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1、PACS中图像加密方法的研究* 基金项目广西自然科学基金项目（2010GXNSFA013129）收稿日期2011-5-22倪胜黄月华（广西医科大学信息中心广西南宁530021）摘要对PACS发展现状、安全策略进行分析，对各种图像加密技术进行比较，得出一种较为合适安全要求的医学图像的加密方法。文章分析logistic映射的算法特性，设计基于logistic映射的混沌加密用于图像的实现方法，给出加密过程，得出此类算法适用于PACS图像加密的结论。关键词PACS；图像加密；混沌加密中图分类号R814.43文献标识码A文章编号1088-7656（2011）03-0042-03医学图像作为诊断的重要依据
2、，如果出现篡改，不仅无法作为医疗事故评断的证据，更会延误患者的最佳治疗时机，所以做好医学图像的安全保密工作非常重要。1PACS安全策略医学图像的安全保密涉及到各个方面，包括网络安全、系统安全、数据库安全以及自身的加密安全。PACS的安全保障工作从需要从低到高逐层进行策划。医学图像对保密性的要求较高，仅仅安全策略还不能保证PACS的安全稳定。因此需要通过置换算法对PACS图像进行保护，也就是图像加密。通过加密医学图像，即使图像在传输过程中被截获，也无法破坏其原始性、真实性和保密性，达到保护PACS正常运营的目的。2PACS图像加密过程目前的PACS中医学图像格式遵循国际医学图像通信标准DICOM
3、3.0（Digital Imaging and Communication in Medicine）规定的文件格式。DICOM文件一般是由一个DICOM文件头和一个DICOM数据集合组成，数据集合是由DICOM数据元素按一定的顺序排列组成的，不仅包括医学图像，还包括许多和医学图像有关的信息。大多数情况下PACS图像加密过程即是DICOM图像文件的加密过程，总体思路如下：（1）定义医学存储图像参数的变量，确定那个变量初始化。（2）按照传输语法格式要求，对DICOM文件的各相关数据元进行遍历，提取出0002组、0028组和7EF0组有用的数据元的内容，分别存入先前定义的变量中。（3）根据有关数据元
4、的值还原出DICOM文件的图像矩阵并进行加密操作。（4）将加密后的图像数据重新写入DICOM文件中，关闭文件。其中（7EF0，0010）是DICOM图像像素数据元素标识，值域中的数据就是DICOM文件的图像像素，另外读取0002组、0028组有关数据元的内容，可得到图像的帧数、行数、列数、像素的采样数和像素所占的字节数。这些数据的读取为图像加密做好前期数据准备。3PACS图像加密方法3.1加密算法的发展加密技术总体上可分为对一维（二进制）序列的加密和对二维（图像）、三维（多媒体）序列的加密。加密算法不仅可以实现保密功能，还具有身份验证、秘密分存、安全隔离等功能。一维序列加密方面，常见的对称加密
5、算法有IDEA、AES等，非对称加密算法有RSA、DSA、ECC等。由于二维（图像）、三维（多媒体）序列的一些特性，使得它们在对算法的需求上体现出与一维数据不同的特点：（1）数字图像信息的数据量大，冗余度高。一般的图像在未压缩的情况下其大小也可以达到1MB以上。（2）图像相邻像素间具有相关性。图像的可视性使得一定区域色彩是相似的，因此像素间有很强的相关性。一维加密就无需考虑到这种相关性质，而是直接加密每个分组。（3）加密图像在解密时允许一定失真。图像失真只要控制在人的视觉内是完全可以接受的。（4）需要预处理。数字图像一般都以二维数组的数据格式存储，如果图像很大，需要一定时间进行图像预处理，降低
6、了加密效率。由于图像的不同特性致使常用的数据加密方法无法保证达成最佳的效果。因此需要寻找专门用于二维数据加密的算法。最近几年发展起来的图像加密技术主要有：基于矩阵变换/像素置换；基于伪随机序列；基于SCAN语言；基于“密钥图像”；基于四叉树编码及SCAN语言；基于矢量量化压缩编码及商业密码等。这些技术各有优缺点，本文重点探讨基于logistic映射的混沌加密技术。logistic映射虽然简单，但其有自身的特性，使得它更合适用于图像的加密。混沌是一种复杂的非线性、非平衡的动力学过程，其特点为：（1）混沌系统的行为是许多有序行为的集合，而每个有序分量在正常条件下，都不起主导作用；（2）人为设计的混
