图像可逆信息隐藏算法中，Du等人(Y.Du,Z.Yin,and X.Zhang,“HighCapacity Lossless Data Hiding in JPEG Bitstream Based on General VLCMapping,”IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing,pp.1-1,2020.)通过霍夫曼编码映射的方法嵌入额外数据，能更好的平衡文件大小变化以及嵌入容量之间的关系。然而，嵌入过程引入了编码冗余，可以在嵌入中使用重排序重新构造霍夫曼编码的映射关系以消除嵌入引入的编码冗余，使得文件大小增量更小。另外，如何利用霍夫曼编码映射使得嵌入减少的AC熵编码后的图像文件大小相比于原始图像更小更有利于存储和传输，是有待解决的一个问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的选择明文安全且密文图像文件大小减小的JPEG图像加密方法解决了以下两个问题：现有加密方案不能抵抗选择明文攻击的问题；现有算法最多只能密文图像与明文图像文件大小一致，而不能进一步降低密文图像的文件大小以实现更高的存储、传输效率问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种选择明文安全且密文图像文件大小减小的JPEG图像加密方法，，包括以下子步骤：
S1、读取待加密JPEG图像的量化表，霍夫曼编码表和DCT系数的熵编码流。根据霍夫曼编码表对DCT系数的熵编码流进行解析，得到所有块的DC系数差分熵编码以及AC系数熵编码；
S2、根据每个块中的AC系数熵编码提取图像特征F；
S3、选定初始密钥K，将其与F一起生成与图像内容有关的置换密钥KEY1，用于加密待加密JPEG图像；
S4、DC系数差分编码置换加密；
S5、AC系数熵编码置换加密；
S6、在保证文件大小减小的情况下，计算最大可去掉并通过变长编码映射嵌入到图像中的AC系数编码个数的临界值N；
S7、每次加密时，随机生成范围为1到N的随机数X，将X与K结合生成随机自嵌入密钥KEY2；
S8、根据自嵌入密钥KEY2选择去掉JPEG图像中X个AC系数熵编码，并生成待嵌入比特流B；
S9、根据B的大小构造游程对和霍夫曼编码的映射集并找出最优映射解，通过重排序霍夫曼编码映射，将B自嵌入到图像中，生成加密JPEG图像。
进一步的，步骤S2的具体方法为：
S21、计算每个块中AC系数熵编码的数量；
S22、统计DCT块内AC系数熵编码数量为0到63的DCT块数量，即图像特征F。
进一步的，步骤S3的具体方法为：
S31、选定初始密钥K；
S32、以F作为哈希函数的输入生成512比特的哈希值；
S33、将512比特的哈希值与K结合，构造置换密钥KEY1。
进一步的，步骤S4的具体方法为：
S41、对DC系数差分熵编码进行分类，相同符号且连续的DC系数差分熵编码为同一类，共K类；
S42、根据置换密钥KEY1生成与类别中DC系数差分编码数量相等长度的置换序列，对类别中的DC系数差分编码置乱。
S43、迭代加密DC系数差分编码M次；
进一步的，步骤S43的具体方法为：
S431、第m次加密时，将2m个DC系数差分熵编码分为一组，共n组。
S432、每一组的DC系数差分编码平均分为左右两个部分，用置换密钥KEY1生成长度为n的随机二进制序列；
S433、根据随机置换序列置换n组DC系数差分编码，随机序列为“1”且一组中两个部分交换后DC系数未超出范围，则可以交换左右两部分DC系数差分编码，其余情况则不交换。
S436、重复S432到S433的步骤M次完成DC系数熵编码迭代加密。
进一步的，步骤S5的具体方法为：
S51、对AC系数熵编码分成64类，游程相同的AC系数熵编码为一类。
S52、根据置换密钥KEY1生成与类别中AC系数熵编码数量相等长度的置换序列，置换每一类中AC系数熵编码。
进一步的，步骤S6的具体方法为：
S61、由用户设定可去除的AC熵编码比特流长度的范围为u1到u2；
S62、采用二分法求用重排序霍夫曼编码映射嵌入u1到u2范围内的C比特数据后，单位文件变化小于1的最大的C。
S63、根据C求得可去掉且自嵌入AC系数熵编码的临界值N，
