一種基于同態(tài)加密的圖像安全檢索方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于同態(tài)加密的圖像安全檢索方法。首先提取圖像的顏色、紋理和形狀等特征，并利用LPP方法對(duì)圖像特征降維；然后采用Paillier同態(tài)加密算法對(duì)特征進(jìn)行保護(hù)；最后直接對(duì)加密后的圖像特征進(jìn)行相似性匹配，將最相似的K幅圖像作為檢索結(jié)果反饋給用戶(hù)。本發(fā)明基于CBIR框架，采取同態(tài)加密技術(shù)，無(wú)需解密，而是利用Paillier加密算法的同態(tài)特性，對(duì)加密后的圖像特征直接進(jìn)行相似度度量?？朔爽F(xiàn)有的圖像檢索方法無(wú)法對(duì)加密后的圖像直接進(jìn)行檢索的不足。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明能夠在保證圖像信息安全性的前提下，得到與原來(lái)明文域CBIR方法完全一致的檢索結(jié)果，加密不會(huì)影響圖像的檢索性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于同態(tài)加密的圖像安全檢索方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多媒體信息安全領(lǐng)域，具體涉及一種基于同態(tài)加密的圖像安全檢索方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，云計(jì)算已經(jīng)逐漸應(yīng)用于娛樂(lè)、電力、交通、能源等領(lǐng)域。這些行業(yè)部門(mén)通過(guò)云計(jì)算來(lái)為用戶(hù)提供各種服務(wù)。云存儲(chǔ)是云計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施之一，在云存儲(chǔ)中往往存儲(chǔ)著著海量的圖像數(shù)據(jù)，這些圖像數(shù)據(jù)中往往包含著大量的用戶(hù)隱私信息，但是現(xiàn)有的云存儲(chǔ)機(jī)制并未能為用戶(hù)提供安全保護(hù)機(jī)制，這些隱私信息的泄漏將造成嚴(yán)重的后果。云計(jì)算的安全性和隱私保護(hù)等問(wèn)題已經(jīng)逐漸成為阻礙云計(jì)算得到更廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。
[0003]加密是保證用戶(hù)隱私數(shù)據(jù)機(jī)密性的重要手段。為解決用戶(hù)的隱私保護(hù)問(wèn)題，人們往往對(duì)圖像進(jìn)行加密，把加密后的密文圖像存儲(chǔ)在云服務(wù)端。隨著云圖像存儲(chǔ)規(guī)模的爆炸性增長(zhǎng)，如何對(duì)海量的加密圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、高效的檢索就成為一個(gè)需要迫切解決的問(wèn)題。
[0004]基于內(nèi)容的圖像檢索(CBIR,Content-Based Image Retrieval)在上世紀(jì)90年代被提出并逐漸蓬勃發(fā)展起來(lái)，是目前一種主流的圖像檢索技術(shù)，一直是多媒體處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。其基本思想是提取圖像的特征，如顏色、紋理、形狀、輪廓等，來(lái)表示圖像的內(nèi)容，并通過(guò)特征之間的距離來(lái)衡量圖像之間的相似性。CBIR最核心的技術(shù)是特征提取和相似性度量。
[0005]實(shí)際上，圖像加密和圖像檢索分屬兩個(gè)完全不同的領(lǐng)域，這兩個(gè)領(lǐng)域的研究工作一直是獨(dú)立進(jìn)行的?，F(xiàn)有的加密圖像檢索方法是:首先由用戶(hù)對(duì)圖像進(jìn)行加密保護(hù)并上傳存儲(chǔ)在服務(wù)器端；檢索時(shí)，由服務(wù)器端對(duì)圖像進(jìn)行解密，以明文方式進(jìn)行存儲(chǔ)，再進(jìn)行圖像的檢索。這種以明文進(jìn)行圖像存儲(chǔ)和檢索的方式會(huì)給用戶(hù)帶來(lái)隱私信息被泄漏的潛在風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)法真正保證用戶(hù)隱私信息的安全。
