[发明专利]一种双重加密的加密域图像可逆数据隐藏方法

摘要

本发明公开了一种双重加密的加密域图像可逆数据隐藏方法，其包括图像加密、加密域图像可逆数据隐藏、隐秘数据提取和原始图像无损恢复三部分；在图像加密部分中采用双重加密机制，增强了安全性；可以直接在加密的图像中嵌入隐秘信息，即使数据隐藏者不知道原始图像内容，也可有效地解决图像内容安全和隐私泄露问题，而且图像加密者和隐秘信息嵌入者之间无需复杂的协议，加密和数据嵌入也不会造成图像数据的膨胀；实用性强，若仅有数据隐藏密钥，则可直接在密文域图像中提取隐藏的隐秘信息；若仅有加密密钥，则可直接解密获得近似的原始图像；若有数据隐藏密钥和加密密钥，则能保证在提取隐藏的隐秘信息后，可无失真地恢复出原始图像。

主权项

1.一种双重加密的加密域图像可逆数据隐藏方法，其特征在于包括图像加密、加密域图像可逆数据隐藏、隐秘信息提取和原始图像无损恢复三部分；其中，所述的图像加密部分的处理过程为：①_1、设定待加密的原始图像的宽度和高度对应为W和H，如果W×H能够被g×g整除，则将待加密的原始图像划分成个互不重叠的尺寸大小为g×g的图像块；如果W×H不能够被g×g整除，则将待加密的原始图像划分成个互不重叠的尺寸大小为g×g的图像块，并将待加密的原始图像的右方和下方尺寸大小不为g×g的块也作为图像块，共有个图像块；其中，g的值为2或3，符号为向下取整符号，符号为向上取整符号；①_2、设定一个第一密钥key1；然后将第一密钥key1作为random()函数的输入参数，使random()函数产生一个第一随机序列；其中，第一随机序列的长度大于待加密的原始图像中包含的图像块的总个数，第一随机序列中的每个元素的值为[0,255]内的整数；①_3、将待加密的原始图像中当前待处理的第m个图像块定义为当前图像块，将当前从第一随机序列中取出的第j个元素定义为当前元素；其中，m和j均为正整数，m和j的初始值均为1，1≤m≤M，M表示待加密的原始图像中包含的图像块的总个数，1≤j≤J，J表示第一随机序列的长度；①_4、利用当前元素对当前图像块中的每个像素点进行加密，对当前图像块中的第i个像素点进行加密的过程为：将当前图像块中的第i个像素点的像素值与当前元素的值相加后对256求模，然后将得到的值作为当前图像块中的第i个像素点的像素值；其中，1≤i≤I_cur，I_cur表示当前图像块中包含的像素点的总个数；①_5、令m＝m+1，并令j＝j+1，将待加密的原始图像中下一个待处理的图像块作为当前图像块，将下一个从第一随机序列中取出的元素作为当前元素，然后返回步骤①_4继续执行，直至待加密的原始图像中的所有图像块处理完毕，得到一次加密图像；其中，m＝m+1和j＝j+1中的“＝”为赋值符号；①_6、统计一次加密图像中包含的尺寸大小为g×g的图像块的总个数，记为Count；并设定一个第二密钥key2；然后将第二密钥key2作为random()函数的输入参数，使random()函数产生一个第二随机序列；其中，第二随机序列的长度为Count，第二随机序列中的每个元素的值为[0,Count]内的整数，第二随机序列中的所有元素的值不重复且呈随机分布；①_7、利用第二随机序列对一次加密图像中的所有尺寸大小为g×g的图像块进行置乱，至此完成了原始图像的双重加密过程，得到双重加密的加密域图像；上述，第一密钥key1和第二密钥key2为加密密钥；所述的加密域图像可逆数据隐藏部分的处理过程为：②_1、将双重加密的加密域图像划分成个互不重叠的尺寸大小为g×g的图像块；其中，符号为向下取整符号；设定一个第三密钥key3作为