[发明专利]一种基于前景和背景分离的图像加密和解密方法

说明书

本发明提供一种基于前景和背景分离的图像加密和解密方法，将待加密图像划分为任意选定的前景区域和背景区域，通过对图像上任意选定的关键区域和其他区域施加不同强度的加密，从而不仅可以对图像上选定的关键区域提供重点保护，而且又不易暴露图像上的敏感区域所在；且能够对用户选定的任意不规则封闭连通区域进行高强度的加密，而对其他非关键区域则施加一般性的加密，加密方法不仅与用户给定的密钥参数紧密相连，还与待加密图像的明文和选定的不规则封闭连通前景区域属性紧密相连，使得整个加密过程对用户的初始密钥和参数，以及待加密的明文图像以及不规则前景区域极度敏感。

技术领域

本发明属于图像信息安全、人工智能和数字图像信号处理交叉领域，涉及一种置换-混淆架构对不规则图像的关键区域进行加密的方法，具体涉及一种基于前景和背景分离的图像加密和解密方法。

背景技术

随着计算机技术发展和Internet广泛应用，越来越多的信息在网络上传输，在给人们方便的同时，也带来极大安全隐患。作为信息的主要载体图像，其安全性也倍受关注。图像加密作为保障图像信息安全的核心思路，已成为目前的研究热点。

传统的图像加密算法大多基于混沌系统，采用置换-混淆结构对图像加密。例如通过各种混沌系统产生伪随机数序列对图像进行置换和混淆加密。均是由特定的密钥直接驱动混沌系统来对图像进行置换和混淆加密。其加密环节仅由特定的密钥和初始参数产生，而与具体的待加密图像性质无关，从而不能抵抗已知/选择明文攻击。

为抵御已知/选择明文攻击，一些图像加密算法也探讨了将待加密图像属性引入到图像加密算法中。例如采用混沌序列置换像素位置，并采用混沌系统产生与明文相关的伪随机数序列对像素值进行扩散，使得加密算法与明文相关。

虽然将用户密钥和图像的属性进行绑定，从而使所提加密策略具备一定的抵抗已知/选择明文攻击能力，但所提策略都是对整幅图像采用相同的策略进行加密，而在实际中，图像的关键信息往往集中在少数几个关键区域而非整幅图像。

基于此，一些加密算法也探讨了仅对图像上的感兴趣区域进行加密的图像加密方法。但其加密策略只是对规则矩形区域进行加密，而不能对图像上任意选定的不规则区域进行加密，同时仅对选定的关键区域进行加密而对非关键区域不进行加密，也使得加密后的关键区域易于受到攻击。因此能够对任意选定的不规则区域和其他区域进行不同强度的加密往往具备更高的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种基于前景和背景分离的图像加密和解密方法，将图像分割成前景和背景区域，能够对任意选定不规则的前景区域进行重点迷宫置换及混淆加密，对背景区域进行简单像素值混淆加密。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于前景和背景分离的图像加密方法，包括以下步骤：

第1步：将分辨率为M×N待加密图像A划分为任意选定的封闭连通区域S_Fore和其它区域S_Back，即前景区域和背景区域；

第2步：提取S_Fore区域的轮廓链码CC，将其作为密钥存储；

第3步：计算出待加密图像A的RGB图像像素矩阵A_R、A_G、A_B和轮廓链码CC对应的160位SHA-1值(A_R)_SHA-1、(A_G)_SHA-1、(A_B)_SHA-1和(CC)_SHA-1；