一种彩色JPEG图像的格式兼容加解密方法技术

本发明专利技术公开一种彩色JPEG图像的格式兼容加解密方法，包括以下步骤：S1：确定要提取块T规模LT；S2：从原JPEG图像的压缩数据段中框选ROI块，根据ROI块与T大小关系，重新框选ROI块或者补充随机块至ROI块中使ROI块与T规模相等；S3：对S2中得到的块进行RC4加密形成加密块；S4：对原JPEG图像压缩数据段中剩余块进行置乱重排；S5：将S3生成加密块与S4中置乱重排后块重新组织为格式兼容加密JPEG图像；S6：进行图像恢复或图像解密。本发明专利技术复合加密图像块信息，还改变原来图像的结构，使得加密后的图像难以辨识，提高了算法的有效性和可靠性，为ROI提供保护，适应于不同应用场景，保留对加密JPEG图像进行一定检测处理的能力，可以为云监控系统、云存储系统等应用提供帮助。

A Format Compatible Encryption and Decryption Method for Color JPEG Images

The invention discloses a format compatible encryption and decryption method for color JPEG images, which includes the following steps: S1: determining the block T size LT; S2: selecting ROI block from the compressed data segment of the original JPEG image, re-selecting ROI block or adding random block to ROI block to make ROI block equal to T size; S3: encrypting the block obtained in S2 by RC4 to form encryption block. S4: scrambling and rearranging the remaining blocks in the original JPEG image compression data segment; S5: reorganizing the encrypted blocks generated by S3 and the scrambled and rearranged blocks in S4 into format compatible encrypted JPEG images; S6: image restoration or image decryption. The composite encrypted image block information of the invention also changes the structure of the original image, making the encrypted image difficult to identify, improving the effectiveness and reliability of the algorithm, providing protection for ROI, adapting to different application scenarios, retaining the ability to detect and process encrypted JPEG images, and providing assistance for cloud monitoring system, cloud storage system and other applications.

