[发明专利]一种可分离的密文域可逆数据隐藏方法

权利要求书

1.一种可分离的密文域可逆数据隐藏方法，其特征在于包括三部分：(Ⅰ)内容的拥有者；(Ⅱ)秘密数据的隐藏者；(Ⅲ)接收者；

Ⅰ.内容的拥有者将载体图像进行预处理，以腾出空余空间隐藏秘密数据，具体包括下列步骤：

第一步：读入一幅尺寸为M×N的载体图像I；

第二步：将载体图像划分为a×b大小的不重叠的块，并依据公式(1)计算每一个块的均值；

其中，表示位于第i行第j列的图像块的均值，I_(p,q)(i,j)(1≤i≤a,1≤j≤b)表示块B(p,q)中的每一个像素，表示向下取整；

第三步：使用公式(2)，计算当前块中每一个像素与块均值的差值，将差值记为D_(p,q)(i,j)：

第四步：设置阈值参数T，并利用公式(3)获得当前块的标签值LM_(p,q)：

该值为0，表示当前块可用于藏入秘密数据，反之，则不可用；

第五步：设置两个比特的flag来记录差值D_(p,q)(i,j)的范围，见表1：

表1

第六步：使用公式(4)计算相邻块之间的块均值的差值DB(p,q)，并依据该差值修正标签值LM_(p,q)；

如果则修正LM_(p,q)＝1；

第七步：按照以下规则，腾出空余空间用于隐藏秘密数据，并生成带有空余空间的载体图像，记为I′：

1)当LM_(p,q)＝1，当前图像块中的像素不做任何处理；

2)当LM_(p,1)＝0，或LM_(p,q)＝0且LM_(p,q-1)＝1满足时，当前图像块的均值可通过比特位替代的方式保存于该块中第一个像素的前6个比特和第二个像素的前两个比特中，同时将flag记录在第一个像素的最后两个比特中，不同的flag，空出的用于隐藏秘密数据的比特位不同：

如果flag为00，表示块中的像素与该块的均值相等，则该块中除了用于记录块均值和flag之外的所有比特，都可以被空出用于隐藏秘密数据；

如果flag为01，表示块中的像素与该块的块均值的差值D_(p,q)(i,j)均属于(-2,2]，则该块中除了用于记录块均值和flag的比特，每个像素中再使用两个比特用于记录差值，剩余比特位均可被空出用于隐藏秘密数据，第一个像素用于记录均值，因此其差值可记录在其他像素中；

如果flag为10，表示块中像素与该块的块均值的差值D_(p,q)(i,j)均属于(-4,4]，则该块中除了用于记录块均值和flag的比特，每个像素中再使用三个比特用于记录差值，剩余比特位均可被空出用于隐藏秘密数据，第一个像素用于记录均值，因此其差值可记录在其他像素中；

如果flag为11，表示块中像素与该块的块均值的差值D_(p,q)(i,j)均属于(-8，8]，则该块中除了用于记录块均值和flag的比特，每个像素中再使用四个比特用于记录差值，剩余比特位均可被空出用于隐藏秘密数据，第一个像素用于记录均值，因此其差值可记录在其他像素中；

3)当LM_(p,q)＝0且LM_(p,q-1)＝0满足时，相邻块的均值之间的差DB(p,q)可通过比特位替代的方式保存于该块中第一个像素的前6个比特中，同时将flag记录在第一个像素的最后两个比特中，对于不同的flag，与上述步骤2)的执行情况相同；

第八步：对带有空余空间的载体图像I′进行加密处理，产生加密图像E；

1)创建一个加密密钥K_e，并使用此密钥产生一个取值为[0,255]、大小为M×N的随机矩阵R(i,j)；

2)将矩阵R(i,j)划分为a×b大小的不重叠的块，并将每一个块中第一个元素的最低两位比特置换为00；

3)使用公式(5)加密带有空余空间的图像I′，其中，表示逐位异或计算；

Ⅱ.数据的隐藏者可以在不知道载体图像内容的情况下，直接藏入秘密数据，具体包括下列步骤：

第一步：数据的隐藏者需要持有标签值LM_(p,q)；

第二步：将待藏入的秘密数据转换成二进制比特流S＝{s₁,s₂,...,s_q}；

第三步：创建一个隐藏密钥K_d，并使用此密钥对二进制比特流进行乱序加密处理；

第四步：将加密图像E划分为a×b大小的不重叠的块，并从每个块中第一个像素的最后两比特提取flag，根据标签值LM_(p,q)和flag，用比特位直接替代的方法将加密后的秘密比特流依次嵌入预先空余的比特位中，形成带有秘密数据的加密图像E′；

Ⅲ.接收者获得带有秘密数据的加密图像E′后，可以分别进行秘密数据的提取和载体图像的恢复，这两个过程是可分离的：

(1)当接收者收到带有秘密数据的加密图像E′后，若其持有加密密钥K_e和标签值LM_(p,q)，则原始的载体图像可以被无失真的恢复，具体包括以下步骤：

第一步：使用加密密钥K_e产生一个取值为[0,255]、大小M×N的随机矩阵R(i,j)；

第二步：将R(i,j)划分为a×b大小的不重叠的块，并将每一个块中第一个元素的最低两位比特置换为00；

第三步：使用公式(6)进行解密；

第四步：根据标签值，按以下情况恢复载体图像的原始像素值：

当LM_(p,q)＝1，原像素值就等于当前解密后的像素；

当LM_(p,q)＝0且LM_(p,q-1)＝1,从解密后的图像块中的第一个像素的最高六个比特及第二个像素的前两个比特中提取块均值从第一个像素的最低两比特中提取flag，并根据flag的值，再从像素中提取差值D_(p,q)(i,j)，利用公式(7)计算原始像素的值；

当LM_(p,q)＝0且LM_(p,q-1)＝0，从解密后的当前图像块中的第一个像素的最高六个比特中提取块均值的差值DB(p,q)，并利用公式计算当前块的均值，从第一个像素的最低两比特中提取flag，根据flag的值，再从像素中提取差值D_(p,q)(i,j)，利用公式(7)计算原始像素的值；

第五步：重复第四步，直到所有的块均被处理，原始的载体图像被恢复；

(2)当接收者收到带有秘密数据的加密图像E′后，若其持有隐藏密钥K_d和标签值，则秘密数据能够被无损的提取，具体包括以下步骤：

第一步，将E′划分为a×b大小的不重叠的块，

第二步，从每一个块的第一个像素的最后两个比特位中提取flag，根据标签值和flag，可以直接从每一个像素的空余比特位中提取秘密数据；

第三步，使用隐藏密钥K_d对上述步骤提取的秘密比特序列进行解密处理，即可获得原始的秘密数据；

(3)当接收者收到带有秘密数据的加密图像E′后，若其持有加密密钥K_e、隐藏密钥K_d和标签值，则可同时执行以上(1)、(2)过程，既可以无损恢复载体图像，又可以完全提取嵌入的秘密数据。