CN106023053B - 基于jpeg图像的高容量文件加密隐写及提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及信息隐藏技术领域，提供一种基于JPEG图像的高容量文件加密隐写及提取方法，以解决现有的基于JPEG图像的隐写方法无法满足高容量秘密信息嵌入需求的问题。该方法包括密钥隐写、密文隐写、密钥提取和密文提取。本发明提出的技术方案充分利用了JPEG图像文件结构的冗余性，可以显著提高载体图像的嵌入容量，另外，本发明对秘密信息进行随机密钥加密，使该算法有一定的安全性，同时，本发明利用中频系数作密钥隐写的手段，既可以满足不可感知性，又具有较强的鲁棒性。

Description

基于JPEG图像的高容量文件加密隐写及提取方法
技术领域
本发明属于信息隐藏技术领域，特别涉及一种基于JPEG图像的高容量文件加密隐写及提取方法。
背景技术
目前，随着计算机技术的快速发展和各种智能终端设备的广泛普及，人们的学习、工作和生活等越来越多的信息被曝露在互联网下。在互联网下的大环境中，无时无刻都充斥着各种各样的不安全因素。一旦，个人、企业或者政府因细微的疏忽，将致使私密信息遗失，这将给遗失者带来不可估量的损失。那么，采用合适的手段将隐私信息进行隐藏，将会大幅降低这类遗失所带来的损失风险，相应地，信息隐藏技术也应运而生。
信息隐藏技术是信息安全的重要组成部分，而隐写术作为信息隐藏技术的一种重要技术手段。它可以实现秘密信息的隐蔽存储，进而为秘密信息在公开信道中的隐蔽通信提供了可能。隐写术的原理是以载体文件作为媒介，将秘密信息隐式嵌入媒介中，进而实现信息的隐藏。由于JPEG图像，不仅具有良好的可视性，而且具备良好的压缩性能，还有一定的隐蔽空间，因而，在互联网上和媒介中被广泛用来作为载体文件。
由于DCT变换技术是JPEG图像压缩的技术之一，因此，针对JPEG数字图像，常用的隐写方式是在DCT系数的LSB上嵌入秘密信息。通常，JPEG图像隐写方法，包括以下基本步骤：
(1)将载体图像的JPEG图像信息进行熵解码，以得到量化后的DCT系数；
(2)将秘密信息的每一个比特信息嵌入到DCT系数的LSB上；
(3)将含有秘密信息的DCT系数进行熵编码，从而得到载密图像。
然而，DCT系数的嵌入空间是有限的，当秘密信息的数据量变大时，会导致载体图像发生失真，从而降低了其隐蔽性的特点。因此，现有的基于JPEG图像的隐写方法，无法满足高容量秘密信息的嵌入需求。
发明内容
【要解决的技术问题】
本发明针对上述背景技术,提供一种既能够将大量秘密信息嵌入到载体图像中，又能提高秘密信息安全性的隐写方法及提取方法。
【技术方案】
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明涉及一种基于JPEG图像的高容量文件加密隐写及提取方法，包括文件隐写流程和隐写信息提取流程，
所述文件隐写流程包括步骤：
A1、选择载体图像，按照JPEG文件的数据结构对载体图像进行分段信息读取，对读取的载体图像作熵解码得到载体图像量化后的DCT系数，按文件流形式读取待加密文件并将其等分为若干个数组；
B1、随机生成加密密钥并设定密钥隐写位置，采用加密密钥对待加密文件的每个数组分别进行加密，将加密密钥隐写至密钥隐写位置，所述密钥隐写位置位于DCT系数的中频部分；
C1、对隐写入加密密钥后的DCT系数作熵编码，将加密后的文件数组分别写入载体图像的冗余段，得到载密图像，
所述隐写信息提取流程包括步骤：
A2、按照JPEG文件的数据结构对载密图像进行分段信息读取，将冗余段的信息分组保存得到密文序列数组；
B2、根据JPEG图像的解码原理对载密图像的JPEG图像信息进行熵解码得到DCT系数，根据步骤B1中设定的隐写位置得到密钥提取位置，从DCT系数的中频部分中的密钥提取位置提取出解密密钥；