Figure GDA0003737435600000041
其中，10为平均霍夫曼编码长度；
进一步的，步骤S7的具体方法为：
S71、随机生成范围为1到N的随机数X，并以X作为哈希函数的输入，生成512比特的哈希值；
S72、将512比特的哈希值与K结合，构造随机自嵌入密钥KEY2。
进一步的，步骤S8的具体方法为：
S81、由用户设定每个DCT块中可去掉的最大AC系数熵编码数量u3；
S82、最大可选择去掉AC系数熵编码的DCT块数量为S，
Figure GDA0003737435600000051
S83、根据自嵌入密钥KEY2，生成与图像总DCT块数量相等长度的置换序列，选择置换序列中的前S个数作为去掉AC系数熵编码的DCT块坐标；
S84、对选择的S个DCT块坐标中的第i个DCT块，去掉块中后ri个AC系数熵编码，将所有去掉的AC系数熵编码按顺序排列为比特流A，其长度为lA；
S85、使用MAP记录S个DCT块中，DCT块内熵编码数量小于ri的DCT块，MAP的计算公式为：
Figure GDA0003737435600000052
其中，
Figure GDA0003737435600000053
为选择的S个DCT块中的第i个DCT块中AC系数熵编码的数量，Φ为空；
S86、将MAP及二进制的S使用DES加密后替换DC差分编码的最低有效位，被替换的DC差分编码的最低有效位串联记为P；
S87、将P与A串联并使用DES进行加密得到加密后的附加数据比特流B；
S88、使用重排序霍夫曼编码映射将B嵌入到去掉AC熵编码的JPEG图像中，生成加密图像。
进一步的，步骤S9中重排序霍夫曼编码映射的具体方法为：
S91、按霍夫曼编码长度由短到长，统计JPEG图像中162种游程对的数量；
S92、根据数量从大到小排序游程对；
S93、重新构造霍夫曼编码与游程对映射关系，给最短的霍夫曼编码分配数量最多的游程对，消除存在的编码冗余。此时，原始图像的文件大小与重新分配霍夫曼编码后的图像的文件大小差值为Y1比特；
S94、根据排序后的游程对构造满足嵌入容量的霍夫曼编码映射解G，生成解空间；
S95、在解空间中模拟嵌入目标容量，并求得每一个映射解G在通过霍夫曼编码映射嵌入目标容量后的文件大小差值Y2比特；
S96、解空间中每一个G按S81到S83步骤重排序并构造新的映射关系，此时得到的文件大小差值为Y3比特，得到模拟嵌入目标容量的文件大小差值Y4＝Y2-Y1-Y3；
S97、比较所有G的Y4，最小的Y4所对应的映射解为最优的映射方案Gopt，以最优的映射方案计算嵌入目标容量后的实际文件大小变化量Y，单位文件变化为Y与目标容量的比值。
S98、根据Gopt，修改图像霍夫曼编码，将B嵌入图像中，生成加密JPEG图像。
本发明的有益效果为：
1、本发明减小了密文图像的文件大小。在DC差分熵编码及AC系数熵编码的置换中不产生文件大小的变化，文件大小的变化主要发生在去掉AC系数熵编码并自嵌入到图像的过程中。通过图像中霍夫曼编码的冗余，计算通过霍夫曼编码映射自嵌入去掉的AC系数熵编码后单位文件增量小于1的最大嵌入容量。根据最大嵌入容量，获得去掉和自嵌入AC系数熵编码后密文图像文件大小变化小于0的最大可去掉AC系数熵编码的数量。
2、本发明提高了抵抗选择明文攻击的能力。本发明不仅改变了用于生成置换密钥的图像特征，并且每次加密时该特征的变化都不一样。特征的变化使得攻击者无法从加密图像中重构相同的置换密钥，提高了选择明文攻击的难度。另外，每次加密时自嵌入密钥是根据随机选择范围为最大可去掉AC系数熵编码的数量的随机数产生的。自嵌入密钥的随机性使得每次加密去掉和自嵌入的AC系数熵编码不同且生成的加密图像不同，增加了选择明文攻击的时间复杂度。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为Lena测试图像；
图3为Airplane测试图像；
图4为Lake测试图像；
图5为Baboon测试图像；
图6为质量因子等于80的Lena加密图像；
图7为质量因子等于80的Airplane加密图像；
图8为质量因子等于80的Lake加密图像；
图9为质量因子等于80的Baboon加密图像；
