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前言

最近研究了一下缩略图加密，thumbnail-preserving encryption （TPE）。相关文献如下：
[1] Wright C V, Feng W C and Liu F. 2015. Thumbnail-preserving encryption for JPEG/ / Proceedings of the 3rd ACM Workshop on Information Hiding and Multimedia Security. Portland, USA: ACM:141-146.
[2] Tajik K, Gunasekaran A, Dutta R, Ellis B, Bobba R B, Rosulek M, Wright C V and Feng W C. 2019. Balancing image privacy and usability with thumbnail-preserving encryption/ / Proceedings of 2019 Network and Distributed System Security Symposium. San Diego, USA: The Internet Society.
[3] Zhao R Y, Zhang Y S, Xiao X L, Ye X and Lan R S. 2021. TPE2: three-pixel exact thumbnail-preserving image encryption. Signal Processing, 183: #108019.
[4] Zhang Y M, Zhao R Y, Zhang Y S, Lan R S and Chai X L. 2022b. High-efficiency and visual-usability image encryption based on thumbnail preserving and chaotic system. Journal of King Saud University-Computer and Information Sciences, 34 (6 ): 2993-3010.
[5] Marohn B, Wright C V, Feng W C, Rosulek M and Bobba R B. 2017. Approximate thumbnail preserving encryption/ / Proceedings of 2017 on Multimedia Privacy and Security. Dallas, USA: ACM: 33-43
[6] Zhang Y S, Zhao R Y, Xiao X L, Lan R S, Liu Z and Zhang X P. 2022a. HF-TPE: high-fidelity thumbnail-preserving encryption. IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, 32(3): 947-961.

综述论文： 赵若宇,叶茜,周文韬,张玉书,柴秀丽，云存储图像缩略图保持的加密研究进展，中国图象图形学报，2023.

主要阅读的文献为综述论文，文献[1]和文献[2]。

一、TPE加密研究背景及意义

应用场景：

1. 图像大数据轻量级安全存储

• 平衡可用性和安全性
• 所有者可以通过调整缩略块的大小来控制隐私安全和可用性两者之间的平衡

2. 绿色物联网

• 完全加密为噪声图像后，密文图像的文件扩展，传输存储消耗更多的资源
• 完全加密的噪声图像的可用性建立在对密文进行解密的基础上，耗费大量的计算代价

3. 图像版权在线交易

• 缩略图加密可看作原始图像的低分辨率版本（由图像所有者控制）
• 图像在交易平台上可以挂出TPE 版本,供买家进行粗略的感知以确定是否购买
• 当买家付款后,即为买家解密提供原始图像

安全性和可用性的平衡：

• 原始图像中精细的视觉信息被抹去以保护隐私,而粗略的视觉信息被保留以保持可用
• 具有先验知识的合法用户能够结合先验知识和密文图像中粗略的视觉内容进行适当的推理从而识别图像
• 没有先验知识的非法第三方则不具备这种能力

目标和效果：

• TPE允许云服务从加密的图像中创建准确的、分辨率降低的缩略图，但阻止提取更详细的信息。
• 目标不是提供完美的安全性，而是保护在线存储图像的隐私，同时仍然允许方便地使用当今的云服务

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二、预备知识

缩略图的生成：
a) 分块
b) 计算每个块中的元素和
c) 计算每个块中元素的平均值
d) 用块元素的平均值作为缩略图中该块的像素值

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缩略图的核心要点： 块内像素值的和不变
安全性和隐私性的调节： 分块大小

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三、现有缩略图方案概览

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四、文献[1]的主要思想

[1] Wright C V, Feng W C and Liu F. 2015. Thumbnail-preserving encryption for JPEG/ / Proceedings of the 3rd ACM Workshop on Information Hiding and Multimedia Security. Portland, USA: ACM:141-146.

加密过程：

1. 块内像素置乱
2. 递归块加密：块内分块置乱+块内像素置乱
3. 加密后的像素图像使用JPEG压缩生成JPEG图像

实验结果分析： （密文文件大小和解密视觉质量）

• 加密改变了块内相关性，导致JPEG图像文件大小增加
• 解密图像的PSNR≠∞，因为JPEG有损压缩

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五、文献[2]的主要思想

[2] Tajik K, Gunasekaran A, Dutta R, Ellis B, Bobba R B, Rosulek M, Wright C V and Feng W C. 2019. Balancing image privacy and usability with thumbnail-preserving encryption/ / Proceedings of 2019 Network and Distributed System Security Symposium. San Diego, USA: The Internet Society.

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六、展望

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以上仅为本人的学习记录，如果有理解的不对的地方，还请各位大佬指正！