[0006]為了保證圖像信息的安全，需要將圖像加密和圖像檢索聯(lián)合起來(lái)統(tǒng)一進(jìn)行處理，即在加密域進(jìn)行圖像檢索。在不解密的前提下實(shí)施檢索，在保證檢索性能的情況下，保護(hù)圖像信息的安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的檢索加密圖像時(shí)必須先解密再檢索，從而無(wú)法真正保證用戶(hù)信息安全的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于Paillier同態(tài)加密的圖像安全檢索方法，對(duì)圖像特征進(jìn)行加密，由于同態(tài)加密技術(shù)允許用戶(hù)直接對(duì)加密的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、比較等操作，使加密后的圖像特征無(wú)需解密即可檢索，既能保證圖像的安全，又不影響圖像的檢索性能。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:首先，提取圖像的顏色、紋理和形狀等特征，并利用保局投影(LPP, Locality Preserving Projections)方法對(duì)圖像特征降維；然后，采用Paillier同態(tài)加密算法對(duì)特征進(jìn)行保護(hù)；最后，直接對(duì)加密后的圖像特征進(jìn)行相似性匹配，將最相似的K幅圖像作為檢索結(jié)果反饋給用戶(hù)。
[0009]一種基于同態(tài)加密的圖像安全檢索方法，包括以下步驟:
[0010]步驟I，提取圖像特征。
[0011]提取表示圖像內(nèi)容的三類(lèi)圖像特征:顏色、紋理和形狀，實(shí)現(xiàn)CBIR檢索。
[0012]步驟1.1，提取顏色特征。
[0013]顏色特征是在圖像檢索中應(yīng)用最為廣泛的視覺(jué)特征。與其它視覺(jué)特征相比，顏色特征對(duì)圖像本身的尺寸、方向、視角的依賴(lài)性較小，從而具有較強(qiáng)的魯棒性。本發(fā)明選用了基于HSV顏色空間的顏色直方圖特征。
[0014]提取顏色特征的方法如下:
[0015](I)將RGB顏色空間變換到HSV顏色空間。
[0016](2)對(duì)HSV顏色空間進(jìn)行量化，按照8:3:3比例得到量化后的色調(diào)、飽和度和亮度值分別為H，S，V。
[0017](3)把3個(gè)顏色分量合成一維特征向量，即:
[0018]L = HQsQv+SQv+V(I)
[0019]其中，Qs和Qv分別是S和V的量化級(jí)數(shù)。取Qs = 3，Qv = 3，上式可以表示為:
[0020]L = 9H+3S+V(2)
[0021]L的取值范圍為[O~71]，得到72維顏色特征向量。
[0022]步驟1.2，提取紋理特征。
[0023]紋理特征是反映物體表面基本屬性的內(nèi)在特征，是一種不依賴(lài)于顏色或亮度的、反映圖像中同質(zhì)現(xiàn)象的視覺(jué)特征。本發(fā)明所選用灰度共生矩陣來(lái)作為紋理特征，能在一定程度上反應(yīng)紋理圖像中各灰度級(jí)在空間上的分布特征。
[0024]提取紋理特征的方法如下:
[0025](I)對(duì)灰度級(jí)為64的灰度圖像，構(gòu)造4個(gè)方向的共生矩陣:M(1，q) (h, k)，M(CU) (h, k)，M(1；1) (h, k)和M(1，_d (h, k)。矩陣中位于(h, k)的元素值記為π^。
[0026](2)分別計(jì)算這4個(gè)共生矩陣的4個(gè)紋理參數(shù):角二階矩(ASM)，對(duì)比度(C0N)，熵(ENT)和相關(guān)性(COR)。計(jì)算公式為:
[0027]ASM = XhZk(mhk)2(3)
[0028]CON= XhZk(h-k) 2Iiihk⑷
[0029]ENT = 2hZkmhklogmhk(5)
【權(quán)利要求】
1.一種基于同態(tài)加密的圖像安全檢索方法，其特征在于無(wú)需解密即可實(shí)現(xiàn)加密圖像的檢索，包括以下步驟: 步驟I，提取圖像特征； 步驟1.1，提取顏色特征； (1)將RGB顏色空間變換到HSV顏色空間； (2)對(duì)HSV顏色空間進(jìn)行量化，按照8:3:3比例得到量化后的色調(diào)、飽和度和亮度值H，S，V; (3)把3個(gè)顏色分量合成一維特征向量L:
L = HQsQv+SQv+V 其中，Qs和Qv分別是S和V的量化級(jí)數(shù)；取Qs = 3，Qv = 3，上式可以表示為:
L = 9H+3S+V 步驟1.2，提取紋理特征； (1)對(duì)灰度級(jí)為64的灰度圖像，構(gòu)造4個(gè)方向的共生矩陣:M(1，q)(h, k)，M(CU) (h, k)，Μαι)(h，k)和M(1，_d (h, k);矩陣中位于(h，k)的元素值記為mhk ； (2)分別計(jì)算這4個(gè)共生矩陣的4個(gè)紋理參數(shù):角二階矩ASM，對(duì)比度CON，熵ENT和相關(guān)性COR ;計(jì)算公式為:

【文檔編號(hào)】G06T1/00GK103744976SQ201410014056
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】卓力, 張燕, 彭遠(yuǎn)帆, 白宇, 成博, 張菁 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)