图10为Lena图像使用本发明与参考文献算法加密的文件增长比较图；
图11为Airplane图像使用本发明与参考文献算法加密的文件增长比较图；
图12为Lake图像使用本发明与参考文献算法加密的文件增长比较图；
图13为Baboon图像使用本发明与参考文献算法加密的文件增长比较图；
图14为图2图5的四幅测试图像使用He等人算法从加密图像构造的置换密钥与原始置换密钥之间的差值以及本发明从加密图像构造的置换密钥与原始置换密钥之间的差值；
图15为质量因子等于80的Baboon测试图像加密200次的自嵌入密钥；
图16为质量因子等于80的Baboon测试图像加密200次后从加密图像构造的置换密钥和原始置换密钥的密钥差值；
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，该基于自适应随机密钥的加密方法包括以下步骤：
S1、读取待加密JPEG图像的量化表，霍夫曼编码表和DCT系数的熵编码流。根据霍夫曼编码表对DCT系数的熵编码流进行解析，得到所有块的DC系数差分熵编码以及AC系数熵编码；
S2、根据每个块中的AC系数熵编码提取图像特征F；
S3、选定初始密钥K，将其与F一起生成与图像内容有关的置换密钥KEY1，用于加密待加密JPEG图像；
S4、DC系数差分编码置换加密；
S5、AC系数熵编码置换加密；
S6、在保证文件大小减小的情况下，计算最大可去掉并通过变长编码映射嵌入到图像中的AC系数编码个数的临界值N；
S7、每次加密时，随机生成范围为1到N的随机数X，将X与K结合生成随机自嵌入密钥KEY2；
S8、根据自嵌入密钥KEY2选择去掉JPEG图像中X个AC系数熵编码，并生成待嵌入比特流B；
S9、根据B的大小构造游程对和霍夫曼编码的映射集并找出最优映射解，通过重排序霍夫曼编码映射，将B自嵌入到图像中，生成加密JPEG图像。
步骤S2的具体方法为：
S21、计算每个块中AC系数熵编码的数量；
S22、统计DCT块内AC系数熵编码数量为0到63的DCT块数量，即图像特征F。
步骤S3的具体方法为：
S31、选定初始密钥K；
S32、以F作为哈希函数的输入生成512比特的哈希值；
S33、将512比特的哈希值与K结合，构造置换密钥KEY1。
步骤S4的具体方法为：
S41、对DC系数差分熵编码进行分类，相同符号且连续的DC系数差分熵编码为同一类，共K类；
S42、根据置换密钥KEY1生成与类别中DC系数差分编码数量相等长度的置换序列，对类别中的DC系数差分编码置乱。
S43、迭代加密DC系数差分编码M次；
步骤S43的具体方法为：
S431、第m次加密时，将2m个DC系数差分熵编码分为一组，共n组。
S432、每一组的DC系数差分编码平均分为左右两个部分，用置换密钥KEY1生成长度为n的随机二进制序列；
S433、根据随机置换序列置换n组DC系数差分编码，随机序列为“1”且一组中两个部分交换后DC系数未超出范围，则可以交换左右两部分DC系数差分编码，其余情况则不交换。
S436、重复S432到S433的步骤M次完成DC系数熵编码迭代加密。
步骤S5的具体方法为：
S51、对AC系数熵编码分成64类，游程相同的AC系数熵编码为一类。
S52、根据置换密钥KEY1生成与类别中AC系数熵编码数量相等长度的置换序列，置换每一类中AC系数熵编码。
步骤S6的具体方法为：
S61、由用户设定可去除的AC熵编码比特流长度的范围为u1到u2；
S62、采用二分法求用重排序霍夫曼编码映射嵌入u1到u2范围内的C比特数据后，单位文件变化小于1的最大的C。
S63、根据C求得可去掉且自嵌入AC系数熵编码的临界值N，
Figure GDA0003737435600000101
其中，10为平均霍夫曼编码长度；
步骤S7的具体方法为：
S71、随机生成范围为1到N的随机数X，并以X作为哈希函数的输入，生成512比特的哈希值；
S72、将512比特的哈希值与K结合，构造随机自嵌入密钥KEY2。
步骤S8的具体方法为：
S81、由用户设定每个DCT块中可去掉的最大AC系数熵编码数量u3；
S82、最大可选择去掉AC系数熵编码的DCT块数量为S，
Figure GDA0003737435600000102