【技术实现步骤摘要】
一种彩色JPEG图像的格式兼容加解密方法
本专利技术涉及多媒体信息安全领域，更具体地，涉及一种彩色JPEG图像的格式兼容加密方法。
技术介绍
近年来，随着多媒体技术的发展，图像处理技术越来越多地出现在人们平时的日常生活中，与此同时，人们对于图像内容的隐私保护技术的发展也越来越重视。除此之外，人们对于图片传输的速度也越来越重视，尤其是需要传输大量图片时，由于带宽有限，如果不对原图进行一定处理，传输起来将耗费大量的带宽和时间。因此，JPEG作为一种能够对图像进行压缩从而减小其大小，节省带宽并提高传输速度的同时，还能够保持图像的高质量的图像格式，在最近几年已经受到各个行业的热捧。然而对于JPEG来说，目前已有的加密方法主要针对JPEG码流中的空域、时域相关参数进行加密，从安全性的角度来考虑，这样的算法都存在着隐私泄露的风险。特别地，这些加密算法并没有改变图像本身的结构，而图像的结构本身是附带了大量的边信息的，如果不进行加密修改，很有可能会导致隐私泄露，这就使得安全性并没有得到充足的保障。虽然最近有些算法针对频域的参数进行加密，同时也改变了图像的结构，相比其他绝大多数的JPEG加密算法而言，安全性方面已经有了显著的提升，但是一方面，它们往往只采用一种加密方式，而没有复合多种加密系统；另一方面，加密的JPEG图像往往用于云存储系统等场景，例如在云服务器上对加密JPEG图像进行水印的嵌入、检索，或者进行图像检索等，这些需要保留对加密JPEG图像一定的处理能力，而那些算法往往不能很好地做到这点。本专利技术所提出的一种彩色JPEG图像的格式兼容加密算法，主要对24位彩色JPEG图像的频域参数以及文件结构信息进行了加密，同时设计了多层加密系统，为ROI提供了专门的保护，ROI为感兴趣区域，提高了加密算法对不同应用场景的适应性。除此之外，还保留了对加密JPEG图像的检测处理的能力，兼顾了云端处理与图像内容保护的两种需求。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种彩色JPEG图像的格式兼容加解密方法。本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。本专利技术的首要目的是能够高效安全地对JPEG图像进行加密。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种彩色JPEG图像的格式兼容加密方法，包括以下步骤：S1：确定要提取的块T的规模LT，LT即为要加密的区域大小；S2：从原JPEG图像的压缩数据段中框选ROI块，根据ROI块与T的大小关系，重新框选ROI块或者补充随机块至ROI块中使ROI块与T规模相等；S3：对S2中得到的块进行RC4加密形成加密块；S4：对原JPEG图像的压缩数据段中剩余的块进行置乱重排；S5：将S3生成的加密块与S4中置乱重排后的块重新组织为格式兼容的加密JPEG图像；优选地，步骤S1中提取的块T的规模LT不超过JPEG头文件中APPn字段的总容量。优选地，步骤S2的具体步骤为：S2.1：框选ROI块，利用人脸检测算法，定位出JPEG图像中属于ROI区域的块位置，并标记为R，R的规模用LR表示；S2.2：根据ROI块与T的大小关系，比较LR和LT大小，如果LR大于LT，重新执行步骤S2.1；如果LR小于LT，补充随机块至ROI块中，从剩余块中随机选取一部分块D，D的规模用LD表示，使得LR+LD＝LT。优选地，步骤S2还包括步骤S2.3：S2.3：对于最后得到的ROI块中的每一块，定义M为它们在原JPEG图像的压缩数据段中的位置信息，定义S为它们各自的大小信息，并且M和S与最后得到的ROI块拼接成新的数据块K。优选地，步骤S3中对S2中得到的块进行RC4加密形成加密块的具体步骤为：S3.1：对于数据块K中每一个块中的数据用RC4异或加密算法进行加密。优选地，步骤S4中，定义O为原JPEG图像的压缩数据段中剩余的块，对所有剩余块采取随机置乱重排，定义G为置乱后的剩余块。优选地，步骤S5的具体过程为：S5.1：新建一个JPEG图像文件P；S5.2：将S3生成的加密块的数据存放到P的APPn字段；S5.3：将S4中置乱重排后的数据存放到P的压缩数据段，此时得到的P即为格式兼容的加密JPEG图像。优选地，一种对应的彩色JPEG图像的格式兼容解密方法，包括步骤S6：进行图像的恢复或图像的解密，步骤S6中图像的恢复的具体步骤为：S6.1：解密压缩数据段中的内容，将置乱后的剩余块G恢复成原来顺序排列的剩余块O；S6.2：将剩余块O恢复到原JPEG图像的压缩数据段中的位置，恢复出具有原JPEG图像的部分内容信息的JPEG图像，用于检测处理。优选地，步骤S6中图像的解密的具体步骤为：S6.3：解密P的APPn字段中的数据，得到数据块K；S6.4：对于数据块K中的每一块数据，根据M中记录的位置信息和S中记录的大小信息恢复成在原JPEG图像的压缩数据段中的位置；S6.5：使用步骤S6.1至步骤S6.2对剩余块O进行恢复，得到原JPEG图像。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：该方法能够根据需求选择ROI区域进行加密，同时也能为JPEG图像提供多层次的保护，利用部分密钥，可以恢复出除了ROI区域之外的部分信息，用于做加密JPEG图像的检测处理。附图说明图1为本专利技术提供的一种彩色JPEG图像的格式兼容加解密方法的加密流程图。图2为本专利技术提供的一种彩色JPEG图像的格式兼容加解密方法的解密流程图。图3为JPEG图像文件的格式示意图。图4为本专利技术提供的一种彩色JPEG图像的格式兼容加解密方法的加密方法基本思想的示意图。图5为本专利技术提供的一种彩色JPEG图像的格式兼容加解密方法的加密框架图。图6为本实施例提供的一个原JPEG图像。图7为图6利用本专利技术提供的一种彩色JPEG图像的格式兼容加解密方法加密后的图像。图8为本实施例提供的另一个JPEG图像。图9为图8利用本专利技术提供的一种彩色JPEG图像的格式兼容加解密方法加密后的图像。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。实施例1一种彩色JPEG图像的格式兼容加密方法，如图1，包括以下步骤：S1：确定要提取的块T的规模LT；S2：从原JPEG图像的压缩数据段中框选ROI块，根据ROI块与T的大小关系，重新框选ROI块或者补充随机块至ROI块中使ROI块与T规模相等；S3：对S2中得到的块进行RC4加密形成加密块；S4：对原JPEG图像的压缩数据段中剩余的块进行置乱重排；S5：将S3生成的加密块与S4中置乱重排后的块重新组织为格式兼容的加密JPEG图像；S6：进行图像的恢复或图像的解密。在具体实施过程中，JPEG图像文件的格式如图3，步骤S1中提取的块T的规模LT＝m×n，不超过JPEG头文件中APPn字段的总容量；步骤S2的具体步骤为：S2.1：框选ROI块，利用人脸检测算法，定位出JPEG图像中属于ROI区域的块位置，并标记为R，R的规模用LR表示，具体的，一张JPEG图像的全体MCU块，可以是[0,0,R,R,0,R,0……]，其中R代表一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种彩色JPEG图像的格式兼容加密方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：确定要提取的块T的规模LT，LT即为要加密的区域大小；S2：从原JPEG图像的压缩数据段中框选ROI块，根据ROI块与T的大小关系，重新框选ROI块或者补充随机块至ROI块中使ROI块与T规模相等；S3：对S2中得到的块进行RC4加密形成加密块；S4：对原JPEG图像的压缩数据段中剩余的块进行置乱重排；S5：将S3生成的加密块与S4中置乱重排后的块重新组织为格式兼容的加密JPEG图像。