数据隐藏密钥；然后将第三密钥key3作为random()函数的输入参数，使random()函数产生一个第三随机序列；再利用第三随机序列中的每个元素的值对原始隐秘信息中的每位隐秘信息比特一一对应进行异或加密，得到异或加密的隐秘信息，作为待嵌入的隐秘信息；其中，第三随机序列的长度大于或等于原始隐秘信息的长度，且第三随机序列中的每个元素的值为0或1；②_2、将双重加密的加密域图像中当前待处理的第m'个图像块定义为当前图像块；其中，m'为正整数，m'的初始值为1，②_3、计算当前图像块中的g×g‑1个非中心像素点各自的像素值与中心像素点的像素值的差值对256求模的值，将当前图像块中的第s个非中心像素点的像素值与中心像素点的像素值的差值对256求模的值记为f_cur(s)，f_cur(s)＝(h_cur(s)‑h_cur,center)mod 256；其中，s为正整数，s的初始值为1，1≤s≤g×g‑1，h_cur(s)表示当前图像块中的第s个非中心像素点的像素值，h_cur,center表示当前图像块中的中心像素点的像素值，若当前图像块的尺寸大小为2×2，则指定当前图像块中的任意一个像素点作为中心像素点，其余像素点作为非中心像素点，mod为求模符号；②_4、根据步骤②_3中计算得到的g×g‑1个值，确定当前图像块的隐秘信息嵌入区域，记为Z_cur，Z_cur＝[T_p,T_p+β]∪[T_n‑β,T_n]；其中，符号“∪”为并集运算符号，T_p＝0，T_n＝255，β表示调节因子，β的取值为大于或等于0的整数；②_5、针对步骤②_3中计算得到的g×g‑1个值，进行如下处理：对于步骤②_3中计算得到的f_cur(s)，若f_cur(s)大于T_p+β，则修正f_cur(s)，过程为：令f'_cur(s)＝f_cur(s)+(β+1)，再令f_cur(s)＝f'_cur(s)；若f_cur(s)小于T_n‑β，则修正f_cur(s)，过程为：令f'_cur(s)＝f_cur(s)‑(β+1)，再令f_cur(s)＝f'_cur(s)；若f_cur(s)∈Z_cur，则保持f_cur(s)不变；其中，f'_cur(s)为引入的中间变量，f_cur(s)＝f'_cur(s)中的“＝”为赋值符号；②_6、对当前图像块中的g×g‑1个非中心像素点进行隐秘信息比特嵌入，具体过程为：对于当前图像块中的第s个非中心像素点，若经过步骤②_5中确定的g×g‑1个值中的第s个值f_cur(s)满足：f_cur(s)∈[T_n‑β,T_n]，则当待嵌入的隐秘信息比特为“0”时，令f”_cur(s)＝f_cur(s)‑(T_n‑f_cur(s))，然后对h_cur(s)进行修正以完成隐秘信息比特的嵌入，过程为：令h'_cur(s)＝(f”_cur(s)+h_cur,center)mod256，再令h_cur(s)＝h'_cur(s)；当待嵌入的隐秘信息比特为“1”时，令f”_cur(s)＝f_cur(s)‑(T_n‑f_cur(s))‑1，然后对h_cur(s)进行修正以完成隐秘信息比特的嵌入，过程为：令h'_cur(s)＝(f”_cur(s)+h_cur,center)mod256，再令h_cur(s)＝h'_cur(s)；若经过步骤②_5中确定的g×g‑1个值中的第s个值f_cur(s)满足：f_cur(s)∈[T_p,T_p+β]，则当待嵌入的隐秘信息比特为“0”时，令f”_cur(s)＝f_cur(s)+(f_cur(s)‑T_p)，然后对h_cur(s)进行修正以完成隐秘信息比特的嵌入，过程为：令h'_cur(s)＝(f