C2、利用解密密钥对密文序列数组进行逐一解密得到明文序列数组，将明文序列数组进行整合得到原始文件。
作为一种优选的实施方式，所述载体图像以及载密图像的格式均为JPEG图像。
作为另一种优选的实施方式，所述密钥隐写位置以及密钥提取位置均为JPEG熵编码后DCT系数的中频部分的特定比特位。
作为另一种优选的实施方式，所述待加密文件为文本、图像、音频或视频。
【有益效果】
本发明提出的技术方案具有以下有益效果：
本发明充分利用了JPEG图像文件结构的冗余性，可以显著提高载体图像的嵌入容量；本发明对秘密信息进行随机密钥加密，使该算法有一定的安全性；同时，本发明利用中频系数作密钥隐写的手段，既可以满足不可感知性，又能够具有较强的鲁棒性。
附图说明
图1为本发明的实施例一提供的基于JPEG图像的密钥隐写方法的流程图。
图2为本发明的实施例一提供的基于JPEG图像的密文隐写方法的流程图。
图3为本发明的实施例一提供的基于JPEG图像的密钥提取方法的流程图。
图4为本发明的实施例一提供的基于JPEG图像的密文信息提取方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的具体实施方式进行清楚、完整的描述。
图1和图2为本发明实施例一提供的基于JPEG图像的文件隐写方法的流程图，该方法包括密钥隐写方法和密文隐写方法，其中密钥隐写方法包括步骤S11至步骤S16，结合附图1，下面分别对上述各个步骤进行说明。
步骤S11：选择载体图像。
步骤S11中，从载体图像数据库中随机选取一幅图像作为待加密文件隐写的载体图像。本实施例中，载体图像数据库中的图像为JPEG图像。
步骤S12：对载体图像进行分段信息读取。
步骤S12中，按照JPEG文件的数据结构对载体图像的文件进行分段信息读取。
步骤S13：获取载体图像量化后的DCT系数。
步骤S13中，基于JPEG压缩图像的解码原理，对读取的载体图像作熵解码得到载体图像量化后的DCT系数。
步骤S14：随机生成密钥K。
步骤S14中，随机生成加密密钥K并设定密钥K隐写位置，其中密钥隐写位置位于DCT系数的中频部分。
步骤S15：将密钥K隐写到密钥隐写位置。
步骤S15中，将加密密钥K隐写至密钥隐写位置，
步骤S16：将嵌入密钥的DCT系数作熵编码。
步骤S16中，对隐写入加密密钥后的DCT系数作熵编码，得到压缩的图像数据。
密文隐写方法包括步骤S21至步骤S23，结合附图2，下面分别对上述各个步骤进行说明。
步骤S21：按照文件流形式读取待加密文件并将其等分为若干个数组。
步骤S21中，按照文件流形式读取待加密文件，并将其保存到字符数组S中，将字中符数组S分割成N个一维数组[S1,S2,…SN]，N的大小按需进行设置。其待加密文件的各个一维数组的分组长度均相等，对最后一个分组，用0填充空白部分。需要说明，本实施例中的待加密文件为文本、图像、音频或视频等文件。
步骤S22：利用密钥K对步骤S21中每一个字符数组进行加密，得到相应的密文数组。
步骤S22中，利用步骤S14中生成的密钥K对步骤S21中每一个字符数组进行加密，得到相应的密文数组。
步骤S23：将密文数组分别写入载体图像的冗余段中，得到载密图像R。
步骤S23中，利用JPEG图像数据段的冗余性，将密文数组分别写入载体图像的冗余段中，得到载密图像R。
对于采用基于JPEG图像的文件隐写方法隐写的载密图像R，需要采用下述的隐写信息提取方法提取隐写信息，图3和图4为本发明实施例一提供的基于JPEG图像的隐写信息提取方法的流程图，该方法包括密钥提取方法和密文信息提取方法，其中密钥提取方法包括步骤S31至步骤S33，结合附图3，下面分别对上述各个步骤进行说明。
步骤S31：按照JPEG文件的数据结构对载密图像进行分段信息读取。
