[发明专利]一种应用于隐私保护的混沌医学图像加密方法

说明书

技术领域

本发明属于图像加密技术领域，具体涉及一种应用于隐私保护的混沌医学图像加密方法。

背景技术

人类医学影像成像历史最早可以追溯到德国物理学家伦琴于1895年发现X射线；1896年2月，苏格兰医生约翰·麦金泰在格拉斯哥皇家医院设立了世界上第一个放射科，为人类医学历史揭开了新的一页；近半世纪以来，伴随着放射学、物理学、半导体学、计算机学、控制学等多学科技术的迅猛发展，人类相继发明了多种人体成像技术，例如：CT、MRI(磁共振成像)、DSA(数字减影)、NM(核医学成像)、US(超声扫描显像装置)、CR(计算机投影射线照像术)、PET(正电子发射断层X线照相术)等。这些新的医学成像技术为临床诊断提供了丰富的影像学资料，在相当程度上提高了医疗机构的诊断和治疗水平。

传统的医学影像大多采用固体胶片、图片、纸质资料等存储方式，显然已无法适应现代医院中对海量和大范围医学影像的管理要求。目前，实现放射科彻底无胶片化和医院数字化，已经成为现代化医疗系统不可阻挡的潮流。PACS系统(Picture Archiving＆Communication System)，即医学影像存储和传输系统，它是放射学、影像医学、数字化图像技术、计算机技术及通信技术的结合，它将各类医学影像资料转化为计算机数字形式，通过高速计算设备及通信网络，完成对图像信息的采集、存储、管理、处理及传输等功能，使得图像资料得以有效管理和充分利用。

医学影像信息系统的应用在给广大医疗机构带来显著的诊疗水平提升的同时，也面临着巨大的安全威胁。医疗数据中往往包含大量的患者隐私信息，无论基于法律还是伦理道德角度考虑，都需要建立一套完善的授权访问机制。因此，如何在网络传输过程中有效的保护患者隐私是数字化医疗面临的一个重要课题。PACS平台中的医学影像传输一般基于医院内部的Intranet实现，一般可通过设置有效的防火墙来防止入侵者对数据的非法窃取。然而，随着远程医疗技术的发展和应用的日益广泛，越来越多的医疗信息通过以Internet为代表的公共网络在不同的医院间、患者家庭与医院间以及医生家庭与医院间进行传输。公共网络的应用在给远程检查，远程诊断，远程会诊带来便捷性的同时，也对患者的隐私保护带来了极大的威胁。因此美国联邦政府制定了多项保障医疗信息安全的强制性规范。例如，HIPAA(Health Insurance Portability and Accountability Act)规定，医疗系统必须采取合适的手段以保障患者信息只对专业医疗人员开放。

现有的医学影像信息系统中的安全机制绝大部分基于现代密码学中典型的加密算法构建，例如DES，AES，IDEA等。然而，不同于普通的文本信息，数字图像具有容量大、冗余度高及可理解性好等特点。以上所列举的典型加密算法，可以应用于医学影像的隐私保护，但其并未考虑到图像信息的固有特点，因此并不适合于医学图像加密。尤其在加密速度方面，不能满足日益增长的实时远程医疗的需求。因此，构建一个高效率、高安全性、适用于实时远程医学图像传输以及其它远程诊断应用的加密系统，是当前数字医学影像系统建设的一个迫切需求。

近年来混沌理论的发展为密码学提供了一个全新的思路。自上世纪90年代初以来，很多学者发现混沌学与密码学之间存在着天然的联系。混沌系统具有的初值与系统参数极端敏感性、遍历性、轨道不可预测性以及良好的伪随机性等一系列特性，使其能够很好的满足构建一个安全性能良好的密码系统的需求。基于混沌动力学构造的加密系统，提供了安全性与加密效率的一个良好的平衡，其既具有很高的安全性保证，又具有软、硬件实现简单，速度较快的特点，特别适合于对数据量较大的数字图像进行加密，实现数字图像的实时、安全传输。目前，混沌图像加密算法已成为图像信息安全的主流技术和研究热点，具有极大的应用潜力。

1998年，美国学者Jessica Fridrich发表了混沌图像加密的奠基性论文“Symmetric ciphers based on two-dimensional chaotic maps”，在该文中首次提出了一种通用的混沌数字图像加密架构，如图1所示。