CN105426709A - 基于jpeg图像信息隐藏的私密信息通信方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信方法与系统。所述系统包括用于将待传输信息转换为二进制数据的预处理模块、用于将用户输入密码生成信息隐藏密钥的加解密模块、用于将转换后的二进制数据嵌入载体JPEG图像的信息隐藏模块、实现嵌有二进制数据信息的JPEG图像传输及分享的传输模块、用于提取嵌有二进制数据信息的图像中的二进制数据的信息提取模块；所述信息隐藏模块包括熵解码模块、信息嵌入模块及熵编码模块。本发明提供了完整的以图像为媒介的多形态信息隐藏核心算法和通信解决方案，具有重要的理论和应用价值。
Description
技术领域
本发明属于隐私保护与信息安全通信领域，具体涉及一种基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信方法与系统，实现隐私保护、隐密通信及图片分享等功能。
背景技术
随着智能手机的广泛普及和数据传输速度的大幅增加，我们已经进入了自媒体互联网时代。现如今，智能手机已成为每个人生活中不可分割的一部分，我们每天都在传递信息，每天都在拍照、分享，图片已经成为自媒体信息中最重要的信息来源。人们喜欢用手机自拍或拍摄生活的场景，私藏起来或通过社交网络（如微信、QQ、微博或Email等）分享给好友们，并希望留下当时的心情告白。可有些图片或心情涉及个人的隐私，只愿意自己一人独享留着今后慢慢品味，或只愿意分享给指定的好友、恋人或商务伙伴。因此，如何使得这些个人生活照片或心情独白得到安全保护，又可实现与特定的朋友、恋人或商务伙伴分享呢？已是大家极其关注的问题。因此，本发明提出一种基于JPEG图像信息隐藏和加密技术的私密信息安全通信系统，实现隐私保护、隐密通信及图片分享等功能。
目前针对普通大众社交通信的内容安全关注较少，特别未见有以图像为媒介的安全通信方式。与传统的社交通信软件相比，本发明采用了基于图像的信息隐藏和加密技术双重安全通信模式，有着无可比拟的独特优势。本发明以互联网最通用的JPEG图像为载体实现多媒体信息的隐密通信，采用信息隐藏和加密技术等手段，将私密信息（文本、语音、图片或pdf等文件）加密后隐藏入普通的一张图片中，通过点对点通信或互联网传播。由于采用基于信息隐藏的图片通信方法，使得外人无法知晓哪张图片承载私密信息，增加了信息传播的隐密性和可靠性，相比普通的加密，本发明更加隐蔽、更安全，即便被截获，也不会引起注意。在这个全球隐私失控的时代，本发明能够更好地保护您的隐私，是反监控的利器，这是一种实现私密聊天与安全通信的全新方式。
JPEG图像是目前网络应用、数码相机及智能手机等领域使用最广泛的图像格式。但JPEG压缩算法以其较高的压缩率取胜，在JPEG图像中隐藏信息难度较大，而且在互联网传输过程中，信息隐藏还要能够抵抗JPEG压缩。虽然目前已经有很多在JPEG图像中嵌入信息的隐写或水印算法，但隐藏的信息量不大。现有相关研究工作主要集中于文本信息或二值图像的隐藏，而针对语音和彩色图片信息的隐藏则研究极少，其中，文献[1]提出的一种新的数据隐藏方法是在一段视频中隐藏一副彩色图像；文献[2]所提出的方法，虽然可以实现在JPEG图像中1:1地隐藏另一幅图像，但在信息提取时需要原始图像的参与，且信息隐藏对原始图像质量影响较大。文献[3]提出一种可变码率的图像隐藏图像的方法，但数据嵌入率较低。可见，以上方法均难以满足本发明的应用需求。文献[4]提出一种基于矩阵运算的JPEG图像信息隐藏算法，具有较高的数据嵌入率及较好隐蔽性。因此，为了满足本发明的需求，即大容量、多形态的信息隐藏的需求，本发明采用的信息隐藏算法对文献[4]所提算法进行改进，提高容量，并实现语音、图片等信息的隐藏。该方法可在长为n=2m比特宿主信息中，最多修改比特而能嵌入m比特的数据，信息嵌入率较高，且在应用到JPEG图像中，对宿主信息的修改不易被察觉，增强了嵌入信息的不可见性。
参考文献：
[1]田源,程义民,王以孝.一种新的数据隐藏方法[J].电子学报,2004,32(9):1444-1447.
