CN101950411A - 基于轮廓小波变换和椭圆加密体制加密算法的数字水印加密系统 - Google Patents

基于轮廓小波变换和椭圆加密体制加密算法的数字水印加密系统 Download PDF

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何怡刚
彭玉楼
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Abstract

基于轮廓小波变换和椭圆加密体制加密算法的数字水印加密系统，首先，作者定义个人函数水印，保存水印文件；第二，作者选取水印嵌入的点，选择个人私钥，产生公钥，利用椭圆加密体制加密算法公钥加密水印嵌入点，形成加密点序列，保存加密点序列；第三，作者读入待加密的图像和个人水印，把个人水印嵌入到待加密图像中，图像的变换和逆变换采用轮廓小波变换，保存加密后的图像，形成有作者水印的作品。本发明安全性能好，效率高，实现代价小。

Description

基于轮廓小波变换和椭圆加密体制加密算法的数字水印加密系统
技术领域
本发明涉及一种加密系统，尤其是涉及一种基于轮廓小波（Contourlet）变换和椭圆加密体制（ECC）加密算法的数字水印加密系统。
背景技术
目前，随着互联网的发展，数字媒体产品的应用越来越广泛，对于数字图像版权的保护也更具有现实意义。有效保护著作权人的权益和打击盗版现象，也变得越来越重要。数字水印是有效保护多媒体版权的重要方法之一，它是把代表数字媒体著作权人的特定信息、用户指定的标志或序列码等，按照一定的算法嵌入到被保护的作品中。在产生版权纠纷时，通过相应算法提取嵌入的特征信息，验证版权的所有权，从而保证作者的合法利益。
现有的数字水印加密系统中，加密算法主要包括空域和变换域两种方式：空域算法是将图像像素的低位修改嵌入水印，容易受到最小位攻击，安全性能低；现有变换域算法是把图像经过变换后，通过修改变换域中的系数嵌入水印，如离散余弦变换（DCT）、小波变换、傅立叶变换等。当嵌入的水印信息比较多时,一般变换域水印要优于空域水印算法。与传统的密码算法相同,数字水印算法应该是公开的,其安全性依赖于算法的密钥，随着计算机技术的发展，密钥的位数也需要不断增加，因此对加密算法的要求也越来越高。
在变换域算法中，对于水印的嵌入，大部分是嵌入到变换的高频区域中，在进行低通滤波时，高频信息经常被滤去，恢复的水印效果较差。
现有加密算法普遍采用空域加密和变换域的一种，安全性能较低。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种安全性能好，效率高，实现代价小的基于轮廓小波变换和椭圆加密体制加密算法的数字水印加密系统。
本发明的技术方案是：首先，作者定义个人函数水印，保存水印文件；第二，作者选取水印嵌入的点，选择个人私钥，产生公钥，利用椭圆加密体制加密算法公钥加密水印嵌入点，形成加密点序列，保存加密点序列；第三，作者读入待加密的图像和个人水印，把个人水印嵌入到待加密图像中，图像的变换和逆变换采用轮廓小波变换，保存加密后的图像，形成有作者水印的作品。
在发生版权纠纷时，作者提供加密点序列和个人私钥给仲裁方，仲裁方通过系统密码提取水印与作者要求保护的水印对比，依据两水印的相似度判定版权归属。
所述轮廓小波变换取分解为3级，8个方向。
轮廓小波变换是用金字塔多方向滤波器组（PDFB:Pyramidal Directional Filter Bank）将图像分解为不同方向的子带，它由一个拉普拉斯金字塔滤波器（LP:Laplacian Pyramid）和一个多方向滤波组的叠加。
所述轮廓小波变换算法为：首先对原图像进行一级LP变换产生一个低通子带图像和一个高通子带图像，Hn和Ln分别表示n阶LP变换后的低通图像和带通图像；第n阶的LP变换将低通图像Hn - 1分解为低通图像Hn和一个带通图像Ln；带通图像Ln又被第                                                
Figure 550035DEST_PATH_IMAGE001
阶方向滤波器组（DFB）进一步分解为个方向子带Cn 、 d , d = 0 ,1 ,……　,
Figure 951115DEST_PATH_IMAGE002
 - 1，最后将分布在同方向上的奇异点连接成轮廓，得到图像的边缘。在水印的嵌入中要避免把水印信息与图像边缘重叠，保证在低通滤波时提取水印的效果。
