[发明专利]基于码分复用及值扩展的同态加密域可逆信息隐藏方法

说明书

本发明涉及信息隐藏技术领域，尤其涉及一种基于码分复用及值扩展的同态加密域可逆信息隐藏方法。所述基于码分复用及值扩展的同态加密域可逆信息隐藏方法，包括如下步骤：原图像及秘密信息的预处理；生成密钥对；宿主信号加密和嵌入数据加密；数据嵌入；数据提取以及图像还原。本发明提高了嵌入的容量以及载体图像的质量，且实现了图像以及嵌入数据完全的可逆。

技术领域

本发明涉及信息隐藏技术领域，尤其涉及一种基于码分复用及值扩展的同态加密域可逆信息隐藏方法。

背景技术

对于信息隐藏的一些特殊领域，如医学、军事图像等，除了要无损提取秘密信息之外，还需要无损恢复原始图像。随着云计算时代的到来，人们往往将图像上传到云端存储或处理。但这些技术在发展的同时，也引发了图像内容安全以及隐私保护的问题，如上传到云端的图像可能包含用户的个人基本信息、所在单位的重要资料等。从而在将图像上传至云端之前，必须对其加密。同时，为了认证加密图像的来源，对其嵌入认证信息。

在传统的空域图像可逆信息隐藏技术中，包括了直方图平移、差值扩展、图像对等。直方图平移的可逆信息隐藏算法通过平移灰度直方图中峰值点与零值点的像素，在峰值点处嵌入秘密信息。紧接着，在直方图平移的基础上，出现了误差直方图平移的方法，利用相邻像素间的相关性，生成误差直方图，并提高了峰值点的大小，从而提高了嵌入率。差值扩展的方法将载体图像的相邻两个像素的差值扩大2倍，创建出1比特的冗余空间，从而嵌入秘密信息。另外，通过利用了两幅相同的图像作为载体嵌入秘密信息，由于攻击者很难从其中任意一幅图像中提取数据或恢复图像，因此这种方法增加了对秘密信息的保护。最近，出现了基于码分复用的可逆信息隐藏方法，在该方法中，秘密信息能够通过相互正交的码片序列重复地嵌入到载体图像，由于不同码片序列组合后能够相互抵消，从而提高了含密图像的质量。但是，该方法在明文域下嵌入与提取秘密数据是不安全的，同时，许多伪比特的存在导致了嵌入容量以及PSNR值的降低。

为了保护图像的内容安全，现有技术中出现了加密域可逆信息隐藏的框架。在这个框架里，首先，为了保护图像内容信息，数据拥有者对图像加密。然后，数据隐藏者翻转加密图像最低有效的后三位嵌入数据。最后，接收者解密含有秘密信息的加密图像，并根据相邻像素的相关性提取秘密信息与恢复图像。但是，这种方法存在图像不可逆的可能性，同时嵌入率与图像质量都很低。另外，现有的另一种技术考虑了图像块的边缘像素，提出利用相邻像素的垂直和水平绝对差值之和来计算相关性，根据这个思路建立了一个新的波动函数，降低了数据提取与图像恢复的错误率。基于同样的思路，现有的一种技术根据给定像素的相邻像素的三种不同分布情况，计算出一个新的波动函数，相比之前的方法，本方法再一次降低了数据提取与图像恢复的错误率。但是，在上述方法中，在提取数据与恢复图像时，用支持向量机的方式区分加密与非加密区域。然而，这些方法仍然存在不可逆的情况。

同态加密是一种非对称加密方式，保护数据安全的同时，还能够支持加密数据进行数值计算。基于Paillier同态加密的可逆信息隐藏算法的具体实现步骤是：数据拥有者首先将像素值分为两部分，用公钥对他们分别加密，并发送给数据隐藏者；然后，数据隐藏者利用Paillier同态加法的性质嵌入秘密信息；最后，接受者对含有秘密信息的载体图像用私钥解密后，提取数据并恢复图像。研究人员对上述方法做出了一种改进，数据拥有者利用了差值扩展的方法，对相邻像素进行预处理，构成两个新的相邻像素并加密两个相邻像素。虽然在图像嵌入容量以及质量方面得到提高。然而，当采用差值扩展方式，一部分相邻像素不满足预处理以及嵌入秘密信息条件。因此，这种方法虽然减少了数据扩展，提升了算法的运行时间效率，但图像嵌入容量以及质量方面没有得到明显改善。对上述方法的另一种改进是，数据拥有者将一个像素值分为三部分，分别加密后发送给数据隐藏者嵌入数据，并在压缩的多媒体，如H.264上有很好的应用。

发明内容

本发明提供一种基于码分复用及值扩展的同态加密域可逆信息隐藏方法，用以提高信息隐藏技术中嵌入信息的容量、载体图像的质量，同时实现图像及嵌入数据完全的可逆。