CN115330580B - 一种基于数据追加的图像内容加密算法 - Google Patents

Abstract

一种基于数据追加的图像内容加密算法，所述图像内容加密算法包括以下步骤：步骤1：获取待加密图像参数，确定待加密区；步骤2：将待加密图像的待加密区的内容所涉及的像素划分为N个矩形块；步骤3：记录待加密区矩形块数据；步骤4：涂改待加密区域；步骤5：待加密区矩形块数据压缩与加密步骤6：将经过压缩与加密的矩形块数据集合追加到所述步骤4中间图像文件的末尾，得到最终的加密图像文件。将图像明文中需要保护的部分在涂改之前进行内容备份，备份的数据以追加的方式放到整个图像文件的末尾，解密时则按照加密过程反向进行实现原图恢复，加解密运算速度快，且不会对原始图像数据信息进行破坏，具有很好的市场推广及实用价值。

Description

一种基于数据追加的图像内容加密算法

技术领域

本发明涉及图像加密相关技术领域，尤其是涉及一种基于数据追加的图像内容加密算法。

背景技术

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。

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。

发明内容

为了解决图像隐私内容发布造成的隐私泄露，及由于加密导致的真实信息丢失问题，本发明提供一种基于数据追加的图像内容加密算法，采用如下的技术方案：

一种基于数据追加的图像内容加密算法，所述图像内容加密算法包括以下步骤：

步骤1：获取待加密图像参数，确定待加密区；

步骤2：将待加密图像的待加密区的内容所涉及的像素划分为N个矩形块；

步骤3：记录待加密区矩形块数据，将每个矩形块的大小、位置、像素数值分别进行记录，得到每个矩形块数据；

步骤4：涂改待加密区域，将待加密区域全部进行黑色涂抹，并将涂抹过后的图像保存为中间图像文件；

步骤5：待加密区矩形块数据压缩与加密，将所述步骤3中记录每个矩形块的数据结构整合在一起得到矩形块数据集合，然后将该数据集合压缩加密；

步骤6：将经过压缩与加密的矩形块数据集合追加到所述步骤4中间图像文件的末尾，得到最终的加密图像文件。

通过上述技术方案，以上6个步骤实现图像局部加密后，加密者将加密密钥和加密后的图像文件发送给解密者，解密者可以通过加密密钥实现加密的图像文件解密，且不破坏原始图像数据信息，但对于第三方来说，只能查看到该图像中未经涂抹的内容。

可选的，所述步骤1具体是，设需要加密的图像文件为F1，其像素矩阵为I_h×w＝(I_i,j)_h×w，i＝1,2,3,···,h且j＝1,2,3…W，I_i,j是图像的单个像素，h和w分别为该图像的高和宽，待加密的区域为E，E∈I_h×w。

通过上述技术方案，获得待加密的图像文件的像素矩阵信息，为后续加密操作做准备。

可选的，所述步骤2具体是，将原始图像中需要加密的区域E任意划分为N个矩形区域{B₁,B₂,B₃,…B_N}，使区域E被这N个矩形区域所覆盖，即符合条件E∈B₁∨B₂∨B₃∨…∨B_N，其中∨表示两个区域进行叠加，重叠部分不重复累加，其中每个矩形块B_k(k＝1,2,3,···,N)所对应的位置和大小为P_k＝(x_k,y_k,h_k,w_k)，(x_k,y_k)为矩形左上角像素位置，h_k和w_k分别为矩形区域的高度和宽度，即

x_k≤u＜(x_k+h_k)，y_k≤v＜(y_k+w_k)。

通过上述技术特征，将原始图像的需要加密的区域E任意划分为N个矩形区域，方便后续对其进行分别封装加密。

可选的，所述步骤3具体是记录P_k和B_k的总字节数为L_k，获取每个矩形块数据D_k＝{L_k,P_k,B_K}。

可选的，所述步骤4具体是对原图像P_k＝(x_k,y_k,h_k,w_k)所对应的矩形区域内的像素进行黑色涂改，将涂改过后的图像存储为中间图像文件，并标记为F2。

通过上述技术特征，将需要加密区域全部设置为黑色进行涂抹，经过该黑色涂抹步骤以后，图像加密区域已无法辨认其原始内容。并将涂抹过后的图像保存为中间图像文件F2。

可选的，所述步骤5具体是将N个加密区矩形块数据与L合并为矩形块数据集合D＝{L,D₁,D₂,D₃,…D_N}，再将该数据集合进行压缩和加密得到数据D'，L为L,D₁,D₂,D₃,…D_N的总字节数。