【技术特征摘要】
1.一种彩色JPEG图像的格式兼容加密方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：确定要提取的块T的规模LT，LT即为要加密的区域大小；S2：从原JPEG图像的压缩数据段中框选ROI块，根据ROI块与T的大小关系，重新框选ROI块或者补充随机块至ROI块中使ROI块与T规模相等；S3：对S2中得到的块进行RC4加密形成加密块；S4：对原JPEG图像的压缩数据段中剩余的块进行置乱重排；S5：将S3生成的加密块与S4中置乱重排后的块重新组织为格式兼容的加密JPEG图像。2.根据权利要求1所述的彩色JPEG图像的格式兼容加密方法，其特征在于，步骤S1中提取的块T的规模LT不超过JPEG头文件中APPn字段的总容量。3.根据权利要求2所述的彩色JPEG图像的格式兼容加密方法，其特征在于，步骤S2的具体步骤为：S2.1：框选ROI块，利用人脸检测算法，定位出JPEG图像中属于ROI区域的块位置，并标记为R，R的规模用LR表示；S2.2：根据ROI块与T的大小关系，比较LR和LT大小，如果LR大于LT，重新执行步骤S2.1使LR＝LT；如果LR小于LT，补充随机块至ROI块中，从剩余块中随机选取一部分块D，D的规模用LD表示，使得LR+LD＝LT。4.根据权利要求3所述的彩色JPEG图像的格式兼容加密方法，其特征在于，步骤S2还包括步骤S2.3：S2.3：对于最后得到的ROI块中的每一块，定义M为它们在原JPEG图像的压缩数据段中的位置信息，定义S为它们各自的大小信息，并且M和S与最后得到的ROI块拼接成新的数据块K。5.根据权利要求4所述的彩色JPEG图像的格式...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑培嘉，陈文浩，田贤浩，黄继武，
申请(专利权)人：中山大学，深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44