報(bào)告演示稿2003格式11下午

云計(jì)算中圖像處理的隱私及安全問(wèn)題和方法Xiaohui

Yuan(袁曉輝)Director,

Computer

vision

and

Intelligent

SystemsLabAssociate

Professor,

Department

ofComputer

ScienceandEngineeringUniversity

Of

North

Texas,

Denton,

Texas,

U.S.A

76201xiaohui.yuan@,

(940)565-4256安全圖像處理的必要性Computer

Visionand

Intelligence

Systems

Lab,UNT,

xiaohui.yuan@2云計(jì)算是計(jì)算領(lǐng)域中的一個(gè)必然趨勢(shì)。用戶不必花高額費(fèi)用購(gòu)買并維護(hù)高性能計(jì)算設(shè)備，而是向云計(jì)算供應(yīng)商購(gòu)買計(jì)算時(shí)間。據(jù)估計(jì)到2017年僅在衛(wèi)生醫(yī)療方面在云計(jì)算中的開(kāi)銷就會(huì)達(dá)到每年54億美元。數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器進(jìn)行處理。在傳輸及處理過(guò)程中可能受到各種攻擊，從而造成數(shù)據(jù)泄露。因?yàn)閿?shù)據(jù)泄露造成的經(jīng)濟(jì)損失僅在美國(guó)醫(yī)療保健方面就達(dá)到每年70億美元。另外在云服務(wù)器中數(shù)據(jù)的所有權(quán)問(wèn)題一直受到爭(zhēng)論。確保用戶數(shù)據(jù)的安全及隱私已經(jīng)成為云計(jì)算時(shí)代中一個(gè)非常迫切的需求。為了確保用戶數(shù)據(jù)的安全及隱私，數(shù)據(jù)加密是常用的方法。然而，當(dāng)加密的數(shù)據(jù)需要處理時(shí)，其原始數(shù)據(jù)往往需要通過(guò)解密的方法恢復(fù)。這就造成了在解密后及再次加密之前的數(shù)據(jù)可能受到攻擊。MotivationOur

IdeaHoRNSSecureImageProcessingExperimentalResultsConclusion云計(jì)算中的安全圖像Computer

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xiaohui.yuan@3MotivationOur

IdeaHoRNSSecureImageProcessingExperimentalResultsConclusion云計(jì)算中的安全圖像MotivationOur

IdeaHoRNSSecureImageProcessingExperimentalResultsConclusionInput

ImageImageProcessingOutput

ImageInput

ImageImageProcessingOutput

ImageEncryptionDecryptionComputer

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xiaohui.yuan@4基于同態(tài)余數(shù)系統(tǒng)(Homomorphic

ResidueNumber

System)的加密方法MotivationOur

IdeaHoRNSSecureImageProcessingExperimentalResultsConclusionComputer

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xiaohui.yuan@5HoRNS算法的加密過(guò)程MotivationOur

IdeaHoRNSSecureImageProcessingExperimentalResultsConclusionComputer

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xiaohui.yuan@6HoRNS算法的解密過(guò)程Using

the

keys

from

the

same

key

set

KMotivationOur

IdeaHoRNSSecureImageProcessingExperimentalResultsConclusionComputer

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xiaohui.yuan@7安全圖像處理Computer

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xiaohui.yuan@8HoRNS算法使我們可以直接處理加密的圖像而不需要恢復(fù)原始圖像。然而在實(shí)現(xiàn)HoRNS算法中還存在一些問(wèn)題需要解決：除法運(yùn)算可能會(huì)改變余數(shù)，從而使HoRNS算法無(wú)法正確估計(jì)解密的數(shù)據(jù)。負(fù)數(shù)在運(yùn)算中可能出現(xiàn)溢出，從而造成錯(cuò)誤。（正數(shù)不會(huì)出現(xiàn)溢出問(wèn)題）因此，在用HoRNS算法進(jìn)行安全圖像處理時(shí)，需要對(duì)處理方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變對(duì)于除法的變換可以比較簡(jiǎn)單把除數(shù)預(yù)先包括在濾波器矩陣中，或者在加密后進(jìn)行除運(yùn)算。然而，一些經(jīng)典的圖像處理方法不得不做些改變。對(duì)于負(fù)數(shù)的溢出問(wèn)題，我們可以用兩倍的存儲(chǔ)空間來(lái)避免錯(cuò)誤用16位空間來(lái)存儲(chǔ)8位數(shù)。MotivationOur