[2]詹玲超,黄继风,姜林美.一种基于DCT系数的图像隐藏方法[J].计算机技术与发展,2006,16(10):39-41.
[3]TamimiAA,AbdallaAM,Al-AllafO.HidinganImageinsideanotherImageusingVariable-RateSteganography[J].InternationalJournalofAdvancedComputerScience&Application,2013,4(10):18-21.
[4]邱应强,程义民,谢春辉,等.一种基于JPEG压缩图像的信息隐藏方法[J].电路与系统学报,2008,13(5):129-135.。
发明内容
本发明的目的在于提供一种完整的以图像为媒介的多形态信息隐藏核心算法和通信解决方案，具有重要的理论和应用价值的基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信方法与系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信方法，包括如下步骤，
步骤S1：对用户输入的密码，通过SM3密码杂凑算法，生成一预定长度的二进制串作为信息隐藏的密钥；
步骤S2：将待传输信息转换为二进制数据，结合步骤S1生成的密钥，形成待隐藏二进制信息；
步骤S3：选取载体图像，并将其转换为JPEG图像格式，经过熵解码，获得一系列8×8子块DCT系数经量化的数据序列，而后在每一子块中选取其中部分中低频量化系数的低位按原顺序排列组成宿主可修改向量，并根据嵌入的待隐藏二进制信息确定修改数位信息，然后修改宿主数据，嵌入待隐藏二进制信息；
步骤S4：将步骤S3得到的含隐藏信息的8×8DCT域量化系数序列进行熵编码，得到嵌入待隐藏二进制信息的JPEG压缩图像数据；
步骤S5：对步骤S4获取的JPEG压缩图像数据，采用步骤步骤S3-S4的逆过程，即可实现JPEG图像中隐藏信息的提取。
在本发明实施例中，针对待传输信息的关键索引信息，采用具有抗压缩性能的信息隐藏算法来隐藏待传输信息的关键索引信息；该算法是基于DCT量化系数之间的大小关系来进行的，即在步骤S3中，在获得的每一个8×8DCT量化系数子块中，依据量化表值，选取一对中频量化系数，最后利用系数之间的大小关系来隐藏关键数据。
在本发明实施例中，所述步骤S1用户输入的密码包括口令密码、拼图密码。
在本发明实施例中，所述待传输信息为文本数据、语音数据、JPEG图像数据或文档类数据信息。
在本发明实施例中，所述JPEG图像数据的隐藏方式具体如下：
步骤S41：对待隐藏JPEG图像数据预处理：
设待隐藏JPEG图像亮色分量Y某分块DCT系数量化后的8×8数据矩阵为H(i,j)，将该矩阵按如下方式分解：
H=8×A+B
取出矩阵A和B中的非零数据，即需隐藏的数据，每个数据可用3个比特表示，数据按ZigZag顺序，并将采用比特表示完整的A和B矩阵合并，且用000表示为A和B矩阵的间隔，形成二进制数据；另，因B矩阵数据的位置需要标识，故用矩阵P(i,j)表示H(i,j)中正数的位置，用矩阵N(i,j)表示H(i,j)中负数的位置；
步骤S42：记录待隐藏JPEG图像数据的基础信息，包括待隐藏JPEG图像数据的图像分辨率、品质因子及数据长度，用于信息提取时恢复图像；
步骤S43：将载体图像转换为载体JPEG图像，以载体JPEG图像中Y通道为主CbCr通道为辅的形式来隐藏数据；采用最小编码单元MCU模块来进行编解码，一个MCU包含4个Y通道的8×8数据块、1个Cb通道8×8数据块及1个Cr通道8×8数据块，共6个数据块，因此，可取CbCr通道数据块来隐藏系数矩阵正负数的位置信息，即利用设置系数的奇偶性隐藏正负数位置矩阵；4个Y通道的数据块用来隐藏系数二进制数据，选取其中位置为10～25的16个中低频系数最低两位生成可修改宿主向量，每块隐藏16bit，共可隐藏64bit数据，若待隐藏数据不足64位的后续补零，超出部分采取截断处理；由此获得嵌入待隐藏二进制信息的JPEG压缩图像数据。