步骤S31中，对载密图像R，按照JPEG图像的数据结构进行分段信息读取。
步骤S32：对载密图像的JPEG图像信息进行熵解码得到DCT系数。
步骤S32中，按照JPEG图像的解码原理，对载密图像R的压缩图像数据，作熵解码，得到相应的量化后的DCT系数；
步骤S33：从DCT系数的中频部分中的密钥提取位置提取出解密密钥。
步骤S33中，从步骤S32中获取到的DCT系数中提取出解密密钥K，其中密钥提取位置与步骤S14中设定的密钥K的隐写位置相同。
密文信息提取方法包括步骤S41至步骤S44，结合附图4，下面分别对上述各个步骤进行说明。
步骤S41：按照JPEG文件的数据结构对载密图像进行分段信息读取。
该步骤，同加密密钥的提取方法中的步骤S31相同，提取出载密图像R中各数据段的数据信息；
步骤S42：将冗余段的信息分组保存得到密文序列数组。
步骤S42中，将冗余数据段中的信息进行分组保存，分别保存在不同的一维字符数组中。
步骤S43：对步骤S42中的密文序列数组进行解密得到明文序列数组。
步骤S43中，使用步骤S33中得到的密钥K，对步骤S43中得到的各个一维字符数组进行解密，得到N个秘密信息数组。
步骤S44：将明文序列数组进行整合得到原始文件。
步骤S44中，将步骤S43中解密得到的N个秘密信息数组进行分析整合，得到一个一维字符数组，并对其按照文件流形式存出，得到原始秘密文件。
从以上实施例可以看出，本发明实施例充分利用了JPEG图像文件结构的冗余性，可以显著提高载体图像的嵌入容量；本发明实施例对秘密信息进行随机密钥加密，使该算法有一定的安全性；同时，本发明实施例利用中频系数作密钥隐写的手段，既可以满足不可感知性，又能够具有较强的鲁棒性。
需要说明，上述描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，也不是对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于JPEG图像的高容量文件加密隐写及提取方法，其特征在于包括文件隐写流程和隐写信息提取流程，
所述文件隐写流程包括步骤：
A1、选择载体图像，按照JPEG文件的数据结构对载体图像进行分段信息读取，对读取的载体图像作熵解码得到载体图像量化后的DCT系数，按文件流形式读取待加密文件并将其等分为若干个数组；
B1、随机生成加密密钥并设定密钥隐写位置，采用加密密钥对待加密文件的每个数组分别进行加密，将加密密钥隐写至密钥隐写位置，所述密钥隐写位置位于DCT系数的中频部分；
C1、对隐写入加密密钥后的DCT系数作熵编码，将加密后的文件数组分别写入载体图像的冗余段，得到载密图像，
所述隐写信息提取流程包括步骤：
A2、按照JPEG文件的数据结构对载密图像进行分段信息读取，将冗余段的信息分组保存得到密文序列数组；
B2、根据JPEG图像的解码原理对载密图像的JPEG图像信息进行熵解码得到DCT系数，根据步骤B1中设定的隐写位置得到密钥提取位置，从DCT系数的中频部分中的密钥提取位置提取出解密密钥；
C2、利用解密密钥对密文序列数组进行逐一解密得到明文序列数组，将明文序列数组进行整合得到原始文件。
2.根据权利要求1所述的基于JPEG图像的高容量文件加密隐写及提取方法，其特征在于所述载体图像以及载密图像的格式均为JPEG图像。
3.根据权利要求1所述的基于JPEG图像的高容量文件加密隐写及提取方法，其特征在于所述密钥隐写位置以及密钥提取位置均为JPEG熵编码后DCT系数的中频部分的特定比特位。
4.根据权利要求1所述的基于JPEG图像的高容量文件加密隐写及提取方法，其特征在于所述待加密文件为文本、图像、音频或视频。
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