S83、根据自嵌入密钥KEY2，生成与图像总DCT块数量相等长度的置换序列，选择置换序列中的前S个数作为去掉AC系数熵编码的DCT块坐标；
S84、对选择的S个DCT块坐标中的第i个DCT块，去掉块中后ri个AC系数熵编码，将所有去掉的AC系数熵编码按顺序排列为比特流A，其长度为lA；
S85、使用MAP记录S个DCT块中，DCT块内熵编码数量小于ri的DCT块，MAP的计算公式为：
Figure GDA0003737435600000111
其中，
Figure GDA0003737435600000112
为选择的S个DCT块中的第i个DCT块中AC系数熵编码的数量，Φ为空；
S86、将MAP及二进制的S使用DES加密后替换DC差分编码的最低有效位，被替换的DC差分编码的最低有效位串联记为P；
S87、将P与A串联并使用DES进行加密得到加密后的附加数据比特流B；
S88、使用重排序霍夫曼编码映射将B嵌入到去掉AC熵编码的JPEG图像中，生成加密图像。
步骤S9中重排序霍夫曼编码映射的具体方法为：
S91、按霍夫曼编码长度由短到长，统计JPEG图像中162种游程对(游程/非0AC系数码长)的数量；
S92、根据数量从大到小排序游程对；
S93、重新构造霍夫曼编码与游程对映射关系，给最短的霍夫曼编码分配数量最多的游程对，消除存在的编码冗余。此时，原始图像的文件大小与重新分配霍夫曼编码后的图像的文件大小差值为Y1比特；
S94、根据排序后的游程对构造满足嵌入容量的霍夫曼编码映射解G，生成解空间；
S95、在解空间中模拟嵌入目标容量，并求得每一个映射解G在通过霍夫曼编码映射嵌入目标容量后的文件大小差值Y2比特；
S96、解空间中每一个G按S81到S83步骤重排序并构造新的映射关系，此时得到的文件大小差值为Y3比特，得到模拟嵌入目标容量的文件大小差值Y4＝Y2-Y1-Y3；
S97、比较所有G的Y4，最小的Y4所对应的映射解为最优的映射方案Gopt，以最优的映射方案计算嵌入目标容量后的实际文件大小变化量Y，单位文件变化为Y与目标容量的比值。
S98、根据Gopt，修改图像霍夫曼编码，将B嵌入图像中，生成加密JPEG图像。
为验证本发明的性能，进行以下实验：
实验平台为Intel i56200U 2.30GHz CPU，8GB(7.9GB)RAM，64位操作系统的Matlab R2018b；如图2到图5所示，选取不同测试图像，且测试图像均为512×512的灰度图像。
文件增量对比：
为评估本文算法的性能，将本发明与He等人(He et al.)的文件增量进行实验对比。图10到图13给出了4幅测试图像在质量因子50-90范围的加密图像与原始图像的文件大小差值。可以看出，本发明的加密图像相比与原始图像具有更小的文件大小。这主要得益于求解的最大可去掉AC系数熵编码的数量保证了文件大小的变化总为负。He等人的算法使用置换加密AC系数熵编码和DC系数熵编码，其文件大小的变化主要来自于字节对齐。总体来说，本发明所提出的加密算法实现了密文图像文件大小减少。在实际应用中，本发明在实际应用中使用更少的存储空间和传输的带宽，具有更高的效率。
安全性分析：
为衡量本发明的安全性，图14统计了He等人算法和本发明加密后，四幅图像的原始置换密钥和由加密图像特征生成的置换密钥之间的差值。可以看到，He等人所有的密钥差值都为0。这表明He的算法在加密后用于构造置换密钥的图像特征F没有发生改变。这使得置换密钥直接可以从加密图像中构造并使用选择明文攻击加密图像。本发明的密钥差值都不为0，这说明了本发明在加密后改变了图像特征F，使得从加密图像构造的置换密钥与原始置换密钥不同。这使得原始置换密钥难以从加密图像中构造，增加了选择明文攻击的难度。
图15所示是质量因子为80的Baboon图像使用本发明加密算法在相同用户密钥下加密200次，统计在置乱后生成的自嵌入密钥值。从图15可以看出，对于相同图像，每次置乱后生成自嵌入密钥是不一样的。这是由于自嵌入密钥是根据范围为AC系数熵编码数量阈值内的随机数构造，每次加密时随机数不同则自嵌入密钥不同。这导致了每次加密去掉的AC系数熵编码的数量以及位置不同，最终生成的加密图像具有不同的图像特征F。自嵌入密钥的随机性可以提高算法抵抗CPA攻击的时间复杂度。