在本发明实施例中，所述步骤S3-S5具体实现如下：
设n为可修改宿主数据长度，m为待隐藏数据长度，当时，设为可修改宿主数据n维列向量，为待嵌入隐藏信息组成的m维列向量，为待隐藏信息隐藏后生成的n维宿主信息列向量；为n维密钥流列向量；
令矩阵，由一个m阶单位矩阵I和一个m阶方阵构成，其中，m阶方阵满足：，因此有m阶矩阵如下：
令维列向量为：
再令维二值列向量，来表述隐藏信息数据与的距离，其中，为模2运算；
（1）若，则有，宿主向量不作改变，即，有：；
（2）若中“1”的个数为：，则对中每一值为“1”的行，一定能在子阵I中找到唯一的相应行值为“1”的列向量，共个列向量，可使得：；
（3）若中“1”的个数为：，则其中“0”的个数为：；因此，则对中每一值为“0”的行，一定能在子阵中找到唯一的相应行值为“0”的列向量，共个列向量，使：；
（4）对选定列向量所对应的位置对进行修改，即：
得到的二值向量；
对JPEG压缩图像数据隐藏信息的提取，只需计算，即可：
。
本发明还提供了一种基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信系统，包括用于将待传输信息转换为二进制数据的预处理模块、用于将用户输入密码生成信息隐藏密钥的加解密模块、用于将转换后的二进制数据嵌入载体JPEG图像的信息隐藏模块、实现嵌有二进制数据信息的JPEG图像传输及分享的传输模块、用于提取嵌有二进制数据信息的图像中的二进制数据的信息提取模块；所述信息隐藏模块包括熵解码模块、信息嵌入模块及熵编码模块。
在本发明实施例中，所述待传输信息为文本数据、语音数据、JPEG图像数据或文档类数据信息。
在本发明实施例中，所述传输模块采用三种传输方式：（1）针对系统自身点对点传输，采用载体原图传输模式；（2）针对系统与其余社交平台点对点通信的情形，采用基于抗压缩信息隐藏的图像分享传输方式；（3）API接口方式。
在本发明实施例中，所述信息提取模块采用两种信息提取方式：（1）APP方式：安装APP的移动终端拥有隐密图片监听功能，若有新到的隐密图片，能自动监听并将其存入指定数据库；（2）WEB方式：若移动终端中未安装APP，用户可通过官方WEB网站，将图片上传，进行隐藏信息提取。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明信息隐藏针对JPEG图像进行，可高效、大容量地隐藏文本、语音、图像或pdf等文件，以及针对跨平台分享时图片被强压缩的特点，提出一种抗压缩的信息隐藏算法；在接收端，通过盲提取算法实现私密信息的提取；跨平台通信模块实现本系统与目前主流的社交平台如微信、QQ、微博等的一键分享通信，也可通过Email方式进行传输，还可通过WEB方式实现图片私密信息的解密与提取；此外，可为第三方用户提供调用本系统核心功能的API接口；该发明提供了完整的以JPEG图像为载体的多形态信息隐藏核心算法和安全通信解决方案，具有重大的理论和应用价值。
附图说明
图1为本发明整体方案结构图。
图2为本发明待隐藏图像信息8*8分块DCT系数量化后数据矩阵H。
图3为图2H矩阵分解后的矩阵A和矩阵B。
图4为图2H矩阵的系数矩阵正负数位置矩阵。
图5为本发明基于矩阵的JPEG图像信息隐藏算法框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1-5所示，本发明的一种基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信方法，包括如下步骤，
步骤S1：对用户输入的密码，通过SM3密码杂凑算法，生成一预定长度的二进制串作为信息隐藏的密钥；
步骤S2：将待传输信息转换为二进制数据，结合步骤S1生成的密钥，形成待隐藏二进制信息；
