图像加密技术的基本原理和评价标准

2022-10-28

从密码学角度来看，图像数据的加密与文本信息数据加密是相同的，就是把图像数据信息转换为不可以辨识的形式的过程，并通过网络传输到接收方，其目的是使非授权接收方通过非常途径截获加密图像后也不能识别和解密。

对于任何一个图像加密系统，不管形如何复杂，是基于什么加密的原理，实现的加密算法如何不同，其基本组成部分是相同的，主要包括4个部分，1、待加密的数字图像，成为明图M。2、加密后形成的数字图像，成为密C。3、加密M=Ek1(C)、解密算法M =Ek2（C）。4、用于加密解密的钥匙，称为密钥K1，K2。

明图M通过加密算法加密后，得到密图C，然后发送方利用传输通道将密图C传送给授权接收方。图像传输过程中是很容易被截获或窃取，但是由于图像是加过密的，只要非授权用没有密钥，就无法获取图像信息，即使截获也无法解密，整个过程如下图：

评价标准：一个图像加密的性能好坏主要有以下标准

1、密钥的敏感性

密钥的敏感性是指相同的加密算法的密钥微小变化，得到结果与正确加密结果相差很大。具有好的敏感性的密钥，只要密钥有微小差异，就无法得到正确的加密图。

2、密钥的空间大小

密钥空间大小是指全体密钥参数集合的空间大小。密钥空间越大，密码攻击的难度也越大，安全性就越高，尤其是对蛮力攻击，穷举工具具有很强的保护性。

3、直方图

直方图是图像处理中一重要的统计特征，用来描述图像中像素的灰度级分布的图。灰度图的直方图是一个离散的函数，他表示图像中每个灰度级与该灰度级出现次数的对应函数。

4、相邻像素的相关性

相邻像素的相关性反应的是图像相邻像素的相关程度。一副待加密的图像相邻像素间的灰度值具有很强的相关性。相邻像素的相关性主要体现在水平、垂直和对角三个方向上的相邻像素间的相关系数，其计算形式为：

Snapa

Snapb

5、信息熵

信息熵反映的是一个信息的不确定性，将其应用到图像加密算法中，主要是衡量图像中包含的信息即图像中灰度值的分布情况。

Snap

6、算法的复杂度

算法的复杂度主要是指算法的时间复杂性和空间复杂性，它是衡量一个算法性能优劣的重要指标。加密算法的空间复杂性主要是指算法在加密过程中消耗的空间资源，消耗的空间越少，空间的复杂性越好。一个好的加密算法的时间复杂性和空间复杂性都应该达到最优。

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