IdeaHoRNSSecureImageProcessingExperimentalResultsConclusion安全圖像處理

例子MotivationOur

IdeaHoRNSSecureImageProcessingExperimentalResultsConclusionComputer

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xiaohui.yuan@9安全圖像處理算法MotivationOur

IdeaHoRNSSecureImageProcessingExperimentalResultsConclusionComputer

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xiaohui.yuan@10算法實(shí)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Computer

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xiaohui.yuan@11算法實(shí)現(xiàn)基于Ubuntu操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，6核CPU，主頻800MHz，6GB內(nèi)存算法用Python編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)編程庫(kù)使用了Gmpy2本地機(jī)模擬云端服務(wù)器及客戶端圖像及處理方法8-bit

灰度核磁共振圖像圖像及處理方法包括Sobel梯度圖像提取圖像邊緣檢測(cè)MotivationOur

IdeaHoRNSSecureImageProcessingExperimentalResultsConclusion實(shí)驗(yàn)結(jié)果Sobel梯度圖像提取MotivationOur

IdeaHoRNSSecureImageProcessingExperimentalResultsConclusion0.1497-0.01740.11240.03470.01650.78220.07260.5802CorrelationCoefficientComputer

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xiaohui.yuan@12P-value實(shí)驗(yàn)結(jié)果邊緣檢測(cè)MotivationOur

IdeaHoRNSSecureImageProcessingExperimentalResultsConclusionComputer

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xiaohui.yuan@13實(shí)驗(yàn)結(jié)果算法效率MotivationOur

IdeaHoRNSSecureImageProcessingExperimentalResultsConclusion時(shí)間效率內(nèi)存效率–與不加密的圖像處理相比，內(nèi)存使用比較高圖像尺寸4

by

416

by

1664

by

64不進(jìn)行加密0.031.542.50進(jìn)行加密0.17100.023069.02進(jìn)行加密并在云服務(wù)器中計(jì)算0.0597.162662.33Computer

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xiaohui.yuan@14總結(jié)Computer

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xiaohui.yuan@15我們提出的基于同態(tài)余數(shù)系統(tǒng)的加密方法允許圖像處理方法直接應(yīng)用在加密的圖像中，而不需要還原原始圖像再進(jìn)行處理。該方法利用了多個(gè)余數(shù)進(jìn)行對(duì)處理后圖像原文的估計(jì)，并且借助了云計(jì)算的并行處理優(yōu)勢(shì)由于余數(shù)在除法中可變性，對(duì)需要除運(yùn)算的圖像處理需要改變方法對(duì)于非線性計(jì)算還需要進(jìn)一步研究。在使用多個(gè)圖像及兩個(gè)常用圖像處理方法的實(shí)驗(yàn)中，可以確定加密后的圖像內(nèi)容幾近于隨機(jī)噪聲對(duì)加密圖像的處理結(jié)果與用同樣方法處理未加密圖像的結(jié)果基本上一致。MotivationOur

IdeaHoRNSSecureImageProcessingExperimentalResultsConclusion對(duì)于在加密過(guò)程中產(chǎn)生的冗余數(shù)據(jù)，計(jì)算時(shí)間及對(duì)內(nèi)存的要求比較高對(duì)于算法效率的改進(jìn)，可以通過(guò)云計(jì)算中的并行處理得以提高。也可以通過(guò)減少密匙中除數(shù)的個(gè)數(shù)來(lái)降低冗余數(shù)據(jù)。M.

Gomathisankaran,

X.