步骤S3：选取载体图像，并将其转换为JPEG图像格式，经过熵解码，获得一系列8×8子块DCT系数经量化的数据序列，而后在每一子块中选取其中部分中低频量化系数的低位按原顺序排列组成宿主可修改向量，并根据嵌入的待隐藏二进制信息确定修改数位信息，然后修改宿主数据，嵌入待隐藏二进制信息；
步骤S4：将步骤S3得到的含隐藏信息的8×8DCT域量化系数序列进行熵编码，得到嵌入待隐藏二进制信息的JPEG压缩图像数据；
步骤S5：对步骤S4获取的JPEG压缩图像数据，采用步骤步骤S3-S4的逆过程，即可实现JPEG图像中隐藏信息的提取。
且相应的本发明还提供了一种基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信系统，包括用于将待传输信息转换为二进制数据的预处理模块、用于将用户输入密码生成信息隐藏密钥的加解密模块（采用SM3密码杂凑算法，且采用口令验证、拼图加解密两种安全模式，该加解密模块与上述方法中的步骤S1相应）、用于将转换后的二进制数据嵌入载体JPEG图像的信息隐藏模块（该信息隐藏模块与上述方法中的步骤S3至S5相应）、实现嵌有二进制数据信息的JPEG图像传输及分享的传输模块、用于提取嵌有二进制数据信息的图像中的二进制数据的信息提取模块；所述信息隐藏模块包括熵解码模块、信息嵌入模块及熵编码模块。
以下对本发明的技术方案进行具体阐述。
加密与解密模块（与方法步骤S1内容相应）
本发明的加密采用由SM3密码杂凑算法生成的信息隐藏密钥的方式来实现的。SM3密码杂凑算法可以对长度为l(l<264)比特的消息m进行填充和迭代压缩，生成杂凑值，杂凑值长度为256比特。结合信息隐藏的要求，截取杂凑值中一定的长度的二进制串作为信息隐藏的密钥。在本发明中，用户输入的密码可由字母、数字或字符组成的不固定长度的字符串组成，SM3密码杂凑算法函数的输入，输出256比特固定长度的杂凑值。SM3密码杂凑算法适用于商用密码应用中的数字签名和验证、消息认证码的生成与验证以及随机数的生成，可满足多种密码应用的安全需求。解密过程中，用户输入同样的密码，作为SM3密码杂凑算法的输入，生成固定长度的杂凑值，并按预定的规则截取其中一定长度的二进制串作为隐藏信息提取的密钥，实现隐藏信息的提取。
为了让用户有更好的安全体验，还提供口令验证、拼图加解密两种安全模式；口令验证为隐私模式，即只有懂得加密口令的人才能解出其中的秘密信息；拼图解密可以提供趣味的解密模式，增加了朋友之间或商户之间通信的趣味性。
信息隐藏与提取模块（与方法步骤S3-S5内容相应）
本发明的信息隐藏算法是针对JPEG图像进行的，因为JPEG图像是目前网络应用、数码相机及智能手机等领域使用最广泛的图像格式。但JPEG压缩算法以其较高的压缩率取胜，在JPEG图像中隐藏信息难度较大，信息隐藏要能够抵抗JPEG压缩。且本发明方法在应用到JPEG图像中，对宿主信息的修改不易被察觉，增强了嵌入信息的不可见性。
大容量信息隐藏与提取算法（针对待传输信息为大容量信息）
基于JPEG图像的信息隐藏包含熵解码、信息嵌入、熵编码三个模块。JPEG压缩图像数据经熵解码，可以得到一系列8×8子块DCT系数经量化的数据序列。在每一子块中选取其中部分中低频量化系数的低位按原顺序排列组成宿主可修改向量，并根据嵌入信息确定修改数位信息，然后修改宿主数据，嵌入待隐藏信息。用修改后的宿主信息直接取代相应的量化系数最低位后，将含隐藏信息的8×8DCT域量化系数序列进行熵编码，结合密钥和嵌入／提取矩阵可计算出嵌入信息，最终得到嵌入后的JPEG压缩图像数据。基于JPEG图像的信息隐藏框图如下图5所示。
算法具体描述如下：
设n为可修改宿主数据长度，m为待隐藏数据长度，当时，设为可修改宿主数据n维列向量，为待嵌入隐藏信息组成的m维列向量，为待隐藏信息隐藏后生成的n维宿主信息列向量；为n维密钥流列向量；
令矩阵，由一个m阶单位矩阵I和一个m阶方阵构成，其中，m阶方阵满足：，因此有m阶矩阵如下：
令维列向量为：
