小议基于椭圆曲线密码体制的遥感图像加密算法
1 引言
随着网络的迅猛发展，网络通信已经承载了大部分信息的传输和共享功能，使用户享受到了网络时代带来的方便、快捷服务。但是，由于计算机网络通信是一种开放性通信，在通信过程中不可避免面临复杂多变的信息安全威胁，因此如何保证信息在网络中安全快速传输已经成为网络安全中迫切需要解决的问题。
相对于传统图像数据，遥感数字图像数据所蕴涵的信息要丰富得多，且部分遥感影像中可能涉及到国家机密信息，进而关系到国家的军事安全和政治稳定，所以怎样保证敏感遥感数据在开放性环境中的安全性已经成为信息安全领域的研究重点。目前，关于遥感影像安全问题的研究主要侧重于数字水印和信息隐藏领域。其中，遥感影像的数字水印主要是解决遥感影像的版权保护问题，而没有真正解决遥感影像数据自身的安全问题；此外，信息隐藏一般保护方式是将含有机密信息的数据隐藏于非机密影像数据中，但是对于海量遥感影像数据，此方法隐藏的数据量非常受限，而且非机密影像数据中嵌入遥感影像机密信息后也有可能会影响遥感影像的分类，数据分析等应用；而对于传统的图像加密技术，其没有考虑到遥感影像的特性和特殊的安全需求，且加密效率不高。
自1985 年Neal Koblitz和Victor Mille提出椭圆曲线密码学( Elliptic curvecryptography，缩写为ECC)以来，椭圆曲线密码展现出了安全性高、占用带宽小和计算复杂度高等众多优点，逐渐成为公钥密码学主要加密体制之一。其中，由于ECC 的高安全性，该算法已被作为一种重要的密码体制应用到传统数字图像安全中，主要包括数字水印技术和信息隐藏。此外，ECC 作为一种公钥密码技术，可以在开放的网络环境中进行有效地密钥管理，避免了对称密码技术中密钥不能有效管理的不安全因素，为敏感遥感图像在公共网络中进行安全传输提供了有力条件。
基于上述，本文利用Montgomery 型椭圆曲线标量乘计算速度快，可并行计算等特点，结合遥感图像加密处理时海量性等要求，提出了一种基于Montgomery 型椭圆曲线密码体制的遥感图像加解密方法。此方法不但可以相对快速的完成加解密运算，而且可以比较有效隐藏加密信息。再者，该算法可对ETM、MODIS 等遥感数据进行全图和敏感区域的快速加解密计算，从而可为海量遥感图像安全提供有力的算法支持。
2 Montgomery 型椭圆曲线
1987 年，Montgomery 先生提出了一种新兴的椭圆曲线类型---Montgomery 型椭圆曲线，并逐渐以比Weierstrass 型椭圆曲线更多优势而被密码界所重视。与Weierstrass 型椭圆曲线相比，其优势主要为：
(1)由于在标量乘计算时不需要计算y 值，Montgomery型椭圆曲线比Weierstrass 型椭圆曲线具有更快计算速度；
(2)Montgomery 型椭圆曲线对简单能量攻击和时间攻击具有更强的免疫力。
3 基于椭圆曲线密码体制的遥感图像加解密方法
3.1 加密算法的局限性传统加密处理技术应用于遥感图像信息的安全处理具有部分局限性：
(1)由于遥感图像数据一般为海量数据，所以如何对超大数据量的遥感图像信息进行有效快速地加解密仍是一个研究难点；
(2)一般对遥感图像信息加密是信息的核心“内容”，即把有意义信息加密为伪随机的乱码，但它存在着一个较明显的缺陷，即它破坏了遥感图像的“可阅读性”，进而明确提示攻击者哪些是重要的加密遥感图像，容易引起攻击者的重点攻击，所以如何在有效隐藏加密图像条件下保证加密体制的安全强度也是图像安全领域中的重点研究方向。
3.2 基于Montgomery 型椭圆曲线密码体制的遥感图像加解密方法
基于Montgomery型椭圆曲线密码体制的遥感图像加解密算法是在保持图像格式和各项应用特性不变的基础上，基于椭圆曲线密码体制(ECC)的高安全性，采用Montgomery型椭圆曲线快速加解密遥感图像值的一种安全算法，可对MODIS和ETM类型遥感图像进行加解密处理，其中主要侧重于加密遥感图像中具有地物特征的数值(Digital Number， DN)，防止敏感地物信息泄漏。