通过上述技术特征，加密者将记录的每个矩形块的数据结构整合在一起得到矩形块数据集合，然后将该数据压缩加密，为作为后续尾部追加的数据内容，这种处理的方式不会对待加密图像本身的信息造成破坏。

可选的，使用的加密密钥为K对矩形块数据集合D＝{L,D₁,D₂,D₃,…D_N}进行压缩和加密得到D'。

可选的，所述步骤6具体是将矩形块数据集合经过压缩和加密后的数据D'追加到中间图像文件F2的末尾，得到最终的加密图像，并标记为加密图像F3。

通过上述技术方案，通过将压缩和加密后的数据追加到中间图像文件F2末尾的方式实现图像的加密，这种加密方式安全性高，且不会对原始图像数据信息产生不可逆的破坏或丢失。

可选的，加密后的图像解密的方法为：

Step1，提取加密图像F3文件尾部的追加数据D'，加密图像F3文件在去除尾部数据D'后得到中间图像文件F2；

Step2，解密矩形块数据集合，将数据D'利用密钥K进行解密后再进行解压缩，得到矩形块数据集合D＝{L,D₁,D₂,D₃,…D_N}，其中，D_k＝{L_k,P_k,B_K}，k＝1,2,3,…,N；

Step3，获得图像加密区矩形块数据，从矩形块数据集合中分解出，D_k＝{L_k,P_k,B_K}，P_k＝(x_k,y_k,h_k,w_k)，

其中x_k≤u＜(x_k+h_k)，y_k≤v＜(y_k+w_k)；

Step4，还原图像内容，将中间图像文件F2空域中的像素依据B_K和P_k进行内容恢复，得到完整的解密图像内容。

通过上述技术方案，加密过程反向进行实现原图恢复，效率高，且不会对原始图像数据信息产生破坏。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

本发明的一种基于数据追加的图像内容加密算法，将图像明文中需要保护的部分在涂改之前进行内容备份，备份的数据以追加的方式放到整个图像文件的末尾，解密时则按照加密过程反向进行实现原图恢复，加解密运算速度快，且不会对原始图像数据信息进行破坏，具有很好的市场推广及实用价值。

附图说明

图1是本发明加密算法的流程示意图；

图2是本发明解密算法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图1-图2对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例公开一种基于数据追加的图像内容加密算法。

参照图1，一种基于数据追加的图像内容加密算法，图像内容加密算法包括以下步骤：

步骤1：获取待加密图像参数，确定待加密区；

步骤2：将待加密图像的待加密区的内容所涉及的像素划分为N个矩形块；

步骤3：记录待加密区矩形块数据，将每个矩形块的大小、位置、像素数值分别进行记录，得到每个矩形块数据；

步骤4：涂改待加密区域，将待加密区域全部进行黑色涂抹，并将涂抹过后的图像保存为中间图像文件；

步骤5：待加密区矩形块数据压缩与加密，将步骤3中记录每个矩形块的数据结构整合在一起得到矩形块数据集合，然后将该数据集合压缩加密；

步骤6：将经过压缩与加密的矩形块数据集合追加到步骤4中间图像文件的末尾，得到最终的加密图像文件。

以上6个步骤实现图像局部加密后，加密者将加密密钥和加密后的图像文件发送给解密者，解密者可以通过加密密钥实现加密的图像文件解密，且不破坏原始图像数据信息，但对于第三方来说，只能查看到该图像中未经涂抹的内容。

步骤1具体是，设需要加密的图像文件为F1，其像素矩阵为I_h×w＝(I_i,j)_h×w，i＝1,2,3,···,h且j＝1,2,3…W，I_i，j是图像的单个像素，h和w分别为该图像的高和宽，待加密的区域为E，E∈I_h×w。

获得待加密的图像文件的像素矩阵信息，为后续加密操作做准备。

步骤2具体是，将原始图像中需要加密的区域E任意划分为N个矩形区域{B₁,B₂,B₃,…B_N}，使区域E被这N个矩形区域所覆盖，即符合条件E∈B₁∨B₂∨B₃∨…∨B_N，其中∨表示两个区域进行叠加，重叠部分不重复累加，其中每个矩形块B_k(k＝1,2,3,···,N)所对应的位置和大小为P_k＝(x_k,y_k,h_k,w_k)，(x_k,y_k)为矩形左上角像素位置，h_k和w_k分别为矩形区域的高度和宽度，即

