一种输电线路监测图像安全加、解密方法与流程

本发明属于安全计算，具体涉及一种输电线路监测图像安全加、解密方法。

背景技术：

1、随着我国送变电工程的不断深入实施推进，对输电线路进行可视化图像监测已经成为保障电力生产平稳运行的有效手段。对输电线路的各关键部位进行可视化图像监测，是对输电线路状态进行智能监测和故障预警的基础，有利于确保输电线路的安全性和可靠性。

2、可视化图像监测系统一般包括前端图像采集设备和后端智能化软件平台。在通信条件好的地区，前端图像采集设备向后端智能化软件平台实时上传输电线路监测视频；在通信条件差的偏远地区，前端图像采集设备按照固定的时间间隔，或者预设的触发条件(如发现着火点、人员越界、塑料膜遮挡等)，向后端智能化软件平台上传输电线路监测图像。如何提升监测图像传输的安全性，逐渐成为输电线路监测领域的热点问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种输电线路监测图像安全加、解密方法。

2、本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

3、本发明提供一种输电线路监测图像安全加密方法，包括：

4、对于每张待加密图像，根据所述待加密图像中的每个像素点的二进制数的位数，以及每个像素点的二进制数，将所述待加密图像划分为n层图像，并生成第i层图像对应的q个元素组；q为8或者8的整数倍数；n为正整数；i为整数且i的取值为1至n；

5、根据q个随机序列和第i层图像对应的q个元素组，生成q个第一矩阵b和第j个第一矩阵bj对应的行置乱向量rosj和列置乱向量clsj；所述q个随机序列通过一维混沌映射函数生成；j为整数且j的取值为1至q；

6、基于所述行置乱向量rosj和所述列置乱向量clsj，对bj依次进行dna编码、行置乱处理和列置乱处理，得到第j个第二矩阵b″′j；

7、计算所述待加密图像的哈希值d，基于所述哈希值d、预设参数和所述q个随机序列，并结合dna编码，生成所述待加密图像的密钥矩阵k′；

8、根据dna乘法表，对所述密钥矩阵k′和所述第j个第二矩阵b″′j进行dna级扩散，得到dna级扩散结果；

9、对所述dna级扩散结果进行dna级译码和矩阵转换处理，得到所述待加密图像的加密矩阵。

10、在一些实施例中，所述根据所述待加密图像中的每个像素点的二进制数的位数，以及每个像素点的二进制数，将所述待加密图像划分为n层图像，并生成第i层图像对应的q个元素组，包括：

11、对所述待加密图像中每个像素点的二进制数的位数与8之间的比值进行向上取整操作，得到层数n；

12、将所述待加密图像中第m行第n1列的元素的二进制数转换为n个字节，并将第i个字节作为所述第i层图像的第m行第n1列的元素，得到所述待加密图像的n层图像；第i层图像是一个m×n的像素点矩阵；m为整数且m的取值为1至m，n1为整数且n1的取值为1至n，m×n为所述待加密图像中的像素点的总数；

13、将第i层图像按列转换为一维向量，并将所述一维向量等分为q份，得到第i层图像对应的q个元素组。

14、在一些实施例中，所述根据q个随机序列和第i层图像对应的q个元素组，生成q个第一矩阵b和第j个第一矩阵bj对应的行置乱向量rosj和列置乱向量clsj，包括：

15、根据所述q个随机序列生成序列s；所述序列s中包含m×n个元素；m×n为所述待加密图像中的像素点的总数；

16、将所述序列s划分为n个子序列，并对每个子序列中的元素进行升序排序，得到n个第一子序列；其中，每个第一子序列中的每个元素具有一个序号；

17、根据第i个第一子序列中的元素的序号，对所述第i层图像对应的q个元素组中每个元素组内的元素进行重排操作，得到所述第i层图像对应的q个重排后的元素组；

18、将n层图像对应的第j个重排后的元素组进行纵向拼接，得到第j个第一矩阵bj；

19、基于所述q个随机序列中的第j个随机序列xj，分别生成bj对应的行置乱向量rosj和列置乱向量clsj。

20、在一些实施例中，行置乱向量rosj中的每个元素rosj(k1)的表达式为：

21、rosj(k1)＝mod(floor(xj(k1)×1015)，n)；

22、列置乱向量clsj中的每个元素clsj(k2)的表达式为：

23、clsj(k2)＝mod(floor(xj(k2)×1015)，m×n/2)；

24、其中，mod为取模函数，floor为向下取整函数，k1∈{1，2，…，n}，k2∈{1，2，…，m×n/2}，xj(k1)表示xj中的第k1个元素，xj(k2)表示xj中的第k2个元素。