7、沌系统能产生伪随机序列，却能表现出某些近似真随机序列的特性；（3）混沌系统对初始条件极为敏感，对于两个相同的混沌系统，若使其处于稍异的初态就会迅速变成完全不同的状态。基于以上特点，混沌序列具有不可预测的系统长期性；具有很好的统计特性，可以产生随机序列；具有非周期、连续宽频带、类噪声等特点。其类噪声的随机性特征符合了传统密码学中密文是伪随机信号的要求；对初值的敏感性使得破译者无法得到所用混沌密钥及其系统参数，最终使得混沌理论非常适用于保密通信领域。3.2基于logistic映射的图像加密Logistic 映射是一类非常简单却被广泛研究的动力系统。它起源于一个人口统计的动力学系统，虽然简单却体现出
8、混沌运动的基本特性。此系统具有极其复杂的动力学行为，在保密通信领域的应用十分广泛，其数学表达公式如下：Xk+1=Xk(1-Xk)0,4X0,1（1）其中0,4被称为Logistic参数，Xk 0,1,当3. 5699456 4 时,Logistic 映射处于混沌状态，见图1所示。即由初始条件X0 在Logistic 映射的作用下所产生的序列Xk , k = 0,1,2 ,是非周期的、不收敛的,且对初始值非常敏感，而在此范围之外，生成的序列必将收敛于某一个特定的值，见图2所示。图1 X0=0.5，=3.98时的300次迭代结果图2 X0=0.5，=2.5时的300次迭代结果当2.8 3.5699
9、45672时,便进入了混沌区。这便是倍周期通向混沌的整个过程。进一步证明了Logistic映射所产生的序列是非周期、不收敛的，并对初始条件敏感。图3Logistic映射分支图Logistic映射序列还具有较好的自相关性和互相关性，总的来说，logistic映射具有以下属性：（1）混沌序列的规律性。即当初值X0确定之后，Xk便已经确定了，因为它是由确定的方程导出的。（2）混沌序列的遍历性。遍历性也称各态历经性，也就是说混沌变量能在一定的范围内按其自身规律不重复的遍历所有状态。这是混沌的重要特性之一。（3）混沌序列对初值的敏感性。初值非常微小的变化在一定次数的迭代运算之后，会产生两个完全不同的序列
10、，导致结果巨大的差异。利用Logistic映射的这些特性,通过进一步的完善并加大其复杂程度，我们便可利用其产生的迭代序列可以用于PACS中医学图像的加密目的。在最简单的情况下，其对图像的加密步骤如下：（1）自选、X0值代入公式Xk+1=Xk(1-Xk)，舍去前面迭代的一定数次，取之后生成一字节混沌伪随机序列流 Xk，其中3.5699456,4，X0,1；（2）选取Xk小数点后5,6,7三位数字组成整数,再除256 取模后得到Z；（3）从原图像各像素点中提取一个字节的灰度值作为明文序列流Yk；（4）将Z和Yk异或处理，结果即为加密后的像素灰度值，将其保存；（5）将公式继续迭代50次之后取其生成的
11、一字节混沌伪随机序列流Xk+50，执行（2）操作，继续提取下一个字节的灰度值Yk+1，执行（4）操作；（6）依次类推。加密过程是属于对称加密，解密过程是采用相同的Logistic 映射的混沌初始参数,对加密的图像文件执行相同的算法。在DICOM格式下的医学图像可以有8位、16位或24位，新采集的图像以灰度图像居多。步骤针对位图加密，以8位的灰度图像为讨论对象。若图像为16位以上，则单个像素分解成多个8位明文流再对其加密。3.3算法分析根据公式（1）可知，本算法的初值空间为(0, 1)之间的全体实数,初值可以取小数点后十位甚至更多的位数，则其空间大小可以计算为1010以上；其参数有效值为3.56
12、99456到4之间的全体实数，只要改变其中一位即会产生不同序列，具有良好的随机性和接近于白噪声的相关函数。加密系统具有很好的运算速度，适用于对实时特性要求较高应用场合。针对PACS图像的安全问题，从加密保护的角度出发，综合现在常用的加密技术，提出基于logistic映射的混沌加密技术,具有以下几个优点：密钥的灵敏性高，对强力攻击防御性好；技术简单易于实现，实时性高，符合PACS临床应用的要求。参考文献1柴振明.PACS技术概述及发展J.医疗设备信息,2007(9).2陈珂,崔志明.改进的加密算法在医学图像上的应用J. 计算机工程与设计,2009(3).3张爱华,江中勤. 基于Logistic映
13、射的混沌图像加密算法的改进J.南京邮电大学学报(自然科学版),2009 (4).作者简介倪胜，广西医科大学信息中心，助教，研究方向为医学信息管理。黄月华，广西医科大学信息中心助教。责任编辑张宜我的大学爱情观1、什么是大学爱情：大学是一个相对宽松，时间自由，自己支配的环境，也正因为这样，培植爱情之花最肥沃的土地。大学生恋爱一直是大学校园的热门话题，恋爱和学业也就自然成为了大学生在校期间面对的两个主要问题。恋爱关系处理得好、正确，健康，可以成为学习和事业的催化剂，使人学习努力、成绩上升；恋爱关系处理的不当，不健康，可能分散精力、浪费时间、情绪波动、成绩下降。因此，大学生的恋爱观必须树立在健康之上，
