專利名稱：用于圖像共享的基于EC-ElGamal算法的同態圖像加密和解密方法
技術領域：
本發明涉及圖像加密方法領域，具體涉及圖像的一種用于圖像共享的基于 EC-ElGamal算法的同態圖像加密和解密方法。
背景技術：
圖像是最重要的一種信息表示類型且在許多應用中得到廣泛應用。在圖像交換過程中，圖像常常是在不安全的網絡中傳輸的。因此，為了防止共享圖像被非法者竊聽，在傳輸之前先對共享圖像進行加密。另外，由于帶寬受限，需要將共享的加密圖像組合在一起得到一幅新圖像再進行傳輸。近期，一些研究者研究基于視覺秘密分享的秘密圖像分享。然而，他們對共享圖像的操作是以明文形式進行的，這樣做顯然不夠安全。為了促使這種組合能直接在秘密圖像之間進行，這就需要加密方法具有同態性，即對明文進行某一特定的代數操作的結果與對密文進行相同(可能不同)操作后再解密的結果相同。公鑰加密系統的同態特性已經被用到很多的安全場景中，如基于RSA(RSA算法由Rivest，Shamir和 Adleman發明，故以發明人名字的開頭字母命名為RSA)的秘密圖像共享、基于ElGamal的電子投票系統、基于橢圓曲線密碼體制(elliptic curve cryptography，簡寫為ECC)的無線傳感網絡中的安全數據聚集、基于Paillier的安全失真計算等等。RSA和ElGamal具有乘法同態特性，而ECC和Paillier具有加法同態特性。而且加法同態特性具有更廣泛的應用，如為了降低加密圖像的分辨率而對圖像進行像素取均值和在視頻監控中實現隱私保護而獲得差分圖像。RSA和ElGamal加密系統是最常用的加密系統，它們實現的是指數操作，因此具有高計算復雜度。然而，ECC只需要加法和乘法運算，相比RSA和ElGamal其計算復雜度較低。 另外，由表1我們可以觀察到為了達到最小的安全需求，ECC所要求的最短密鑰長度比RSA、 ElGamal要小很多。基于RSA和ElGamal的加密方法需要高的計算復雜度和大的空間消耗， 所以RSA和ElGamal不適合用于實時和帶寬有限的應用中(例如、圖像傳輸、視頻流和視頻監督)。表1達到最低安全需求的最短密鑰長度
權利要求
1.用于圖像共享的基于EC-ElGamal算法的同態圖像加密和解密方法，其特征在于它包括下述步驟一、預處理，在用橢圓曲線密碼系統對圖像像素加密之前，把像素點轉化為橢圓曲線 Ep (a, b)上點的形式，給定一個明文單元plainm，將幾個像素組合起來形成plainm，明文單元plainm = pj |p2| |. . . | |pm，P1, P2, ... , Pm是圖像像素值的二進制表示形式，I I表示P1, P2,...,Pffl的二進制形式以一個字節為單位進行串聯，在預處理以后，原圖像P1或P2中所有像素點被組合成塊，并轉化到對應橢圓曲線上點的集合ECP1或ECP2 ；二、加密，用EC-ElGamal加密方法對步驟一中得到的點的集合ECP1或ECP2進行加密； 其加密的方法如下對于給定的明文Mi,根據式子(7) C’ = M+rK，C”=冗將虬加密得到其密文 Ci = (MJriK, TiG)，根據式子⑶ M’ = C’ _kC” 將 Ci 解密為 Mi' = MjriK-IcriG,其中 K =kG，k和r為隨機產生的整數，k為私鑰，G為橢圓曲線Ep (a, b)上的基點，得到EnECP1和 EnECP2,在EnECP1和EnECP2傳輸過程中，根據EC-ElGamal的加法同態特性，在傳輸的某一節點處將EnECP1和EnECP2按分塊方式進行對應相加得到AEnECP ；三、解密，將步驟二中的EnECP1或EnECP2和AEnECP進行解密得到ECP1(或ECP2)和 De (AEnECP)，根據等式 ECP2 = De (AEnECP) -ECP1 恢復 ECP2 或 ECP1 = De (AEnECP) -ECP2 恢復 ECP1 ；四、后處理，將步驟三中解密得到的對應橢圓曲線上點的集合ECP1和ECP2映射到圖像像素上，對每一個解密點(x，y)，其相對應的像素值Plainm’ = [x/L]，其中[x/L]表示對χ/ L的向下取整，L為在預處理中所使用的參數，以字節大小為分隔標志從plainm’中提取原始的m個像素值，得到原始圖像P1和P2。
2.根據權利要求1所述的用于圖像共享的基于EC-ElGamal算法的同態圖像加密和解密方法，其特征在于對于每一加密圖像rG只有一個副本保存。
全文摘要
用于圖像共享的基于EC-ElGamal算法的同態圖像加密和解密方法，本發明具體涉及一種用于圖像共享的基于EC-ElGamal算法的同態圖像加密和解密方法。它為了解決帶寬有限的情況下，無法實現圖像的無失真傳輸和在傳輸過程中的泄密問題。用于圖像共享的基于EC-ElGamal算法的同態圖像加密和解密方法步驟如下一、預處理，在加密之前，先把像素點轉化為橢圓曲線上點的形式；二、加密，用EC-ElGamal加密方法對步驟一中得到的點進行加密；三、解密，將步驟二中的點進行解密。四、后處理，將解密后的點轉化為圖像的像素點。本發明實現了圖像傳輸過程中組合之前不需要解密，傳輸到終端后的圖像不會失真的目的。
文檔編號G06T1/00GK102521785SQ20111032935
公開日2012年6月27日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者吳顯燕, 李瓊, 牛夏牧, 韓琦, 黎麗 申請人:哈爾濱工業大學