25、在一些实施例中，所述基于所述行置乱向量rosj和所述列置乱向量clsj，对bj依次进行dna编码、行置乱处理和列置乱处理，得到第j个第二矩阵b″′j，包括：

26、将bj中的每个元素转换为8位二进制数，并根据dna编码方式将8位二进制数中相邻的两位二进制数编码为一个核酸碱基，以将bj中的该元素转换为4个元素，得到b″j；b′j表示经过dna编码后的bj；

27、采用所述行置乱向量rosj对b′j进行行置乱处理，得到矩阵b″j；其中，所述行置乱向量rosi中包含n个元素，b′j中包含n行，在进行行置乱处理时，对于b′j的第k3行，将b′j的第k3行的每个元素循环左移rosj(k3)次，k3为整数且k3的取值为1至n，rosj(k3)表示rosj中的第k3个元素；

28、采用所述列置乱向量clsj对b″j进行列置乱处理，得到b″′j；其中，所述列置乱向量clsj中包含m×n/2个元素，b″j中包含m×n/2列，在进行列置乱处理时，对于b″j的第k4列，将b″j的第k4列的每个元素循环上移clsj(k4)次，k4为整数且k4的取值为1至m×n/2，clsj(k4)表示clsj中的第k4个元素。

29、在一些实施例中，所述基于所述哈希值d、预设参数和所述q个随机序列，并结合dna编码，生成所述待加密图像的密钥矩阵k′，包括：

30、将所述哈希值d转换为p个无符号十进制数；p为q的整数倍；

31、根据预设参数对各个无符号十进制数进行取模处理，得到p个模值；

32、对所述p个模值进行dna编码，得到一一对应的p个编码值；

33、将所述p个编码值按顺序横向排列，得到一维行向量d′；

34、根据矩阵复制函数、n、所述待加密图像中的像素点的总行数m和总列数n，对d′进行横向拼接处理，得到密钥矩阵k；

35、对所述q个随机序列分别进行截取处理，对截取的q个不同的第二子序列进行拼接和降序排序，得到序列rvs_sort(seq)；所述序列rvs_sort(seq)中的每个元素具有一个序号；

36、根据所述序列rvs_sort(seq)中的所有元素的序号，对所述密钥矩阵k中的元素进行重新排列，得到所述密钥矩阵k′。

37、在一些实施例中，所述根据dna乘法表，对所述密钥矩阵k′和所述第j个第二矩阵b″′j进行dna级扩散，得到dna级扩散结果，包括：

38、将所述密钥矩阵k′均分为q段，得到q个扩散密钥；

39、将所述第j个第二矩阵b″′j按行拼接为一个一维向量

40、根据dna乘法表、第j个扩散密钥k′j和一维向量进行dna级扩散，得到第j个dna级扩散结果cj。

41、在一些实施例中，所述第j个dna级扩散结果cj中的第k个元素cj(k)的表达式如下：

42、

43、其中，k∈{1，2，…，m×n×n/2}，表示中的第k个元素，k′j(k)表示k′j中的第k个元素。

44、在一些实施例中，所述dna级扩散结果包括q个dna级扩散结果；所述对所述dna级扩散结果进行dna级译码和矩阵转换处理，得到所述待加密图像的加密矩阵，包括：

45、对第j个dna级扩散结果cj进行dna级译码，得到第j个一维二进制数矩阵；

46、依次将所述第j个一维二进制数矩阵中，同一行的相邻8个比特作为一组待转化数据，并将每组待转化数据转化为一个无符号十进制数值，得到第j个矩阵c′j；

47、将矩阵c′1至c′q依次进行横向拼接，得到一维矩阵c″，将所述一维矩阵c″作为所述待加密图像的加密矩阵。

48、本发明还提供一种输电线路监测图像安全解密方法，包括：

49、接收采用上述输电线路监测图像安全加密方法生成的待加密图像的加密矩阵；

50、对所述加密矩阵进行解密处理，得到所述待加密图像。

51、与现有技术相比，本发明的有益效果：

52、本发明在对图像进行初步处理时，根据图像的像素点的二进制数将该图像划分为n层，并生成每层图像对应的多个元素组，之后，基于生成的元素组进行后续处理，因此，可以支持多种图像像素编码方式，例如，既可以处理灰度图像，又可以处理彩色图像，适用类型广，实用性强。本发明在对图像进行加密时，使用了dna编码的方式对图像进行安全加密，可以对多张图像并行进行dna编码，因此，并发度高，易于工程实现，算法能耗低。本发明在对图像进行加密时，将一维余弦混沌映射和dna编码进行结合，在保证较小计算量的前提下拓展了混沌映射的密钥空间，增强了图像加密的安全性。

53、以下将结合附图及具体实施方式对本发明做进一步详细说明。