摘 要

随着可视媒体技术的发展与成熟，人们获取信息的主要途径发生了变化，图像信息成为了人类信息的主要来源，对其安全保密的研究也是方兴未艾。在数字图像处理技术蓬勃发展的今天，涌现了许多优秀的图像加密算法，这些算法安全性高，应用性广，很好地保障了图像信息的安全保密传输与存储。然而在现实生活中我们不仅需要对图像信息进行安全保密，还要对有权访问保密图像的人员进行等级管理，实现信息的多等级安全访问，虽然等级访问体系已经在许多场合应用，可是在图像处理方面的等级加密研究才逐渐兴起。因此，本文提出了面向压缩图像的多等级安全加密研究方案，集中研究解决图像的多等级安全加密访问技术，以JPEG图像为研究对象，在对图像采用基于DCT变换的压缩编码技术后，应用多级授权理论模型对图像关键信息提取分类，最后采用频域加密算法实现图像信息的多等级安全加密。

关键词：图像安全；JPEG图像；多级授权；等级加密

Abstract

With the development and maturity of visual media technology, people have changed the main ways to obtain information. Image information has become the main source of human information. Research on its security and secrecy is also on the rise. With the rapid development of digital image processing technology, many excellent image encryption algorithms have emerged. These algorithms have high security and wide applicability, which ensure the safe and secure transmission and storage of image information. However, in real life, we not only need to keep the image information secure and confidential, but also perform hierarchical management of people who have the right to access confidential images, and achieve multi-level secure access to information. Although the hierarchical access system has been applied in many occasions, it is Research on hierarchical encryption research has gradually emerged. Therefore, this paper proposes a multi-level security encryption research scheme for compressed images, focusing on multi-level security and cryptographic access technologies for image resolution, taking JPEG images as the research object, and adopting DCT transform-based compression coding techniques for images. The hierarchical authorization theory model extracts and classifies key image information, and finally uses frequency domain encryption algorithm to implement multi-level security encryption of image information .

Keywords: Image Security；JPEG Image；Multi-Level Authorization,；Level Encryption

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 课题研究发展 2

1.3 图像加密技术应用 3

第2章 图像压缩编码技术 5

2.1 图像压缩编码概述 5

2.1.1 图像数据压缩原因 5

2.1.2 图像编码算法分类 6

2.2 JPEG基本系统 6

2.2.1 源图像数据特性 8

2.2.2 DCT和量化 10

2.2.3 熵编码 13

2.3 本章小结 16

第3章 图像多级授权模型 17

3.1 基于内容的多级授权理论模型 17

3.2 基于内容的关键信息提取 18

3.3 多等级安全加密的基本框架 19

3.4 加密密钥的生成 21

3.4.1 单向函数 21

3.4.2 多级数据加密密钥 22

3.5 本章小结 23

第4章 图像多等级安全加密研究算法实现 24

4.1 图像数据的特殊性 24

4.2 图像多等级安全加密方案概述 25

4.3 图像多等级安全加密研究的意义 25

4.4 面向压缩图像的多等级安全加密 26

4.4.1 JPEG图像关键信息分析 26

4.4.2 图像多等级安全按加密算法 29

4.4.3 图像多等级安全加密实验结果 30

4.4.4 图像多等级安全加密算法性能分析 31

4.5 本章小结 33

第5章 论文总结 34

参考文献 35

致谢 37

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

随着计算机的普及和互联网的飞速发展，这使得人类发展跨入了新纪元——数字信息时代。在这个数字信息充斥着我们的生活的时代，计算机网络通信技术使得数字信息简单、便捷的优势大显身手，无论是工作效率和工作成本，还是管理水平都得到了极大地提高。各类信息的交流传播日益方便快捷，由此引发的信息安全问题也层出不穷：大量网络信息被无良黑客及邪恶势力所窃取或者遭到频繁攻击；信息化进程中各类电子商务、电子政务以及网上银行的重要数据的有效性和安全性不能得到足够的保障；涉及国计民生的各项国家管理制度、政治决策、经济发展战略、国防军队建设等都与信息安全紧密相关，信息安全，国家才安全。如果不能很好的解决这些问题，将会造成一系列不稳定的安全事故。因此，保证各类信息安全，保证个人隐私不被侵犯，保证国家机密不被窃取，这成了全球人民共同的心愿。

图像作为信息表达的重要载体，跟随信息化的潮流，传统图像也朝着数字化的方向所发展。数字图像技术的发展使得图像能够更加方便、快捷的传播，这也使得数字图像技术被广泛运用于医疗、军事等领域。而且人类从自然界获取信息的方式多种多样，其中大约有80% 来自于视觉信息，自然而然数字图像信息传输的安全问题成为信息安全方面的重中之重。相较于模拟信号而言，数字信号易于保存和远距离传输，这是数字图像与生俱来的优势，但这也造成了数字图像在传输过程中面临被窃取修改数据，数据信息被不法分子利用的问题，个人应用时发生数据盗窃会影响个人隐私，社会应用如经济、医疗、军事、科技方面的图像信息泄露轻则造成经济损失，重则影响国家安全。因此数字图像的安全性研究在信息安全领域具有其重要的意义。