[发明专利]基于工业云上图像数据的可恢复性方法

权利要求书

1.基于工业云上图像数据的可恢复性方法，其特征在于：

步骤(1).建立一个系统模型，引入第三方仲裁机制；

系统模型，包含三个实体：客户端，云服务提供商(Cloud Service Provider,CSP)和TPAR，其中客户端是一个有大量图像可以外包的实体，CSP是管理多个云存储服务器的实体，可以为客户端提供大量的存储资源，客户端和CSP的数据都提供给外包进行加密，TPAR是客户端和CSP指定的争端仲裁专家；

客户端将待保存的图像数据上传给CSP，当CSP接收到图像数据之后，就将接收成功的结果反馈给客户端，客户端收到结果之后，删除本地文件；

当客户端从CSP上下载图像的时候，检验其图像数据的完整性，并且当客户端从CSP上下载的图像数据不完整的时候，由第三方再次检查CSP上的m个运行良好的服务器，并且将这些服务器返回给用户，用户通过这些健康的服务器来恢复被损坏的数据；

步骤(2)数据完整性和恢复性的初始化

G1,G2,GT是素数阶为p的乘法循环群，选取G1,G2来构成双线性映射e:G1×G2-GT，即G1×G2映射到GT，其中g是G2的生成元；

H(.)是一个安全的图映射到点的哈希函数：{0，1}*-G1,即{0，1}*映射到G1,这个哈希函数将图中的字符串映射到G1的每一个元素中；

H1:T-G和H2:Z-G是安全散列函数，分别表示为T映射到G,Z映射到G,其中T∈{(i,k)|1≤i≤n,1≤k≤N/m},Z代表一个整数集合；

密钥生成,用于验证完整性；

TPAR选择一个较大的素数p传给系统模型中的客户端和CSP，然后客户端将安全参数k作为输入，选择一个元素α属于Z_P,一个随机数x属于Z_P，并且计算v属于g^x；该计算输出了一个私钥sk＝x和一个公钥pk＝(α，p,g,v),客户端再在本地存储sk,将pk发送到CSP和TPAR；

整体图像和分块图像的初始化

待上传图像为图像I，下述方法中将这副图像生成整体图像的水印，以及分块编码之后的水印，因此将整体水印定义为:

其中ID为用于区分图像I的唯一标识码，I_R＝I mod p,I_Q＝I/p，其中mod代表除余的符号；

图像I分块编码之后进行水印，将图像I划分成了大小相同且不重叠的块b₁,b₂,...,b_n，其中b_i属于Z_p,对于每个块b_i，i∈1,2,...,n，水印生成形式为：

W_i＝H(ID,i,b_i)^x

其中ID是用于区分图像I的唯一标识码，i是每个块的索引，b_i表示当前块；

步骤(3).审计证据的生成

步骤(3.1).生成整体图像的水印

根据算法(1)水印的初始化、嵌入和提取算法介绍，中的可逆水印算法，客户端将整体的图片I生成一个水印W’_ID；

步骤(3.2).根据算法(2)数据的分块编码及数据恢复方法，中的算法，将图像I进行分块；

步骤(3.3).将分块的图像进行编码

根据算法(2)数据的分块编码及数据恢复方法，，将分块的各个图像进行编码b_i，因此在上述步骤结束之后，将获得两种数据，一个是整体的水印图像W’_ID，一个是对原始图像I分块编码后的分块图像编码；

步骤(3.4).将原始图像I进行分块后的分块编码图像进行水印

通过算法(1)水印的初始化、嵌入和提取算法介绍，中的可逆水印算法，将分块编码的图像编码块通过水印算法生成水印W’_i，并且将整体的水印图像W’_ID保存在第一个块中，最终水印图像的输出为I’；

步骤(3.5).将水印后的编码块上传到CSP

客户端将水印后的编码块上传到CSP，CSP成功接收到了客户端上传的数据，并且已经成功反馈给客户端，此时客户端已经删除本地数据，此时，得到最终的水印图像；

步骤(4).审计完整性验证

步骤(4.1).客户端从CSP下载数据

客户端从CSP上下载数据的时候，先下载所有水印的图像编码块，并且开始进行检查；

步骤(4.2).通过算法(2)数据的分块编码及数据恢复方法，中的水印提取算法，将所有水印的图像编码块提取水印

当客户端下载完所有的块，分别提取整体图像的水印W’_ID和图像分块编码的水印W’i，这时得到两种数据，恢复后的图像I”和分块编码的编码块；

步骤(4.3).验证整体图像的完整性

当客户端从CSP上下载下来之后，通过提取水印，如果整体的图像I’与原始的图像I一致，那么说明从CSP上下载的图像是完整的，否则说明图像数据受到了损坏，这时需要进行数据恢复；

其中，验证是否完整的公式如下：

其中I’_R＝I’mod p,I’_Q＝I’/p，mod是代表除余的符号,e为前面初始化中的双线性映射；

当该等式成立的时候，说明图像是完整的，当该等式不成立的时候，说明图像数据被损坏，这时执行下面步骤对图像数据进行恢复；

步骤(5).数据恢复

当检验到整体图像不完整的时候，接下来需要检验哪些编码块的数据损坏，当检测到损坏的编码块的时候，使用算法(2)数据的分块编码及数据恢复方法，中的算法进行恢复；

其中，检验哪些编码块的数据损坏公式：

e(W'_i,g)＝e(H(ID,i,b_i),v)

如果相等，说明该编码块的数据没有损坏，否则，该编码块的数据损坏；

通过上述步骤，实现了数据的恢复操作。