融合2D压缩感知的缩略图格式保留加密隐私保护

作     者：匡琳 邹孟雷 温文媖 Kuang Lin;Zou Menglei;Wen Wenying

作者机构：江西财经大学南昌330013 

出 版 物：《中国图象图形学报》 (Journal of Image and Graphics)

年 卷 期：2023年第28卷第3期

页      面：666-679页

核心收录：

学科分类：0839[工学-网络空间安全] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(61961022,62201233,61906079,61961021) 江西省主要学科学术和技术带头人培养计划(20204BCJL23036) 江西省研究生教改项目(JXYJG-2021-101) 江西省研究生创新项目(YC2022-B168) 

主　　题：云存储 缩略图格式保留加密(TPE) 压缩感知(CS) 隐私性 可用性 

摘      要：目的随着云存储服务的普及,人们越来越习惯在云中存储图像,但存在高开销的数据传输、数据篡改以及可能泄露用户隐私的问题。为此,本文提出一种新型的基于2维压缩感知(2D compressed sensing,2DCS)与缩略图格式保留加密(thumbnail-preserving encryption,TPE)结合的数据隐私保护方案。方法利用确定性二进制对角(deterministic binary block diagonal,DBBD)矩阵作为测量矩阵对原始图像进行压缩采样,压缩采样的观测值能够保留图像的结构相似性,提高视觉上的观感体验,并通过误差像素集和显著性像素集生成关键像素集,利用2维离散小波变换将关键像素集嵌入压缩信号,在保证图像恢复质量的同时极大地去除冗余信息。最后通过TPE使合法用户在隐私性与可用性之间取得良好平衡。结果该方案能够在压缩图像的同时保留图像的形态和重要特征,在压缩图像以降低存储成本的同时保证图像边缘和纹理等重要部分的重建质量。实验结果表明,重建图像的视觉效果与原图非常接近,实测平均信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)和结构相似性(structural similarity,SSIM)显著提升。压缩率为0.25时,平均PSNR大于31.8 d B,SSIM大于0.97。相比于未使用关键像素集重建图像,PSNR和SSIM分别提高约4%用于实际的图像云存储服务。结论与传统的压缩加密方案相比,基于2DCS与TPE的隐私保护方案(2DCS-TPE)不仅保证隐私性、可用性及合法用户体验,还实现了低采样复杂度和节约资源存储成本,减轻设备负担,并且具有较好的重建质量。