[发明专利]基于同态加密的JPEG图像密文下解压缩方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于同态加密的JPEG图像密文下解压缩方法及系统，属于多媒体信息保护领域。采用同态加密算法将JPEG图像进行加密，保护图像中的隐私信息；采用单指令多数据SIMD加密方法得到密文码流；哈夫曼解码过程中，采用静态迭代方法消除熵解码中的分支操作，一次迭代运算得到一个DCT系数，多次迭代运算解码出所有的DCT系数；采用对码表中每个码字进行匹配解码出DCT系数，最后利用HEVC中整数逆DCT变换将浮点运算转化为整数运算，得到解码像素值。本发明可实现云端JPEG图像同态域下解压缩，得到同态加密的像素值，用于后续同态域的相关处理，保护了图像隐私信息。

技术领域

本发明属于多媒体信息保护领域，更具体地，涉及一种基于同态加密的JPEG图像密文下解压缩方法及系统。

背景技术

云计算时代的到来，使得越来越多的多媒体数据被存储在云端，并通过云计算进行分布式处理和分析。然而公共云计算是由第三方远程控制，云用户无法直接管理或监控计算资源和客户数据的使用情况，可能存在隐私泄露。云用户失去对数据的控制使得隐私保护成为云计算的关键问题。

为了保护云上多媒体隐私信息，关键点在于加密。同态加密采用专门设计的加密形式，允许在密文上执行计算，所生成的加密结果解密后与明文上执行的操作结果相匹配。利用同态加密特点，若将同态加密运用到云上多媒体数据的隐私保护上，可以做到有效保护隐私，同时不影响其功能。用户可使用同态加密技术加密多媒体数据后交由服务器进行运算。

JPEG(Joint Photographic Experts Group)是第一个国际图像压缩标准，被广泛应用，网站上80％的图像都采用了JPEG压缩标准。图像存储和传输形式大部分是JPEG，而云端常需处理解压缩图像，故需在密文下实现JPEG图像解压缩。

同态密文下，JPEG解码过程中无法确定匹配的码字，因此无法确定解出来的系数个数，也就无法确定解码结果，成为JPEG密文下解压缩的难点。因此，如何实现基于同态密文的JPEG图像密文下解压缩是目前亟需解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于同态加密的JPEG图像密文下解压缩方法及系统，由此解决同态密文下，JPEG解码过程中无法确定匹配的码字，进而无法确定解出来的系数个数，也就无法确定解码结果的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于同态加密的JPEG图像密文下解压缩方法，包括：

通过单指令多数据流SIMD方式对JPEG图像的熵编码码流打包，并对打包后的码流进行同态加密得到同态加密后的密文码流；

对所述密文码流进行哈夫曼解码，解码出64个离散余弦变换DCT系数；

对所述DCT系数进行反量化，通过左移方式实现反量化的乘法，对反量化后的DCT系数使用整数逆DCT变换，得到解码像素值，然后对所述解码像素值进行处理，得到最终解压缩结果。

优选地，所述通过单指令多数据流SIMD方式对JPEG图像的熵编码码流打包，并对打包后的码流进行同态加密得到同态加密后的密文码流，包括：

通过SIMD将D个明文码流加密成一个密文码流，对每个明文码流的的第i位，形成一个D维向量并加密成第i个密文，在加密过程中，若明文码流中的某一位用尽，则用0填充，得到包含N个密文的密文码流，N是D个明文码流中最长明文码流的比特数。

优选地，所述对所述密文码流进行哈夫曼解码，解码出64个离散余弦变换DCT系数，包括：

(a)将所述密文码流和哈夫曼码表中每个码字进行比较，以对哈夫曼码表中的每个码字计算出是否匹配的一个加密布尔值[b]，其中，若b＝1，则表示匹配，若b＝0，则表示不匹配；