[发明专利]利用灰色系统理论确定ICA输出的图像加密解密方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像的信息安全技术领域，尤其是一种图像的加密解密方法。

背景技术

随着计算机网络和多媒体技术的飞速发展，图像信息被广泛应用于金融、电子商务与政务以及多种个人业务中。图像信息安全已经成为信息安全技术领域一个重要的研究课题。

图像加密是一种保护图像信息安全的最直接的方法。图像信息本身具有冗余性和相关性，这使得图像加密方法不同于传统的密码学方法，而现有的图像加密方法大多为计算上安全而非无条件安全。随着计算机计算能力的不断提高，目前计算上安全的加密方法并不能确保其今后的安全性。为此，有研究人员根据许多加密方法利用数学难题保障其安全性的思想，依据盲源分离欠定难题提出了盲源分离图像加密方法，其中，盲源分离算法最常用的是独立成分分析（Independent Component Analysis，ICA），它是利用源信号之间的统计独立性来进行信号分离。

盲源分离图像加密方法所用密钥图像相互独立，且与明文图像大小相等、数目相同，满足了无条件安全的必要条件。如果密钥图像随机性好，该方法能近似达到无条件安全的高保密强度。然而，该方法中对于欠定加密矩阵的构造理论并不完善。此外，由于盲源分离假设了各源信号和混合矩阵均未知，其恢复源信号的顺序具有不确定性。解决输出顺序不确定性问题的传统方法有直接特征提取法和间接特征提取法。但是，直接特征提取法不具有普遍适用性；而对于相关度较大的图像序列，间接特征提取法不能有效的识别图像。

发明内容

为了克服现有技术的不足，针对现有盲源分离图像加密方法的欠定矩阵构造不完善以及解密输出顺序不确定问题，本发明提出一种利用灰色系统理论确定ICA输出的图像加密解密方法，改进并扩展已有欠定加密矩阵的构造空间，以进一步完善基于ICA的加密解密算法，同时，克服传统特征提取方法不具有普适性的缺点，很好地解决解密输出图像顺序不确定问题。

本发明在已有的基于ICA的加密算法的基础上，对欠定矩阵的构造空间进行了扩展和改进，并针对解密输出图像顺序不确定问题，提出了一种基于灰色预测和灰色关联的特征提取方法。

1、加密算法：

本发明的加密端采用基于ICA的对称加密算法对明文图像进行加密工作，假设现有明文图像J幅，

（1）分别对J幅明文图像进行行向量拉直，得到J个一维行拉直向量S₁,S₂,...,S_J；

（2）首先随机选择一个整数作为生成密钥种子的随机数据之一，然后从计算机CPU时钟寄存器中的数据中随机选择一个作为随机数据之二，使用线性同余算法，生成与步骤（1）中得到的一维行拉直向量维数相同的J个一维向量K₁,K₂,...,K_J，K₁,K₂,...,K_J即为密钥种子；

（3）将步骤（2）得到的K₁,K₂,...,K_J进行行拉直向量还原，即得到J幅密钥图像；

（4）构造J×2J欠定加密矩阵A_e，使A_e满足：A_e＝[B,BΛ]；其中，B是一个J×J的满秩方阵，由区间(0，1)的随机数生成；是一个J×J的对角矩阵，系数α,β,...,η为标量，为区间[10，30]的任意数；