CN114785483B 基于半张量积压缩感知和混合云的医学图像安全传输方法 （河南大学）

XiuliChai;JiangyuFu;ZhihuaLu;YushuZhang;DaojunHan.ExSemi-TensorProductCompr基于半张量积压缩感知和混合云的医学图本发明提供一种基于半张量积压缩感知和法包括：根据原始医学图像P的哈希密钥和给定边缘检测结果将认证图像嵌入至原始医学图像P中得到含有认证信息的图像P1，并将嵌入密钥、矩阵P3上，利用测量矩阵对稀疏矩阵P3进行测量和量2步骤1：根据原始医学图像P的哈希密钥和给定的步骤2：对所述原始医学图像P进行边缘检测，根据边缘2.根据权利要求1所述的基于半张量积压缩感知和混合云的医学图像加密方法，其特和W0。3.根据权利要求1所述的基于半张量积压缩感知和混合云的医学图像加密方法，其特pppppppp34.根据权利要求2所述的基于半张量积压缩感知和混合云的医学图像加密方法，其特得到索引序列s1，使用所述索引序列s1按照公式(5)对所述一维序列l1进行置乱得到序列25.根据权利要求2所述的基于半张量积压缩感知和混合云的医学图像加密方法，其特分别从所述序列X1中和所述序列Y1中选取对应位置的元素作为新的序列XY中对应位置的元R=DXB(7)6.根据权利要求1所述的基于半张量积压缩感知和混合云的医学图像加密方法，其特7.根据权利要求1所述的基于半张量积压缩感知和混合云的医学图像加密方法，其特4分元素进行预处理得到序列Z1和W1，将序列Z1和W1分别进行分段操作从而各自得到四个大；和Zd3；pa222按照公式(13)使外部密钥生成混沌序列；步骤2：从中心云上将密文图像C和第一认证序列下载至边缘云P4′；59.根据权利要求8所述的基于半张量积压缩感知和混合云的医学图像解密方法，其特步骤2.1：将密文图像C分割成四个大小相同的矩阵并b1c1d1；2重新转化为十进制序列pa1；进行置乱得到置乱后的序列Zb2，按照公式(得到置乱后的序列Zc2，按照公式(12到二进制序列pc3，按照公式(17)使得到置乱后的序列Zd2，按照公式(12到二进制序列pd3，按照公式(17)使2重新转化为十进制序列pd1；6第一卫生中心采用权利要求1-7任一所述的加密方法对原始医学图像进行加密后以传第二卫生中心采用权利要求8或9所述的解密方法对密文图像进行解密后以进行后续7[0003]第一个问题是低功耗的限制，以提高计算效率和节省存储资源。由于压缩感知andanalysisofcompressivesensingbasedlightweightencryptionschemeformultimediaIoT.IEEETransactionsonCircuitsandSystemsII:ExpressBriefs,CS设计了多种加密方案，以保证图像数据在传输和存储中的保密性和安全性。Chen等人(ChenTH,ZhangM,WuJ,YuenC,TongY.Imageencryptionandcompressionbasedonkroneckercompressedsensingandelementarycellularautomatascrambling.Optics&LaserTechnology,2016,84:118-133.)使用KroneckerCS和初等元胞自动机来实现图像压缩和加密。Yao等人(YaoSY,ChenLsystemforcolorimagebasedoncompressivesensing.OpticsandLaserencryptionschemewithcompressedsensingbasedonnewthree-dimensionalchaoticsystem.Entropy,2019,21(9):819.)设计了一种基于新三维混沌系统的压缩感知8信息完整性的重要保障。Zhang等人(ZhangYS,XiangY,ZhangLY,YT.Efficientlyandsecurelyoutsourcingcompressedsensincloud.InformationSciences,2019,496:150-160.)首先为CS重建设计了一个安全高效的方案(ZhangYS,HeQ,ChenG,ZhangXP,XiangY.Alow-Overhead,confidentiality-assured,andauthenticateddataacquisitionframeworkforIoT.IEEE业大数据的安全传输方案(ZhangYS,WangP,HuangH,ZhuYW,XiaoD,XiangY.Privacy-assuredFogCS:chaoticcompressivesensingforsecureindustrialbigimagedataprocessinginFogcomputing.IEEETransactionsonIndustrial进行加密存在的一些安全和效率等问题，本发明提供一种基于半张量积压缩感知(Semi-tensorproductcompressedsensing,STP-CS)和混合云的医学图像安[0007]第一方面，本发明提供一种基于半张量积压缩感知和混合云的医学图像加密方9和y0表示2D-LSCM混沌系统的其中一组初始值，u0表示该组初始值对应的和W0。