”_cur(s)+h_cur,center)mod256，再令h_cur(s)＝h'_cur(s)；当待嵌入的隐秘信息比特为“1”时，f”_cur(s)＝f_cur(s)+(f_cur(s)‑T_p)+1，然后对h_cur(s)进行修正以完成隐秘信息比特的嵌入，过程为：令h'_cur(s)＝(f”_cur(s)+h_cur,center)mod256，再令h_cur(s)＝h'_cur(s)；其中，f”_cur(s)和h'_cur(s)均为引入的中间变量，h_cur(s)＝h'_cur(s)中的“＝”为赋值符号；②_7、令m'＝m'+1，然后将双重加密的加密域图像中下一个待处理的图像块作为当前图像块，再返回步骤②_3继续执行，直至双重加密的加密域图像中的每个图像块中的每个非中心像素点嵌入有隐秘信息比特，得到含隐秘信息的加密域图像；其中，m'＝m'+1中的“＝”为赋值符号；所述的隐秘信息提取和原始图像无损恢复部分有三种情况：第一种情况为接收端仅有加密密钥，仅对含隐秘信息的加密域图像进行解密，具体过程为：③_1_1、含隐秘信息的加密域图像的宽度和高度对应为W和H，如果W×H能够被g×g整除，则将含隐秘信息的加密域图像划分成个互不重叠的尺寸大小为g×g的图像块；如果W×H不能够被g×g整除，则将含隐秘信息的加密域图像划分成个互不重叠的尺寸大小为g×g的图像块，并将含隐秘信息的加密域图像的右方和下方尺寸大小不为g×g的块也作为图像块，共有个图像块；其中，g的值为2或3，符号为向下取整符号，符号为向上取整符号；③_1_2、将第二密钥key2作为random()函数的输入参数，使random()函数产生一个第五随机序列；其中，第五随机序列的长度为Count，第五随机序列中的每个元素的值为[0,Count]内的整数，第五随机序列中的所有元素的值不重复且呈随机分布，第五随机序列与第二随机序列相同；③_1_3、利用第五随机序列对含隐秘信息的加密域图像中的所有尺寸大小为g×g的图像块进行去置乱，得到去置乱后的加密域图像；③_1_4、将第一密钥key1作为random()函数的输入参数，使random()函数产生一个第四随机序列；其中，第四随机序列的长度大于去置乱后的加密域图像中包含的图像块的总个数，第四随机序列中的每个元素的值为[0,255]内的整数，第四随机序列与第一随机序列相同；③_1_5、将去置乱后的加密域图像中当前待处理的第m个图像块定义为当前图像块，将当前从第四随机序列中取出的第j个元素定义为当前元素；其中，m和j均为正整数，m和j的初始值均为1，1≤m≤M，M表示去置乱后的加密域图像中包含的图像块的总个数，1≤j≤J，J表示第四随机序列的长度；③_1_6、利用当前元素对当前图像块中的每个像素点进行解密，对当前图像块中的第i个像素点进行解密的过程为：将当前图像块中的第i个像素点的像素值与当前元素的值相减后对256求模，然后将得到的值作为当前图像块中的第i个像素点的像素值；其中，1≤i≤I_cur，I_cur表示当前图像块中包含的像素点的总个数；③_1_7、令m＝m+1，并令j＝j+1，将去置乱后的加密域图像中下一个待处理的图像块作为当前图像块，将下一个从第四随机序列中取出的元素作为当前元素，然后返回步骤③_1_6继续执行，直至去置乱后的加密域图像中的所有图像块处理完毕，完成图像解密的过程，得到含隐秘信息的解密域图像；其中，m＝m+1和j＝j+1中的“＝”为赋值符号；第二种情况为接收端仅有数据隐藏密钥，仅对含隐秘信息的加密域图像进行隐秘信息提取，具体过程为：③_2_1、含隐秘信息的加密域图像的宽度和高度对