x_k≤u＜(x_k+h_k)，y_k≤v＜(y_k+w_k)。

通过上述技术特征，将原始图像的需要加密的区域E任意划分为N个矩形区域，方便后续对其进行分别封装加密。

步骤3具体是记录P_k和B_k的总字节数为L_k，获取每个矩形块数据D_k＝{L_k,P_k,B_K}。

步骤4具体是对P_k＝(x_k,y_k,h_k,w_k)所对应的矩形区域内的像素进行黑色涂改，将涂改过后的图像存储为中间图像文件，并标记为F2。

通过上述技术特征，将需要加密区域全部设置为黑色进行涂抹，经过该黑色涂抹步骤以后，图像加密区域已无法辨认其原始内容。并将涂抹过后的图像保存为中间图像文件F2。

步骤5具体是将N个加密区矩形块数据与L合并为矩形块数据集合D＝{L,D₁,D₂,D₃,…D_N}，再将该数据集合进行压缩和加密得到数据D'，L为L,D₁,D₂,D₃,…D_N的总字节数。

通过上述技术特征，加密者将记录的每个矩形块的数据结构整合在一起得到矩形块数据集合，然后将该数据压缩加密，为作为后续尾部追加的数据内容，这种处理的方式不会对待加密图像本身的信息造成破坏。

使用的加密密钥为K对矩形块数据集合D＝{L,D₁,D₂,D₃,…D_N}进行压缩和加密得到D'。

步骤6具体是将矩形块数据集合经过压缩和加密后的数据D'追加到中间图像文件F2的末尾，得到最终的加密图像，并标记为加密图像F3。

通过将压缩和加密后的数据追加到中间图像文件F2末尾的方式实现图像的加密，这种加密方式安全性高，且不会对原始图像数据信息产生不可逆的破坏或丢失。

加密后的图像解密的方法为：

Step1，提取加密图像F3文件尾部的追加数据D'，加密图像F3文件在去除尾部数据D'后得到中间图像文件F2；

Step2，解密矩形块数据集合，将数据D'利用密钥K进行解密后再进行解压缩，得到矩形块数据集合D＝{L,D₁,D₂,D₃,…D_N}，其中，D_k＝{L_k,P_k,B_K}，k＝1,2,3,…,N；

Step3，获得图像加密区矩形块数据，从矩形块数据集合中分解出，D_k＝{L_k,P_k,B_K}，P_k＝(x_k,y_k,h_k,w_k)，

其中x_k≤u＜(x_k+h_k)，y_k≤v＜(y_k+w_k)；

Step4，还原图像内容，将中间图像文件F2空域中的像素依据B_K和P_k进行内容恢复，得到完整的解密图像内容。

加密过程反向进行实现原图恢复，效率高，且不会对原始图像数据信息产生破坏。

本发明实施例一种基于数据追加的图像内容加密算法的实施原理为：

一、图像加密

以彩色JPEG图像为例，色彩规定做黑白处理，首先将JPEG图像解压到空域，这样每个像素包含RGB三个颜色值，该图像加密步骤如下：

1.划分加密区矩形块

加密者将该JPEG图像需要加密的内容所涉及的像素，自行将加密区域划分为N个矩形块。

2.记录加密区矩形块数据

加密者将每个矩形块的大小、位置、像素数值分别进行记录，得到每个矩形块数据。其中每个像素数值包含RGB三种颜色，共3字节。接着加密者将每个矩形块的位置、大小、内容等信息封装成默认的数据结构。

3.涂改加密区域

加密者将需要加密区域全部设置为黑色进行涂抹，经过该黑色涂抹步骤以后，图像加密区域已无法辨认其原始内容。并将涂抹过后的图像保存为一个新的JPEG图像文件。

4.加密区矩形块数据压缩与加密

加密者将记录每个矩形块的数据结构整合在一起得到矩形块数据集合，然后将该数据压缩加密。加密密钥为K。

5.文件数据追加

将经过压缩与加密的矩形块数据集合追加到新JPEG图像文件的末尾，得到最终的加密JPEG图像文件。

该以上5个步骤实现图像局部加密后，加密者将加密密钥K和加密后的JPEG图像文件发送给解密者。对于第三方来说，只能查看到该JPEG图像中未经涂抹的内容。

二、图像解密

解密者接收到一个已进行了加密的JPEG彩色图像以及解密密钥K以后，按照如下步骤进行解密：

1.提取图像文件尾部的追加数据

解密者从待解密的图像文件的末尾提取加密时追加的数据。将去除追加数据的图像文件作为新的加密图像文件。

2.解密矩形块数据集合

将提取出的数据进行解压缩，再利用密钥K进行解密，得到矩形块数据集合。

3.获得图像加密区矩形块数据

从矩形块数据集合中提取多个矩形块数据，该数据将用于图像内容恢复。

4.还原图像内容

将步骤3中得到的加密区矩形块数据填充到各自对应图像区域，从而得到解密图像完整内容。

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。

Claims (7)

