[发明专利]基于遗传算法的彩色图像保存缩略图加密算法

说明书

本发明提供一种基于遗传算法的彩色图像保存缩略图加密算法。该算法包括：步骤1、对彩色图像P进行种群初始化处理，得到若干个初始种群；步骤2、生成5组伪随机序列D、E、F、H和I；步骤3、采用D选择交叉对象，采用E选择交叉点，对交叉对进行交叉操作，得到新的染色体序列A′；步骤4、采用F从A′中选择变异染色体，采用H选择变异基因位置，对变异染色体逐个变异，直至种群内所有染色体均完成变异得到新的种群；步骤5、对新的种群迭代执行步骤2至步骤4，直至完成T轮，结束当前种群的进化；继续下一个种群，执行步骤2至步骤5，直至完成所有种群的进化；步骤6、对完成进化的种群的染色体进行解码，结合通道信息生成彩色密文。

技术领域

本发明涉及图像加密技术领域，尤其涉及一种基于遗传算法的彩色图像保存缩略图加密算法。

背景技术

随着云存储的发展，越来越多人选择把数据上传到云端，其中就包括大量含隐私信息的图片数据。但云通常是诚信又好奇，它能忠实地做好本职工作，却又对明文信息充满好奇。上传到云端的数据不仅面临着好奇云的威胁，同时还面临着被黑客攻击窃取的风险，如Facebook频繁传出隐私泄露问题，被美国相关部门罚款数十亿美元，因此针对互联网安全隐私的保护问题迫在眉睫。要保护图片中的隐私信息不被泄露，有效的方案就是对原始图像进行加密，但传统的完全加密算法得到的密文是一种类噪声图像，当人们看到这些图片时无法获得任何有用的信息，机器学习算法也难以从这些类噪声图像中获得有效信息，这使得密文图像在云端的可用性(预览、查询等)大大降低。因此传统加密算法已无法很好地满足云环境下对隐私保护的需求。

为提高密文图像的可用性，2015年Wright等人在文献[1](C.V.Wright,W.Feng,and F.Liu.Thumbnail-Preserving Encryption for JPEG.In Proceedings of the 3rdACM Workshop on Information Hiding and Multimedia Security,June 2015.)提出了保存缩略图加密算法(Thumbnail Preserving Encryption)简称TPE，先对明文图像进行分块，在保证分块内密文像素均值等于块内明文像素均值的前提下，分别对块内像素加密，通过该算法得到的密文与明文具有相同的缩略图，这使得用户可以预览上传到云端的秘密图像。缩略图是一种小尺寸图像，用户在访问云端的图片时，通常云端会生成图片的缩略图供用户预览，用户通过它可快速寻找到自己感兴趣的图片，然后根据缩略图提供的链接获取到原始图像信息。文献[1]提出的TPE方案，使用的是一种基于分块置乱的方法，它仅仅对分块内的像素做置乱，未改变原图像的统计信息，因此无法抵御统计学上的攻击。2017年Marohn B等人在文献[2](B.Marohn,C.V.Wright,W.Feng,M.Rosulek,andR.B.Bobba.Approximate Thumbnail Preserving Encryption.In Proceedings of The1st International Workshop on Multimedia Privacy and Security(CCS MPS),October 2017.)中又提出了两种近似的保存缩略图算法，该方案中密文块内像素均值与明文块内像素均值只是近似相等，不是理想的TPE方案，并且该方案还放弃了对密文的完全解密，只能得到近似的解密效果。2019年Tajik K等人在文献[3](K.Tajik,A.Gunasekaran,R.Dutta,B.Ellis,R.B.Bobba,M.Rosulek,C.V.Wright,and W.Feng.Balancing ImagePrivacy and Usability with Thumbnail-Preserving Encryption.In Proc.Networkand Distributed Systems Security Symposium(NDSS'19),February 2019.)中通过一种“和保存”方案实现理想的TPE加密(理想TPE方案就是要保证密文与明文块内像素均值相等)，但其给出的方案算法复杂度高，需要较长的加密时间。