pppppppp始医学图像P找到对应位置，将认证图像Au嵌入至对应的所述位置得到含有认证信息的图取值分别从所述序列X1中和所述序列Y1中选取对应位置的元素作为新的序列XY中对应位置R=XB(7)[0041]从所述矩阵P5的各行中均选择一个元素以构成序列L，按照公式(9)对所述序列L的部分元素进行预处理得到序列Z1和W1，将序列Z1和W1分别进行分段操作从而各自得到四；b1[0054]第二方面，本发明提供一种基于半张量积压缩感知和混合云的医学图像解密方所述外部密钥生成混沌序列；序列和所述第二认证序列一致，则表示中心云上的所述密文图像C未经篡改并继续后续操和W1，将序列Z1和W1分别进行分段操作从而各自得到四个大小相同的非重复序列Za1、Zb1、d1和Wa1b1c1d1；操作得到二进制序列pa3，按照公式(1置乱得到置乱后的序列Zc2，按照公式(12)作得到二进制序列pc3，按照公式(17)置乱得到置乱后的序列Zd2，按照公式(12)作得到二进制序列pd3，按照公式(17)2重新转化为十进制序列pd1；[0073]第一卫生中心采用权利要求1-7任一所述的加密方法对原始医学图像进行加密后[0074]第二卫生中心采用权利要求8或9所述的解密方法对密文图像进行解密后以进行[0076](1)本发明在混合云环境下设计基于STP-CS的图像安全传输算法，保证了图像在[0078](3)本发明中扩散操作是一种新的基于混沌序列的自适应循环移位扩散操作。在[0079]图1为本发明实施例提供的基于半张量积压缩感知和混合云的医学图像加密方法[0082]图4为本发明实施例提供的基于半张量积压缩感知和混合云的医学图像解密方法[0083]图5为本发明实施例提供的基于半张量积压缩感知和混合云的医学图像安全传输[0090]如图1所示，本发明实施例提供一种基于半张量积压缩感知和混合云的医学图像半张量积压缩感知(Semi-tensorproductcompressedsensing,STP-CS)对图像进行测量和y0表示2D-LSCM混沌系统的其中一组初始值，u0表示该组初始值对应的和W0；Logistic-Sine-couplingmapforimageencryption.SignalProcessing,2018,149:148-161.)设计的二维Logistic-Sine混沌映射(Two-dimensionalLogistic-Sine[0112]作为一种可实施方式，将其中一组初始值x0、y0和参数u0代入公式(2)所示的2D-pppppppppppp医学图像P找到对应位置，将认证图像Au嵌入至对应的所述位置得到含有认证信息的图像入至其中一个图像块中即可达到保证数据真为例)得到索引序列s1(该过程可采用公式(4)表示)使用所述索引序列s1按照公式(5)对所述一维序列l1进行置乱得到序列l2，将所述序列l2重新组合成与所述原始医学图像大小相根据序列XY1中各元素取值分别从所述序列X1中和所述序列Y1中选取对应位置的元素作为R=DXB()5的各元素取值位于0到255之间。Wd1；和pd1的大小均为1×mN/4；[0154]例如，按照公式(10)对混沌序列Z0和W0的前(m×N)个元素进行预处理得到序列Z1d2按照公式(13)Wa1b1c1述外部密钥生成混沌序列；0序列和所述第二认证序列一致，则表示中心云上的所述密文图像C未经篡改并继续后续操N，P4′；[0185]具体地，对混沌序列Z0中各元素按序排列(例如，按照升序或者按照降序进行排S301中生成的混沌序列Z0和W0进行预处理得到序列Z1和W1d1和Wa1c1d1；作得到二进制序列pa3，按照公式(17)2重新转化为十进制序列pa1；置乱得到置乱后的序列Zc2，按照公式(12)作得到二进制序列pc3，按照公式(17)2重新转化为十进制序列pd1；[0210]需要说明的是，由于把认证信息从解密图像中提取出来[0212]如图5所示，本发明实施例提供一种基于半张量积压缩感知和混合云的医学图像图像传输到第二卫生中心的过程，后四个步骤是第二卫生中心对得到的医学影像进行诊[0213](1)第一卫生中心(例如下级卫生中心)到第二卫生中心(例如医学诊断中心)的过[0214]下级卫生中心按照上述实施例中加密方法中的相关步骤使用本地服务器对原始[0216]按照上述实施例中解密方法中的相关步骤从中心云将密文数据和第一认证序列[0217]医学诊断中心按照上述实施例中解密方法中的相关步骤对部分解密后的密文数[0218](2)第二卫生中心(例如医学诊断中心)到第一卫生中心(例如下级卫生中心)的过[0221]医学诊断中心按照上述实施例中加密方法中的相关步骤使用本地服务器对诊断[0223]按照上述实施例中解密方法中的相关步骤从中心云将密文数据和第一认证序列[0224]下级卫生中心按照上述实施例中解密方法中的相关步骤对部分解密后的密文数[0225]为了验证本发明提供的基于半张量积压缩感知和混合云的医学图像安全传输方一样，具有较好的图像视觉质量。由于密文图像是明文图像的50那么在传输密文图像到的解密图像含有一个全黑图像块，但是由于认证图像根据边缘检测被嵌在不敏感区域，明文图像直方图高低起伏，而密文图像的