再令维二值列向量，来表述隐藏信息数据与的距离，其中，为模2运算；
（1）若，则有，宿主向量不作改变，即，有：；
（2）若中“1”的个数为：，则对中每一值为“1”的行，一定能在子阵I中找到唯一的相应行值为“1”的列向量，共个列向量，可使得：；
（3）若中“1”的个数为：，则其中“0”的个数为：；因此，则对中每一值为“0”的行，一定能在子阵中找到唯一的相应行值为“0”的列向量，共个列向量，使：；
（4）对选定列向量所对应的位置对进行修改，即：
得到的二值向量；
对JPEG压缩图像数据隐藏信息的提取，
。
2.2抗压缩信息隐藏与提取算法（针对待传输信息的索引关键信息）
由于主流社交平台如微信（朋友圈）、微博、QQ等，对传输的图片会进行压缩处理以节省流量和存储空间。为了避免图片在跨平台分享时，所隐藏的关键信息发生丢失的问题，本发明提出一种JPEG图像的抗压缩信息隐藏算法，该算法主要基于DCT量化系数关系进行关键信息隐藏。
为了保证图像质量受到更小的影响，选择仅在Y亮色通道中实现信息隐藏，且每一个8×8的DCT量化系数块仅隐藏1个bit数据。
在抗压缩信息隐藏算法的设计中，在8×8子块中选择嵌入位置是重要环节之一。DCT系数的直流分量和低频分量集中了图像的大部分能量，修改后容易影响图像质量，而高频分量易受JPEG压缩的影响，因此一般应选择中频位置来嵌入信息，既可保证图像质量，又可尽量减少因为压缩而引起的错误。
选取两个DCT系数后，利用系数之间的大小关系来隐藏数据。设两个系数为a和b。信息的嵌入和提取的算法描述如下：
当要嵌入0时，判断a和b的关系，当a≥b时，a、b值不变；当a＜b，a=b=(a+b)/2，四舍五入。
当要嵌入1时，判断a和b的关系，当a＜b时，a、b值不变；当a≥b，a=(a+b)/2-1，b=(a+b)/2+1，四舍五入。
信息提取时，判断a和b的关系，当a≥b时，提取嵌入信息0；当a＜b时，提取嵌入信息1。
多形态数据隐藏策略
本发明为基于JPEG图像的多种形态信息的隐藏，涉及图像不同通道、不同的隐藏对象。在JPEG压缩中，不同的通道有着不同的压缩率，且不同隐藏对象有着不同的文件格式和信息量，因此需要采用不同的隐藏策略。
在JPEG压缩中，三通道YCbCr有着不同的压缩比例，为4:1:1。经验证，在CbCr两通道中隐藏信息对图像质量影响较大。为了保证载体图像的质量，本发明除了图片数据隐藏用到CbCr两个通道隐藏位置信息外，其余的仅是在Y亮度通道中隐藏信息。
首先针对不同大小的信息量，采用不同的图像分辨率来适应。最小分辨率选择为512×512，并以信息量的大小反向选择载体图像的大小，图像太大进行缩小或裁切，图像偏小则进行双线性插值扩展。
文本数据隐藏
由于通信的文本一般不长，一般采用最小分辨率512×512的图像进行隐藏即可，即对原图进行缩小和裁切。每个8×8子块隐藏一个字节（8bit）数据，即选取其中位置为10～25的16个中低频系数的最低位形成可修改的宿主向量，一张512×512的JPEG图像的Y通道可以隐藏4096个字节，完全足够即时通信文本的需求。为了适应随意长度文本的隐藏和提取，本发明在文本二进制序列的最前面增加二个字节来记录字符长度，即指明后续采用了多少图像子块来隐藏数据，便于解码。
语音数据隐藏
本发明涉及的语音采用AMR格式。AMR为一种自适应多速率音频编码文件格式，是手机端普遍支持的音频文件格式，主要用于移动设备的音频压缩，压缩比高，1秒语音压缩可压缩在1-2KB左右。同样采用每个8×8子块隐藏一个字节（8bit）数据，即选取其中位置为10～25的16个中低频系数的最低位形成可修改的宿主向量。一张200万像素JPEG图像的Y通道可以隐藏30KB，近30秒的语音。针对目前主流手机相机分辨率，一般都达到500万像素以上，可以隐藏更长的语音。为了保证传输效率，可以限制即时语音的长度，如30秒。此外，为了适应随意长度的语音信息的隐藏和提取，本发明在语音二进制序列的最前面增加二个字节来记录字符长度，即指明后续采用了多少图像子块来隐藏数据，便于解码。