在系统的嵌入点加密中使用椭圆加密体制加密算法为：用户A选取一条椭圆曲线，并取椭圆上的一点作为基点D；用户A选择一个私有密钥k,并生成公开密钥P；用户A将、P和D发给用户B；用户B接到信息后，将明文编码到
Figure 859095DEST_PATH_IMAGE004
上的一点N，并产生一个随机数r(r<m)(m为基点D的阶数)；用户B计算点N 1 =N+rP , N 2 =rD；用户A接收到信息后，计算N 1 -k N 2 ，得到点N，再对点N解码得到明文。
使用本发明，能有效解决目前版权鉴定纠纷的困难；作者创作数字图像后，并自定义函数水印形成作者自己的水印特征，提交权威知识产权保护部门请求保护。作者通过加密系统把自定义函数水印嵌入个人作品中，形成具有版权保护特征的创作作品。
本系统采用轮廓小波变换将作者图像分解，在高频部分嵌入作者自定义水印，嵌入点序列采用椭圆加密体制加密算法加密，变换域采用轮廓小波变换，实现了水印的变换域和空域嵌入，椭圆加密体制加密算法是基于点群上离散对数问题的难解性的加密算法，相对于其它算法具有更安全、高效率和实现代价小的优点，在电子商务、移动安全路由等问题上表现出很好的优势。本系统嵌入的函数数据量小，水印对原始图像的改变少，接近零水印算法。系统具有良好的鲁棒性，安全性能好，效率高，实现代价小。
本发明通过轮廓小波变换，提取图像的低频信息，把数字水印嵌入到低频区域中，很好地保护了水印的完整性；本发明结合了空域和变换域两种加密算法，有效地提高了算法的保密性。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照附图，本实施例为：首先，作者定义个人函数水印，保存水印文件；第二，作者选取水印嵌入的点，选择个人私钥，产生公钥，利用椭圆加密体制加密算法公钥加密水印嵌入点，形成加密点序列，保存加密点序列；第三，作者读入待加密的图像和个人水印，把个人水印嵌入到待加密图像中，图像的变换和逆变换采用轮廓小波变换，保存加密后的图像，形成有作者水印的作品。
在发生版权纠纷时，作者提供加密点序列和个人私钥给仲裁方，仲裁方通过系统密码提取水印与作者要求保护的水印对比，依据两水印的相似度判定版权归属。
所述轮廓小波变换取分解为3级，8个方向。
轮廓小波变换是用金字塔多方向滤波器组（PDFB:Pyramidal Directional Filter Bank）将图像分解为不同方向的子带，它由一个拉普拉斯金字塔滤波器（LP:Laplacian Pyramid）和一个多方向滤波组的叠加。
所述轮廓小波变换算法为：首先对原图像进行一级LP变换产生一个低通子带图像和一个高通子带图像，Hn和Ln分别表示n阶LP变换后的低通图像和带通图像；第n阶的LP变换将低通图像Hn - 1分解为低通图像Hn和一个带通图像Ln ；带通图像Ln又被第
Figure 557798DEST_PATH_IMAGE001
阶方向滤波器组（DFB）进一步分解为
Figure 52233DEST_PATH_IMAGE002
个方向子带Cn 、d , d = 0 ,1 , ……　,
Figure 631245DEST_PATH_IMAGE002
 - 1，最后将分布在同方向上的奇异点连接成轮廓，得到图像的边缘。在水印的嵌入中要避免把水印信息与图像边缘重叠，保证在低通滤波时提取水印的效果。
在系统的嵌入点加密中使用椭圆加密体制加密算法为：用户A选取一条椭圆曲线
Figure 552933DEST_PATH_IMAGE005
，并取椭圆上的一点作为基点D；用户A选择一个私有密钥k,并生成公开密钥P；用户A将
Figure 790797DEST_PATH_IMAGE003
和P，D发给用户B；用户B接到信息后，将明文编码到上的一点N，并产生一个随机数r(r<m)(m为基点D的阶数)；用户B计算点N1=N+rP , N2=rD；用户A接收到信息后，计算N1-kN2,得到点N，再对点N解码得到明文。

Claims (2)

1.一种基于轮廓小波变换和椭圆加密体制加密算法的数字水印加密系统，其特征在于，首先，作者定义个人函数水印，保存水印文件；第二，作者选取水印嵌入的点，选择个人私钥，产生公钥，利用椭圆加密体制加密算法公钥加密水印嵌入点，形成加密点序列，保存加密点序列；第三，作者读入待加密的图像和个人水印，把个人水印嵌入到待加密图像中，图像的变换和逆变换采用轮廓小波变换，保存加密后的图像，形成有作者水印的作品。
2.根据权利要求1所述的基于轮廓小波变换和椭圆加密体制加密算法的数字水印加密系统，其特征在于，所述轮廓小波变换取分解为3级，8个方向。
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