应为W和H，将含隐秘信息的加密域图像划分成个互不重叠的尺寸大小为g×g的图像块；其中，符号为向下取整符号；将第三密钥key3作为random()函数的输入参数，使random()函数产生一个第六随机序列；其中，第六随机序列中的每个元素的值为0或1；③_2_2、将含隐秘信息的加密域图像中当前待处理的第m'个图像块定义为当前图像块；其中，m'为正整数，m'的初始值为1，③_2_3、计算当前图像块中的g×g‑1个非中心像素点各自的像素值与中心像素点的像素值的差值对256求模的值，将当前图像块中的第s个非中心像素点的像素值与中心像素点的像素值的差值对256求模的值记为其中，s为正整数，s的初始值为1，1≤s≤g×g‑1，表示当前图像块中的第s个非中心像素点的像素值，表示当前图像块中的中心像素点的像素值，若当前图像块的尺寸大小为2×2，则指定当前图像块中的任意一个像素点作为中心像素点，其余像素点作为非中心像素点，mod为求模符号；③_2_4、根据步骤③_2_3中计算得到的g×g‑1个值，确定当前图像块的隐秘信息提取区域，记为其中，符号“∪”为并集运算符号，③_2_5、对当前图像块中的g×g‑1个非中心像素点进行隐秘信息比特提取，具体过程为：对于当前图像块中的第s个非中心像素点，若经过步骤③_2_3计算得到的满足：则当等于0时，提取得到的隐秘信息比特为“0”，当等于1时，提取得到的隐秘信息比特为“1”；若经过步骤③_2_3计算得到的满足：则当等于0时，提取得到的隐秘信息比特为“0”，当等于1时，提取得到的隐秘信息比特为“1”；③_2_6、令m'＝m'+1，然后将含隐秘信息的加密域图像中下一个待处理的图像块作为当前图像块，再返回步骤③_2_3继续执行，直至从含隐秘信息的加密域图像中的每个图像块中的每个非中心像素点中提取出隐秘信息比特，提取得到隐秘信息；其中，m'＝m'+1中的“＝”为赋值符号；③_2_7、利用第六随机序列中的每个元素的值对提取得到的隐秘信息中的每位隐秘信息比特一一对应进行异或解密，得到异或解密的隐秘信息，作为提取得到的最终隐秘信息；第三种情况为接收端既有数据隐藏密钥又有加密密钥，先对含隐秘信息的加密域图像进行隐秘信息提取，后对隐秘信息提取后的加密域图像进行解密，具体过程为：③_3_1、含隐秘信息的加密域图像的宽度和高度对应为W和H，将含隐秘信息的加密域图像划分成个互不重叠的尺寸大小为g×g的图像块；其中，符号为向下取整符号；将第三密钥key3作为random()函数的输入参数，使random()函数产生一个第六随机序列；其中，第六随机序列中的每个元素的值为0或1；③_3_2、将含隐秘信息的加密域图像中当前待处理的第m'个图像块定义为当前图像块；其中，m'为正整数，m'的初始值为1，③_3_3、计算当前图像块中的g×g‑1个非中心像素点各自的像素值与中心像素点的像素值的差值对256求模的值，将当前图像块中的第s个非中心像素点的像素值与中心像素点的像素值的差值对256求模的值记为其中，s为正整数，s的初始值为1，1≤s≤g×g‑1，表示当前图像块中的第s个非中心像素点的像素值，表示当前图像块中的中心像素点的像素值，若当前图像块的尺寸大小为2×2，则指定当前图像块中的任意一个像素点作为中心像素点，其余像素点作为非中心像素点，mod为求模符号；③_3_4、根据步骤③_3_3中计算得到的g×g‑1个值，确定当前图像块的隐秘信息提取区域，记为其中，符号“∪”为并集运算符号，③_3_5、对当前图像块中的g×g‑1个非中心像素点进行隐秘信息比特提取，具体过程为：对于当前图像块中的第s个非中心像素点，若经过步骤