图片数据隐藏
由于图片格式多样且数据量较大，需要对图片数据进行转化。
（1）载体图像预处理：对载体图进行文件格式转换，本发明支持用户选择任意格式的载体图像，即在预处理时会将载体图像统一转化为JPEG格式，以适应本发明的算法。
（2）待隐藏图片预处理：为了提高隐藏效率，需要对待隐藏的JPEG图片数据进行预处理，步骤如下：
1）子块数据矩阵分解：
设一待隐藏JPEG图像亮色分量Y某分块DCT系数量化后的8×8数据矩阵为H(i,j)，如图2所示：
可见，数据多集中于矩阵左上角的低中频部分，其中值大于10的数据很少。针对DCT系数量化后数据的特点，对此矩阵数据进行分解。把待隐数据矩阵分解为A和B两个矩阵，分解方式为：
H=8×A+B
因为DCT系数量化后一般不大于63。这样可以减小待隐藏数据，每个数据均可用3个比特表示。H矩阵则分解成如如3所示，A和B矩阵。
2）取出矩阵A和B中的非零数据，即需隐藏的数据，每个数据即可用3个比特表示。可知，A矩阵中的数据极少，其中直流分量可直接表示（一般均大于8），其余可以用（位置,数值）来表示，位置按ZigZag顺序。如A矩阵，可表示为（010）（001001）9个比特。B矩阵按ZigZag顺序有：332-7-1121-3-541，其中负号用位置来标识，可以转化为二进制：011011010111001001010001011101100001。因此，以上A和B矩阵合并，可以表示为：010001001000011011010111001001010001011101100001，共48比特。其中用000表示为A和B矩阵的间隔。
另外，B矩阵数据的位置需要标识。因此，用矩阵P（i,j）表示H(i,j)中正数的位置。用矩阵N（i,j）表示H(i,j)中负数的位置，如图4所示。
（3）记录基础信息：包括待隐藏图片的图像分辨率（即高和宽）、品质因子及数据长度，用于信息提取时恢复图像。
（4）隐藏策略：为了提高数据隐藏量，以JPEG图像中Y通道为主CbCr通道为辅的形式来隐藏数据。采用以MCU（最小编码单元）模块来进行编解码的，一个MCU包含4个Y通道的8×8数据块、1个Cb通道8×8数据块及1个Cr通道8×8数据块，共6个数据块。因此，可取CbCr通道数据块来隐藏系数矩阵正负数的位置信息，即利用设置系数的奇偶性隐藏正负数位置矩阵；4个Y通道的数据块用来隐藏系数二进制数据，选取其中位置为10～25的16个中低频系数最低两位生成可修改宿主向量每块隐藏16bit，共可隐藏64bit数据，实际应用中，待隐藏数据不足64位的后续补零，超出部分采取截断处理。由于经DCT变换与量化后的系数个数少，采用这种方法不但考虑了CbCr通道对隐藏数据的敏感性，还兼顾了算法的稳健性。
文档类数据隐藏
本发明支持用户选择不同类型的文档，即在预处理时会将待隐藏的文档统一转化为pdf格式文件后，再进行隐藏。同样采用每个8×8子块隐藏一个字节（8bit）数据，即选取其中位置为10～25的16个中低频系数的最低位形成可修改的宿主向量。为了保证传输效率，对pdf文件的大小进行限制，如5页以内或200KB。此外，为了适应随意长度的文件信息的隐藏和提取，本发明在二进制序列的最前面增加二个字节来记录字符长度，即指明后续采用了多少图像子块来隐藏数据，便于解码。
关键数据抗压缩隐藏
为了避免图片在跨平台分享或传输时，所隐藏的关键信息发生丢失的问题，针对关键数据的抗压缩隐藏策略如下：
本发明采用多次（奇数）重复隐藏的方法，提取后，采用以多数者为正确的判定原则，实现信息的自纠错。为了进一步提高隐藏信息的抗压缩与干扰性，对关键数据进行编码时，使得不同数据间的距离大于2个字符以上。在提取出关键数据后，采用最短距离最优法进行匹配，以确定出正确的数据。
跨平台分享技术
为了满足用户对通信便捷性与多通道性的需求，本发明提供跨平台多通道的图片通信与分享方式，除支持点对点的通信（数据传输）外，还支持基于其他主流社交网络（微信、微博与QQ等）的图片分享及邮件附件方式的图片传播。