1.一种基于数据追加的图像内容加密算法，其特征在于所述图像内容加密算法包括以下步骤：

步骤1：获取待加密图像参数，确定待加密区；

步骤2：将待加密图像的待加密区的内容所涉及的像素划分为N个矩形块；

步骤3：记录待加密区矩形块数据，将每个矩形块的大小、位置、像素数值分别进行记录，得到每个矩形块数据；

步骤4：涂改待加密区域，将待加密区域全部进行黑色涂抹，并将涂抹过后的图像保存为中间图像文件；

步骤5：待加密区矩形块数据压缩与加密，将所述步骤3中记录每个矩形块的数据结构整合在一起得到矩形块数据集合，然后将该数据集合压缩加密；

步骤6：将经过压缩与加密的矩形块数据集合追加到所述步骤4中间图像文件的末尾，得到最终的加密图像文件；

所述步骤1具体是，设需要加密的图像文件为F1，其像素矩阵为I_h×w＝(I_i,j)_h×w，i＝1,2,3,…,h且j＝1,2,3,…,w，I_i,j是图像的单个像素，h和w分别为该图像的高和宽，待加密的区域为E，E∈I_h×w；

所述步骤2具体是，将原始图像中需要加密的区域E任意划分为N个矩形区域{B₁,B₂,B₃,…,B_N}，使区域E被这N个矩形区域所覆盖，即符合条件E∈B₁∨B₂∨B₃∨…∨B_N，其中V表示两个区域进行叠加，重叠部分不重复累加，其中每个矩形块B_k，所对应的位置和大小分别为P_k＝(x_k,y_k,h_k,w_k)，其中，k＝1,2,3,…,N；x_k和y_k为矩形左上角像素位置，h_k和w_k分别为矩形区域的高度和宽度，即

x_k≤u＜(x_k+h_k)，y_k≤v＜(y_k+w_k)。

2.根据权利要求1所述的一种基于数据追加的图像内容加密算法，其特征在于：所述步骤3具体是记录P_k和B_k的总字节数为L_k，获取每个矩形块数据D_k＝{L_k,P_k,B_k}。

3.根据权利要求2所述的一种基于数据追加的图像内容加密算法，其特征在于：所述步骤4具体是对P_k＝(x_k,y_k,h_k,w_k)所对应的矩形区域内的像素进行黑色涂改，将涂改过后的图像存储为中间图像文件，并标记为F2。

4.根据权利要求3所述的一种基于数据追加的图像内容加密算法，其特征在于：所述步骤5具体是将N个加密区矩形块数据与L合并为矩形块数据集合D＝{L,D₁,D₂,D₃,…,D_N}，再将该数据集合进行压缩和加密得到数据D'，L为L,D₁,D₂,D₃,…,D_N的总字节数。

5.根据权利要求4所述的一种基于数据追加的图像内容加密算法，其特征在于：使用的加密密钥为K对矩形块数据集合D＝{L,D₁,D₂,D₃,…,D_N}进行压缩和加密得到D'。

6.根据权利要求5所述的一种基于数据追加的图像内容加密算法，其特征在于：所述步骤6具体是将矩形块数据集合经过压缩和加密后的数据D'追加到中间图像文件F2的末尾，得到最终的加密图像，并标记为加密图像F3。

7.根据权利要求6所述的一种基于数据追加的图像内容加密算法，其特征在于，加密后的图像解密的方法为：

步骤(1)，提取加密图像F3文件尾部的追加数据D'，加密图像F3文件在去除尾部数据D'后得到中间图像文件F2；

步骤(2)，解密矩形块数据集合，将数据D'利用密钥K进行解密后再进行解压缩，得到矩形块数据集合D＝{L,D₁,D₂,D₃,…,D_N}，其中，D_k＝{L_k,P_k,B_k}，k＝1,2,3,…,N；

步骤(3)，获得图像加密区矩形块数据，从矩形块数据集合中分解出，D_k＝{L_k,P_k,B_k}，P_k＝(x_k,y_k,h_k,w_k)，

其中x_k≤u＜(x_k+h_k)，y_k≤v＜(y_k+w_k)；

步骤(4)，还原图像内容，将中间图像文件F2空域中的像素依据B_k和P_k进行内容恢复，得到完整的解密图像内容。

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