[发明专利]一种基于数独的渐进式秘密图像加密共享方法

摘要

本发明一种基于数独的渐进式秘密图像加密共享方法，属于信息安全和图像处理领域，涉及一种基于数独的使用有意义的影子图像的渐进式秘密图像加密共享方法。该方法利用数独来进行秘密图像加密共享和还原，利用数独中每个区块、每行和每列内数字不重复的特点，在秘密图像加密共享过程中生成了有意义的高质量的影子图像；此方法包括两个部分，一部分是秘密图像加密共享过程，即将秘密图像分别藏入若干张载体图像中，生成若干张对应的影子图像；另一部分是秘密图像的还原过程。该方法具有复杂度低，易于操作的特点。实验证明本发明生成了有意义高质量的影子图像，降低了藏有秘密图像信息的影子图像在互联网中传播的危险，能够渐进式还原出秘密图像。

主权项

1.一种基于数独的渐进式秘密图像加密共享方法，其特征是，该方法利用数独来进行秘密图像的加密共享和还原，利用数独中每个区块、每行和每列内数字不重复的特点，在秘密图像加密共享过程中生成了有意义的高质量的影子图像；此方法包括两个部分，一部分是秘密图像加密共享过程，即将秘密图像分别藏入若干张载体图像中，生成若干张对应的影子图像；另一部分是秘密图像的还原过程，即将秘密图像从影子图像中还原出来，秘密图像还原的过程具有渐进性的特点；下面是上述两个部分的详细的过程描述：1）秘密图像加密共享过程设使用的数独为stu，大小为N^2×N²；在准备阶段，我们使用该数独生成一个256×256的魔幻矩阵M，具体的方法是:For i=0 to 255For j=0 to 255M[i][j]=stu[i mod N²][j mod N²]，得到矩阵后，进行如下步骤：步骤1，将数组[0，255]平均分成N²个数组，由于不可能完全均分，最后一个数组可以包含多一些，也就是说前N²-1个数组分别包含个数字，最后一个数组包含剩下的数字，并计算出每个数组的平均值；其中，数组分别定义为A_i，每个数组的平均值为H_i，i=1，2，…，N²；步骤2，取出秘密图像S的第一个像素值，假设为s，其中s∈A_k，其平均值为H_k，k∈[1，N²]；然后，分别取出host₁和host₂的第一个像素，假设为a和b；此时，分别将a和b作为矩阵M的横纵坐标固定一个数独中N×N的block，然后将该block里k对应的横纵坐标a’和b’分别放入空的图像中，从而得到两个影子图像shadow₁和shadow₂中相应位置像素的像素值；同时，将H_k放入空图像S’中相应的位置；步骤3，利用S’和载体图像host₃生成影子图像shadow₃；首先，将步骤2中的数组A_k继续均分成N²个数组，和步骤1类似，前N²-1个数组分别包含个数字，最后一个数组包含剩下的数字；其中，细分后的数组定义为A_ki，每个数组的平均值为H_ki，i=1，2，…，N²；假设s属于A_km，其平均值为H_km；然后取出host₃的第一个元素，假设为c；此时，将c作为矩阵的纵坐标，步骤2中的H_k作为横坐标，固定一个数独中1×N²的block，然后将该block里m对应的纵坐标c’放入第三个影子图像shadow₃中相应的位置；同时，将H^km放入到一空图像S”中相应的位置；步骤4，利用步骤3的方法，使用S”和新的载体图像host₄生成第四张影子图像shadow₄；以此类推，直到生成第张影子图像；上述步骤循环执行512×512次，完成对秘密图像每一个像素值的操作，生成新的完整的多张有意义的影子图像；2）秘密图像还原过程步骤1，按照秘密图像分享过程步骤1的方法，将数组[0，255]平均分成N²个数组，其中，数组分别定义为A_i，每个数组的平均值为H_i，i=1，2，…，N²；步骤2，分别取出影子图像shadow₁和shadow₂的第一个元素，假设为p和q，然后，以分别将a和b作为矩阵M的横纵坐标即可固定一个矩阵中的数值，假设为x，将H_x放入空图像S₁；步骤3，将数组A_x均分成N²个数组，其中，细分后的数组定义为A_xi，每个数组的平均值为H_xi，i=1，2，…，N²；然后取出影子图像shadow₃的第一个元素，假设为r，此时将H_x和r分别作为横纵坐标在矩阵M中即可固定一个数值，假设为y，将H_xy放入空图像S₂；步骤4，利用步骤3的方法，重复该过程直至处理完最后一张影子图像；上述步骤循环执行512×512次，完成对每一个像素值的操作，还原出完整的秘密图像；分别使用两张、三张或更多的影子图像直至全部数量的影子图像会还原得到不同质量的秘密图像，并且他们的质量会越来越高，直至和原始图像无区别；除了在视觉方面进行辨认外，用PSNR表示峰值信噪比，它的定义如下：PSNR=10log10(2552MSE)---(1)]]>其中，MSE代表均方误差，具有H×W个像素值的图像的MSE定义如下：MSE=1H×WΣu=1HΣv=1W(puv-p′uv)2---(2)]]>其中，p_uv是载体图像的像素值，而p′_uv生成的影子图像的像素值；PSNR值越大代表图像的质量越高，该方法使用不同数量的影子图像还原得到的秘密图像的PSNR值也随着影子图像数量的增多而增加。