图16是Baboon图像加密200次得到的原始置换密钥和由加密图像特征F构造的置换密钥的差值。从中可以看出，同一幅图像在相同用户密钥下加密，从加密图像构造的置换密钥和原始置换密钥差值是不一样的。这是由于图15中自嵌入密钥的不同，导致了每次加密所改变的图像特征F也不同，那么从加密图像特征F构造的置换密钥也不同。置换密钥的难以被正确重构使攻击者即使得到了置换密钥，但是也与原始置换密钥不同，提高了算法抵抗选择明文攻击的能力。
本发明减小了密文图像的文件大小。在DC差分熵编码及AC系数熵编码的置换中不产生文件大小的变化，文件大小的变化主要发生在去掉AC系数熵编码并自嵌入到图像的过程中。通过图像中霍夫曼编码的冗余，计算通过霍夫曼编码映射自嵌入去掉的AC系数熵编码后单位文件增量小于1的最大嵌入容量。根据最大嵌入容量，获得去掉和自嵌入AC系数熵编码后密文图像文件大小变化小于0的最大可去掉AC系数熵编码的数量。
本发明提高了抵抗选择明文攻击的能力。本发明不仅改变了用于生成置换密钥的图像特征，并且每次加密时该特征的变化都不一样。特征的变化使得攻击者无法从加密图像中重构相同的置换密钥，提高了选择明文攻击的难度。另外，每次加密时自嵌入密钥是根据随机选择范围为最大可去掉AC系数熵编码的数量的随机数产生的。自嵌入密钥的随机性使得每次加密去掉和自嵌入的AC系数熵编码不同且生成的加密图像不同，增加了选择明文攻击的时间复杂度。
综上所述，本发明生成了具有更小文件大小的密文图像，并且提高了密文图像抵抗选择明文攻击的能力，能在保证安全性的同时降低图像在存储以及传输过程中所消耗的资源，更具有实际应用价值。

Claims (9)

1.一种选择明文安全且密文图像文件大小减小的JPEG图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、读取待加密JPEG图像的量化表，霍夫曼编码表和DCT系数的熵编码流，根据霍夫曼编码表对DCT系数的熵编码流进行解析，得到所有块的DC系数差分熵编码以及AC系数熵编码；
S2、根据每个块中的AC系数熵编码提取图像特征F；
S3、选定初始密钥K，将其与图像特征F一起生成与图像内容有关的置换密钥KEY1，用于加密待加密JPEG图像；
S4、DC系数差分编码置换加密；
S5、AC系数熵编码置换加密；
S6、在保证文件大小减小的情况下，计算最大可去掉并通过变长编码映射嵌入到图像中的AC系数编码个数的临界值N；
S7、每次加密时，随机生成范围为1到N的随机数X，将随机数X与初始密钥K结合生成随机自嵌入密钥KEY2；
S8、根据自嵌入密钥KEY2选择去掉JPEG图像中X个AC系数熵编码，并生成待嵌入比特流B，具体方法为：
S81、由用户设定每个DCT块中可去掉的最大AC系数熵编码数量u3；
S82、最大可选择去掉AC系数熵编码的DCT块数量为S，
Figure QLYQS_1
；
S83、根据自嵌入密钥KEY2，生成与图像总DCT块数量相等长度的置换序列，选择置换序列中的前S个数作为去掉AC系数熵编码的DCT块坐标；
S84、对选择的S个DCT块坐标中的第i个DCT块，去掉块中后
Figure QLYQS_2
个AC系数熵编码，将所有去掉的AC系数熵编码按顺序排列为比特流A，其长度为/>
Figure QLYQS_3
；
S85、使用MAP记录S个DCT块中，DCT块内熵编码数量小于
Figure QLYQS_4
的DCT块，MAP的计算公式为：
Figure QLYQS_5
，
其中，
Figure QLYQS_6
为选择的S个DCT块中的第i个DCT块中AC系数熵编码的数量，/>
Figure QLYQS_7
为空；
S86、将MAP及二进制的S使用DES加密后替换DC差分编码的最低有效位，被替换的DC差分编码的最低有效位串联记为P；
S87、将P与A串联并使用DES进行加密得到加密后的附加数据比特流B；
S88、使用重排序霍夫曼编码映射将B嵌入到去掉AC熵编码的JPEG图像中，生成加密图像；
S9、根据待嵌入比特流B的大小构造游程对和霍夫曼编码的映射集并计算最优映射解，通过重排序霍夫曼编码映射，将待嵌入比特流B自嵌入到图像中，生成加密JPEG图像。
