CN103020496A - 一种数学水印加密实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种数字水印加密实现方法，该方法首先是在对小波域中数字水印的嵌入算法研究的基础上，将混沌理论引入数字水印的创建中，提出并实现了Logistic映射产生的混沌序列嵌入小波域数字水印算法，该算法利用混沌序列所特有的不可预测性，具有密钥惟一性、不可逆性、不可见性、鲁棒性等特点。实验证明该算法具有很好的视觉效果，是一种实际可行的数字水印加密算法。

Description

一种数学水印加密实现方法
技术领域
本发明涉及一种混沌系统数字水印加密方法。属于信息安全领域中的密码技技。
技术背景
随道互联网的快速发展，网络安全问题日益严峻，信息安全问题已成为备受关注的焦点。密码技术是信息安全技术中最重要的数据保护手段，数字水印技术是信息伪装技术中最重要的内容之一，它作为加密技术的补充，在多媒体信息的版权保护与完整性认证方面得到了迅猛的发展。数字水印技术是通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌到多媒体内容当中，但不影响原内容的价值和使用，并且不能被人的知觉系统觉察。目前，大多数水印制作方案都采用密码学中的加密(包括公开密钥、私有密钥)体系来加强，在水印的嵌入、提取时采用一种密钥，甚至几种密钥联合使用，为了避免现有技术的不足，本发明提出了一种基于混沌系统的数学印加密方法，如图1所示，是一种抗攻击性较强加密方法。
发明内容
本发明提出一种混沌系统数字水印加密方法，为了避免现有技术的不足，在对小波域中数字水印的嵌入算法研究的基础上，将混沌理论引入数字水印的创建中，提出并实现了Logistic映射产生的混沌序列嵌入小波域数字水印算法，该算法利用混沌序列所特有的不可预测性，具有密钥惟一性、不可逆性、不可见性、鲁棒性等特点
本发明提出的技术方案具体步骤包括：
利用Arnold变换将水印图像置乱，置乱后图像标记为Wd。
进一步，将原始图像X经过3级小波变换，得到不同分辨率级下的细节子图
Figure BSA00000806694100011
和一个逼近子图
Figure BSA00000806694100012
Xv表示小波变换后的图像
Figure BSA00000806694100013
进一步，将所有细节子图分割成2(p+1)-2(j-1)块大小相同，且互相不重叠的子图块，并使每一子图块的大小与水印相同
X b = Block ( X v ) = { X j k , i , i = 1,2 , . . . , 2 ( p + 1 ) - 2 ( j - 1 ) } - - - ( 2 )
进一步，将水印中的数据与混沌序列进行异或运算，得到混沌序列的密文空间数字水印。
进一步，将密文数字水印中的数据分别与每一个子图块依照下式进行分块组合，这样，高频部分被反复嵌入水印，而低频部分只用嵌入一次水印
X bs i = X b i + α W d = { X j k , i ( m , n ) + α w d ( m , n ) , 0 ≤ m , n ≤ N } - - - ( 3 )
式中，α表示嵌入水印的强度，α取值要在水印可见性与强壮性之间权衡，α过大水印虽然越强壮，但嵌入水印的图像质量就会降低，反之，α取值小，图像质量虽然提高了，但同时会降低水印的强壮性。
将经过运算的子图块进行重新拼接，即得到完整的M×M大小的子图Xbs，最后再进行小波反变换，便可得到嵌入水印的图像
Xs＝IDWT(xbs)＝{xs(m，n)，0≤m，n≤M}    (4)
水印的抽取过程是嵌入的逆过程，如图2所示；
即首先将含水印图像Xs和原始图像X分别进行3级小波变换(这时的Xs可能已经经过了退化处理)，并且将各细节子图分成2(p+1)-2(j-1)块大小相同，且互不重叠的子图像，然后再把两幅图像对应位置的子图像，根据式(4)计算出从每个子图像中抽取的水印子图，这样可以得到块水印，再对它们加以平均。最后经过置乱，即可得到抽取出来的水印。
本发明的技术效果：本发明提出的上述一种基于混沌系统的数学水印加密技术方案，使用经改造后生成的密钥序列，可以置乱明文的统计结构，具有密钥空间大，敏感度较高，安全性好，抗攻击能力强的优点。
附图说明
图1为数字水印嵌入方法框图；
图2为数字水印提取方法框图；
图3为Logistic混沌映射；
图4为原始Lena图像；
图5为加水印后的Lena图像；
具体实施方式
实施例1；
选择具有不同纹理特征，大小为512×512的Lena图像作为仿真对象，如图4；
Logistic混沌映射为：
xn+1＝λxn(1-xn)    (5)
该混沌映射具有如下属性：
①当系统参数3.57＜λ＜4时，Logstic映射呈混沌状态。
②对初值具有敏感性，当x(1)＝0.98时，混沌序列具有规律性与遍历性，其映射如图3所示；
利用上述算法，对灰色Lena图像进行水印加密，其水印加密图像如图5所示；可以明显看到加混沌序列水印后图像的视觉效果
该数字水印加密算法，完成对一个灰色图像的加密。具有密钥空间大，敏感度较高，安全性好，抗攻击能力强的优点。

Claims (3)

1.一种数字水印加密实现方法，其特征在于：该方法首先是在对小波域中数字水印的嵌入算法研究的基础上，将混沌理论引入数字水印的创建中，提出并实现了Logistic映射产生的混沌序列嵌入小波域数字水印算法，该算法利用混沌序列所特有的不可预测性，具有密钥惟一性、不可逆性、不可见性、鲁棒性等特点。 
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于数学水印加密，具体步骤如下： 
1)利用Arnold变换将水印图像置乱，置乱后图像标记为Wd。 
2)将原始图像X经过3级小波变换，得到不同分辨率级下的细节子图
Figure FSA00000806694000011
和一个逼近子图
Figure FSA00000806694000012
Xv表示小波变换后的图像 
Figure FSA00000806694000013
3)将所有细节子图分割成2(p+1)2(j-1)块大小相同，且互相不重叠的子图块，并使每一子图块的大小与水印相同 
Figure FSA00000806694000014
4)将水印中的数据与混沌序列进行异或运算，得到混沌序列的密文空间数字水印。 
5)将密文数字水印中的数据分别与每一个子图块依照下式进行分块组合，这样，高频部分被反复嵌入水印，而低频部分只用嵌入一次水印 
式中，α表示嵌入水印的强度，α取值要在水印可见性与强壮性之间权衡，α过大水印虽然越强壮，但嵌入水印的图像质量就会降低，反之，α取值小，图像质量虽然提高了，但同时会降低水印的强壮性。 
6)将经过运算的子图块进行重新拼接，即得到完整的M×M大小的子图Xbs，最后再进行小波反变换，便可得到嵌入水印的图像 
Xs＝IDWT(xbs)＝{xs(m，n)，0≤m，n≤M}    (4) 。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，水印的抽取过程是嵌入的逆过程，即首先将含水印图像Xs和原始图像X分别进行3级小波变换(这时的Xs可能已经经过了退化处理)，并且将各细节子图分成2(p+1)-2(j-1)块大小相同，且互不重叠的子图像，然后再把两幅图像对应位置的子图像，根据式(4)计算出从每个子图像中抽取的水印子图，这样可以得到 
Figure FSA00000806694000016
块水印，再对它们加以平均。最后经过置乱，即可得到抽取出来的水印。 
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PB01 Publication
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