为适应点对点通信与跨平台分享的不同特性，本发明提供三种信息传输与隐藏的方式。
（1）以文件（即原图）的形式进行图像传输，采用2.1所述的大容量信息隐藏与提取的方法，主要适应于系统点对点通信，也可用于跨平台非压缩式的文件分享。
（2）以少量关键信息隐藏的形式进行图像传输，采用2.2所述的抗压缩的信息隐藏与提取的方法，待隐藏文件或图片存储于服务器，隐藏的关键信息则指向远程服务器存储地址。该方法主要为了适应于跨平台的图像分享，可抗多次压缩，当然也可用于点对点通信。为了保证信息的隐密性，存储于数据库的图片或文件都是经过加密的数据，仅有在客户端下载后输入口令验证后方能查看。
（3）API方式，将本发明的相关关键算法封装成API，提供给其他社交平台，作为一个可直接调用的系统功能，用户在其平台上就可实现图像信息隐藏与提取功能。
两种隐藏信息提取方式
在接收端，提供两种隐藏信息提取方式：APP和WEB。安装APP的移动终端拥有隐密图片监听功能，若有新到的隐密图片（通过特殊标识位分析），能自动监听并将其存入指定数据库，然后用户可直接在APP点击并查看。
若终端中未安装APP，用户可通过官方WEB网站，将图片上传，进行隐藏信息提取或解密后，获取图片中的信息。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤S1：对用户输入的密码，通过SM3密码杂凑算法，生成一预定长度的二进制串作为信息隐藏的密钥；
步骤S2：将待传输信息转换为二进制数据，结合步骤S1生成的密钥，形成待隐藏二进制信息；
步骤S3：选取载体图像，并将其转换为JPEG图像格式，经过熵解码，获得一系列8×8子块DCT系数经量化的数据序列，而后在每一子块中选取其中部分中低频量化系数的低位按原顺序排列组成宿主可修改向量，并根据嵌入的待隐藏二进制信息确定修改数位信息，然后修改宿主数据，嵌入待隐藏二进制信息；
步骤S4：将步骤S3得到的含隐藏信息的8×8DCT域量化系数序列进行熵编码，得到嵌入待隐藏二进制信息的JPEG压缩图像数据；
步骤S5：对步骤S4获取的JPEG压缩图像数据，采用步骤S3-S4的逆过程，即可实现JPEG图像中隐藏信息的提取。
2.根据权利要求1所述的基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信方法，其特征在于：针对待传输信息的关键索引信息，采用具有抗压缩性能的信息隐藏算法来隐藏待传输信息的关键索引信息；该算法是基于DCT量化系数之间的大小关系来进行的，即在步骤S3中，在获得的每一个8×8DCT量化系数子块中，依据量化表值，选取一对中频量化系数，最后利用系数之间的大小关系来隐藏关键数据。
3.根据权利要求1所述的基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信方法，其特征在于：所述步骤S1用户输入的密码包括口令密码、拼图密码。
4.根据权利要求1所述的基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信方法，其特征在于：所述待传输信息为文本数据、语音数据、JPEG图像数据或文档类数据信息。
5.根据权利要求4所述的基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信方法，其特征在于：所述JPEG图像数据的隐藏方式具体如下：
步骤S41：对待隐藏JPEG图像数据预处理：
设待隐藏JPEG图像亮色分量Y某分块DCT系数量化后的8×8数据矩阵为H(i,j)，将该矩阵按如下方式分解：
H=8×A+B
取出矩阵A和B中的非零数据，即需隐藏的数据，每个数据可用3个比特表示，数据按ZigZag顺序，并将采用比特表示完整的A和B矩阵合并，且用000表示为A和B矩阵的间隔，形成二进制数据；另，因B矩阵数据的位置需要标识，故用矩阵P(i,j)表示H(i,j)中正数的位置，用矩阵N(i,j)表示H(i,j)中负数的位置；