2.根据权利要求1所述的选择明文安全且密文图像文件大小减小的JPEG图像加密方法，其特性在于，步骤S2的具体方法为：
S21、计算每个块中AC系数熵编码的数量；
S22、统计DCT块内AC系数熵编码数量为0到63的DCT块数量，即图像特征F。
3.根据权利要求1所述的选择明文安全且密文图像文件大小减小的JPEG图像加密方法，其特性在于，步骤S3的具体方法为：
S31、选定初始密钥
Figure QLYQS_8
；
S32、以图像特征F作为哈希函数的输入生成512比特的哈希值；
S33、将512比特的哈希值与初始密钥
Figure QLYQS_9
结合，构造置换密钥KEY1。
4.根据权利要求1所述的选择明文安全且密文图像文件大小减小的JPEG图像加密方法，其特性在于，步骤S4的具体方法为：
S41、对DC系数差分熵编码进行分类，相同符号且连续的DC系数差分熵编码为同一类，共K类；
S42、根据置换密钥KEY1生成与类别中DC系数差分编码数量相等长度的置换序列，对类别中的DC系数差分编码置乱；
S43、迭代加密DC系数差分编码M次。
5.根据权利要求4所述的选择明文安全且密文图像文件大小减小的JPEG图像加密方法，其特性在于，步骤S43的具体方法为：
S431、第m次加密时，将2m个DC系数差分熵编码分为一组，共n组；
S432、每一组的DC系数差分编码平均分为左右两个部分，用置换密钥KEY1生成长度为n的随机二进制序列；
S433、根据随机置换序列置换n组DC系数差分编码，随机序列为1且一组中两个部分交换后DC系数未超出范围，则交换左右两部分DC系数差分编码，其余情况则不交换；
S436、重复S432到S433的步骤M次完成DC系数熵编码迭代加密。
6.根据权利要求1所述的选择明文安全且密文图像文件大小减小的JPEG图像加密方法，其特性在于，步骤S5的具体方法为：
S51、对AC系数熵编码分成64类，游程相同的AC系数熵编码为一类；
S52、根据置换密钥KEY1生成与类别中AC系数熵编码数量相等长度的置换序列，置换每一类中AC系数熵编码。
7.根据权利要求1所述的选择明文安全且密文图像文件大小减小的JPEG图像加密方法，其特性在于，步骤S6的具体方法为：
S61、由用户设定可去除的AC熵编码比特流长度的范围为u1到u2；
S62、采用二分法求用重排序霍夫曼编码映射嵌入u1到u2范围内的C比特数据后，单位文件变化小于1的最大的C；
S63、根据C求得可去掉且自嵌入AC系数熵编码的临界值N，
Figure QLYQS_10
，
其中，10为平均霍夫曼编码长度。
8.根据权利要求1所述的选择明文安全且密文图像文件大小减小的JPEG图像加密方法，其特性在于，步骤S7的具体方法为：
S10-1、随机生成范围为1到N的随机数X，并以X作为哈希函数的输入，生成512比特的哈希值；
S10-2、将512比特的哈希值与K结合，构造随机自嵌入密钥KEY2。
9.根据权利要求1所述的一种选择明文安全且密文图像文件大小减小的JPEG图像加密方法，其特性在于，步骤S9中重排序霍夫曼编码映射的具体方法为：
S91、按霍夫曼编码长度由短到长，统计JPEG图像中162种游程对的数量；
S92、根据数量从大到小排序游程对；
S93、重新构造霍夫曼编码与游程对映射关系，给最短的霍夫曼编码分配数量最多的游程对，消除存在的编码冗余，此时，原始图像的文件大小与重新分配霍夫曼编码后的图像的文件大小差值为Y1比特；
S94、根据排序后的游程对构造满足嵌入容量的霍夫曼编码映射解G，生成解空间；
S95、在解空间中模拟嵌入目标容量，并求得每一个映射解G在通过霍夫曼编码映射嵌入目标容量后的文件大小差值Y2比特；
S96、解空间中每一个G按S81到S83步骤重排序并构造新的映射关系，此时得到的文件大小差值为Y3比特，得到模拟嵌入目标容量的文件大小差值
Figure QLYQS_11
;
S97、比较所有G的Y4，最小的Y4所对应的映射解为最优的映射方案Gopt，以最优的映射方案计算嵌入目标容量后的实际文件大小变化量Y，单位文件变化为Y与目标容量的比值；
S98、根据Gopt，修改图像霍夫曼编码，将B嵌入图像中，生成加密JPEG图像。
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