14、并且树立正确的恋爱观是十分有必要的。因此我从下面几方面谈谈自己的对大学爱情观。2、什么是健康的爱情：1) 尊重对方，不显示对爱情的占有欲，不把爱情放第一位，不痴情过分；2) 理解对方，互相关心，互相支持，互相鼓励，并以对方的幸福为自己的满足; 3) 是彼此独立的前提下结合；3、什么是不健康的爱情：1)盲目的约会，忽视了学业;2)过于痴情，一味地要求对方表露爱的情怀，这种爱情常有病态的夸张;3)缺乏体贴怜爱之心，只表现自己强烈的占有欲;4)偏重于外表的追求;4、大学生处理两人的在爱情观需要三思：1. 不影响学习：大学恋爱可以说是一种必要的经历，学习是大学的基本和主要任务，这两者之间有错综复杂的关
15、系，有的学生因为爱情，过分的忽视了学习，把感情放在第一位；学习的时候就认真的去学，不要去想爱情中的事，谈恋爱的时候用心去谈，也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。2. 有足够的精力：大学生活，说忙也会很忙，但说轻松也是相对会轻松的！大学生恋爱必须合理安排自身的精力，忙于学习的同时不能因为感情的事情分心，不能在学习期间，放弃学习而去谈感情，把握合理的精力，分配好学习和感情。3、 有合理的时间；大学时间可以分为学习和生活时间，合理把握好学习时间和生活时间的“度”很重要；学习的时候，不能分配学习时间去安排两人的在一起的事情，应该以学习为第一；生活时间，两人可以相互谈谈恋爱，用心去谈，也可以交流下学习
16、，互相鼓励，共同进步。5、大学生对爱情需要认识与理解，主要涉及到以下几个方面：（一） 明确学生的主要任务“放弃时间的人，时间也会放弃他。”大学时代是吸纳知识、增长才干的时期。作为当代大学生，要认识到现在的任务是学习学习做人、学习知识、学习为人民服务的本领。在校大学生要集中精力，投入到学习和社会实践中，而不是因把过多的精力、时间用于谈情说爱浪费宝贵的青春年华。因此，明确自己的目标，规划自己的学习道路，合理分配好学习和恋爱的地位。（二） 树林正确的恋爱观提倡志同道合、有默契、相互喜欢的爱情：在恋人的选择上最重要的条件应该是志同道合，思想品德、事业理想和生活情趣等大体一致。摆正爱情与学习、事业的关系
17、：大学生应该把学习、事业放在首位，摆正爱情与学习、事业的关系，不能把宝贵的大学时间，锻炼自身的时间都用于谈情说有爱而放松了学习。 相互理解、相互信任，是一份责任和奉献。爱情是奉献而不时索取，是拥有而不是占有。身边的人与事时刻为我们敲响警钟，不再让悲剧重演。生命只有一次，不会重来，大学生一定要树立正确的爱情观。（三） 发展健康的恋爱行为 在当今大学校园，情侣成双入对已司空见惯。抑制大学生恋爱是不实际的，大学生一定要发展健康的恋爱行为。与恋人多谈谈学习与工作，把恋爱行为限制在社会规范内，不致越轨，要使爱情沿着健康的道路发展。正如马克思所说：“在我看来，真正的爱情是表现在恋人对他的偶像采取含蓄、谦恭
18、甚至羞涩的态度，而绝不是表现在随意流露热情和过早的亲昵。”（四） 爱情不是一件跟风的事儿。很多大学生的爱情实际上是跟风的结果，是看到别人有了爱情，看到别人幸福的样子（注意，只是看上去很美），产生了羊群心理，也就花了大把的时间和精力去寻找爱情（五） 距离才是保持爱情之花常开不败的法宝。爱情到底需要花多少时间，这是一个很大的问题。有的大学生爱情失败，不是因为男女双方在一起的时间太少，而是因为他们在一起的时间太多。相反，很多大学生恋爱成功，不是因为男女双方在一起的时间太少，而是因为他们准确地把握了在一起的时间的多少程度。（六） 爱情不是自我封闭的二人世界。很多人过分的活在两人世界，对身边的同学，身边好友渐渐的失去联系，失去了对话，生活中只有彼此两人；班级活动也不参加，社外活动也不参加，每天除了对方还是对方，这样不利于大学生健康发展，不仅影响学习，影响了自身交际和合作能力。总结：男女之间面对恋爱，首先要摆正好自己的心态，树立自尊、自爱、自强、自重应有的品格，千万不要盲目地追求爱，也不宜过急追求爱，要分清自己的条件是否成熟。要树立正确的恋爱观，明确大学的目的，以学习为第一；规划好大学计划，在不影响学习的条件下，要对恋爱认真，专一，相互鼓励，相互学习，共同进步；认真对待恋爱观，做健康的恋爱；总之，我们大学生要树立正确的恋爱观念，让大学的爱情成为青春记忆里最美的风景，而不是终身的遗憾！