步骤S42：记录待隐藏JPEG图像数据的基础信息，包括待隐藏JPEG图像数据的图像分辨率、品质因子及数据长度，用于信息提取时恢复图像；
步骤S43：将载体图像转换为载体JPEG图像，以载体JPEG图像中Y通道为主CbCr通道为辅的形式来隐藏数据；采用最小编码单元MCU模块来进行编解码，一个MCU包含4个Y通道的8×8数据块、1个Cb通道8×8数据块及1个Cr通道8×8数据块，共6个数据块，因此，可取CbCr通道数据块来隐藏系数矩阵正负数的位置信息，即利用设置系数的奇偶性隐藏正负数位置矩阵；4个Y通道的数据块用来隐藏系数二进制数据，选取其中位置为10～25的16个中低频系数最低两位生成可修改宿主向量，每块隐藏16bit，共可隐藏64bit数据，若待隐藏数据不足64位的后续补零，超出部分采取截断处理；由此获得嵌入待隐藏二进制信息的JPEG压缩图像数据。
6.根据权利要求1所述的基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信方法，其特征在于：所述步骤S3-S5具体实现如下：
设n为可修改宿主数据长度，m为待隐藏数据长度，当时，设为可修改宿主数据n维列向量，为待嵌入隐藏信息组成的m维列向量，为待隐藏信息隐藏后生成的n维宿主信息列向量；为n维密钥流列向量；
令矩阵，由一个m阶单位矩阵I和一个m阶方阵构成，其中，m阶方阵满足：，因此有m阶矩阵如下：
令维列向量为：
再令维二值列向量，来表述隐藏信息数据与的距离，其中，为模2运算；
（1）若，则有，宿主向量不作改变，即，有：；
（2）若中“1”的个数为：，则对中每一值为“1”的行，一定能在子阵I中找到唯一的相应行值为“1”的列向量，共个列向量，可使得：；
（3）若中“1”的个数为：，则其中“0”的个数为：；因此，则对中每一值为“0”的行，一定能在子阵中找到唯一的相应行值为“0”的列向量，共个列向量，使：；
（4）对选定列向量所对应的位置对进行修改，即：
得到的二值向量；
对JPEG压缩图像数据隐藏信息的提取，只需计算，即可：
。
7.一种基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信系统，其特征在于：包括用于将待传输信息转换为二进制数据的预处理模块、用于将用户输入密码生成信息隐藏密钥的加解密模块、用于将转换后的二进制数据嵌入载体JPEG图像的信息隐藏模块、实现嵌有二进制数据信息的JPEG图像传输及分享的传输模块、用于提取嵌有二进制数据信息的图像中的二进制数据的信息提取模块；所述信息隐藏模块包括熵解码模块、信息嵌入模块及熵编码模块。
8.根据权利要求7所述的基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信系统，其特征在于：所述待传输信息为文本数据、语音数据、JPEG图像数据或文档类数据信息。
9.根据权利要求7所述的基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信系统，其特征在于：所述传输模块采用三种传输方式：（1）针对系统自身点对点传输，采用载体原图传输模式；（2）针对系统与其余社交平台点对点通信的情形，采用基于抗压缩信息隐藏的图像分享传输方式；（3）API接口方式。
10.根据权利要求7所述的基于JPEG图像信息隐藏的私密信息通信系统，其特征在于：所述信息提取模块采用两种信息提取方式：（1）APP方式：安装APP的移动终端拥有隐密图片监听功能，若有新到的隐密图片，能自动监听并将其存入指定数据库；（2）WEB方式：若移动终端中未安装APP，用户可通过官方WEB网站，将图片上传，进行隐藏信息提取。
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