③_3_3计算得到的满足：则当等于0时，提取得到的隐秘信息比特为“0”，当等于1时，提取得到的隐秘信息比特为“1”；若经过步骤③_3_3计算得到的满足：则当等于0时，提取得到的隐秘信息比特为“0”，当等于1时，提取得到的隐秘信息比特为“1”；③_3_6、对当前图像块中的g×g‑1个非中心像素点进行恢复操作，具体过程为：对于当前图像块中的第s个非中心像素点，若经过步骤③_3_3计算得到的满足：则当等于0时，令当等于1时，令若经过步骤③_3_3计算得到的满足：则当等于0时，令当等于0时，令若经过步骤③_3_3计算得到的满足：则令若经过步骤③_3_3计算得到的满足：则令其中，符号为向下取整符号，和中的“＝”为赋值符号；③_3_7、令m'＝m'+1，然后将含隐秘信息的加密域图像中下一个待处理的图像块作为当前图像块，再返回步骤③_3_3继续执行，直至从含隐秘信息的加密域图像中的每个图像块中的每个非中心像素点中提取出隐秘信息比特，得到隐秘信息提取后的加密域图像，并提取得到隐秘信息；其中，m'＝m'+1中的“＝”为赋值符号；③_3_8、利用第六随机序列中的每个元素的值对提取得到的隐秘信息中的每位隐秘信息比特一一对应进行异或解密，得到异或解密的隐秘信息，作为提取得到的最终隐秘信息；③_3_9、隐秘信息提取后的加密域图像的宽度和高度对应为W和H，如果W×H能够被g×g整除，则将隐秘信息提取后的加密域图像划分成个互不重叠的尺寸大小为g×g的图像块；如果W×H不能够被g×g整除，则将隐秘信息提取后的加密域图像划分成个互不重叠的尺寸大小为g×g的图像块，并将隐秘信息提取后的加密域图像的右方和下方尺寸大小不为g×g的块也作为图像块，共有个图像块；其中，g的值为2或3，符号为向下取整符号，符号为向上取整符号；③_3_10、将第二密钥key2作为random()函数的输入参数，使random()函数产生一个第五随机序列；其中，第五随机序列的长度为Count，第五随机序列中的每个元素的值为[0,Count]内的整数，第五随机序列中的所有元素的值不重复且呈随机分布，第五随机序列与第二随机序列相同；③_3_11、利用第五随机序列对隐秘信息提取后的加密域图像中的所有尺寸大小为g×g的图像块进行去置乱，得到去置乱后的加密域图像；③_3_12、将第一密钥key1作为random()函数的输入参数，使random()函数产生一个第四随机序列；其中，第四随机序列中的每个元素的值为[0,255]内的整数，第四随机序列与第一随机序列相同；③_3_13、将去置乱后的加密域图像中当前待处理的第m个图像块定义为当前图像块，将当前从第四随机序列中取出的第j个元素定义为当前元素；其中，m和j均为正整数，m和j的初始值均为1，1≤m≤M，M表示去置乱后的加密域图像中包含的图像块的总个数，1≤j≤J，J表示第四随机序列的长度；③_3_14、利用当前元素对当前图像块中的每个像素点进行解密，对当前图像块中的第i个像素点进行解密的过程为：将当前图像块中的第i个像素点的像素值与当前元素的值相减后对256求模，然后将得到的值作为当前图像块中的第i个像素点的像素值；其中，1≤i≤I_cur，I_cur表示当前图像块中包含的像素点的总个数；③_3_15、令m＝m+1，并令j＝j+1，将去置乱后的加密域图像中下一个待处理的图像块作为当前图像块，将下一个从第四随机序列中取出的元素作为当前元素，然后返回步骤③_3_14继续执行，直至去置乱后的加密域图像中的所有图像块处理完毕，完成图像解密的过程，得到隐秘信息提取后的解密域图像；其中，m＝m+1和j＝j+1中的“＝”为赋值符号。