CN106339975A - 一种数字图像秘密分享及恢复方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种数字图像秘密分享方法、恢复方法及装置，包括：构造分享二维阵列；将待秘密分享图像以及将m‑1个掩盖图像中每个图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照预设像素点顺序，存储到分享二维阵列的对应列的各存储空间块中；基于分享二维阵列的前m列，按照预设冗余列构造算法，构造冗余列；将冗余列中的冗余位数据，分别按照预设替换顺序，替换第m个掩盖图像和第m+1个掩盖图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位的数据，得到2个替换后图像；将前m‑1个掩盖图像与该2个替换后图像，确定为与待秘密分享图像对应的m+1个影子图像。采用本方案，提高了恢复秘密图像的精确度。

Description

一种数字图像秘密分享及恢复方法及装置

技术领域

本发明涉及图像信息隐藏技术领域，尤其涉及一种数字图像秘密分享方法、恢复方法及装置。

背景技术

数字图像作为网络中表达和存储信息的一种手段，比其他诸多类型的数字信息更生动而且直观，但其内容可能含有涉及安全问题的敏感信息，因此需要通过加密处理后才可进行传输。通过图像秘密分享方案可以保护数字图像的有效性、保证通过数字图像输出的信息不被截获和篡改。

目前，现有技术中的数字图像秘密分享方案，实现了灰度图像的秘密分享，但该方案恢复秘密图像的精确度并不高，而且在存储、传输以及计算上还存在着极大的浪费。

发明内容

本发明实施例提供一种数字图像秘密分享方法、恢复方法及装置，用以解决现有技术中存在的恢复秘密图像的精确度较低的问题。

本发明实施例提供一种数字图像秘密分享方法，包括：

构造(m-1)×(m+3)的分享二维阵列，所述分享二维阵列的元素作为存 储空间块C_i,j，i表示行，j表示列，且0≤i＜m-1，0≤j＜m+3，m是素数；

将待秘密分享图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照预设像素点顺序，存储到所述分享二维阵列的R₀列的各存储空间块中，以及将m-1个掩盖图像中每个图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照所述预设像素点顺序，分别对应存储到所述分享二维阵列的R_j列的各存储空间块中，其中，第j个掩盖图像与R_j列对应，所述待秘密分享图像与所述m-1个掩盖图像具有相同类型和尺寸；

基于所述分享二维阵列的前m列，按照预设冗余列构造算法，构造冗余列R_m+1和R_m+2；

将所述冗余列R_m+1和R_m+2中的冗余位数据，分别按照预设替换顺序，替换第m个掩盖图像和第m+1个掩盖图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位的数据，得到2个替换后图像；

将前m-1个掩盖图像与所述2个替换后图像，确定为与所述待秘密分享图像对应的m+1个影子图像。

进一步的，针对所述待秘密分享图像和所述m-1个掩盖图像中一个图像，将该图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照预设像素点顺序，存储到所述分享二维阵列的该图像对应列的各存储空间块中，具体包括：

当该图像的像素点的数量能够被m-1整除时，按照预设像素点顺序，将该图像的像素点依次划分为m-1等份，划分后每份像素点的数量为t，当该图像的像素点的数量不能够被m-1整除时，将该数量增加到刚好能够被m-1整除后，按照预设像素点顺序，将增加后的该图像的像素点依次划分为m-1等份，划分后每份像素点的数量为t；

针对m-1等份中的每一等份，将该等份的t个像素点的像素值对应的比特数据连接起来，得到一个比特串；

依次将m-1等份各自对应的比特串，分别存储到所述分享二维阵列的该图像对应列的m-1个存储空间块中。

进一步的，基于所述分享二维阵列的前m列，按照预设冗余列构造算法，构造冗余列R_m+1和R_m+2，包括：

采用如下公式构造冗余列R_m+1中的每个存储空间块C_i,m+1：

$C_{i,m+1}=S_1\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{C}_{<i-j{>}_m,j}\right);$

$S_1=\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{C}_{<m-1-j{>}_m,j};$

采用如下公式构造冗余列R_m+2中的每个存储空间块C_i,m+2：

$C_{i,m+2}=S_2\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{C}_{<i+j{>}_m,j}\right);$

$S_2=\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{C}_{<j-1{>}_m,j};$

其中，<x>_p表示x mod p。

进一步的，像素点的像素值对应的比特数据为8位比特数据；

第m个掩盖图像和第m+1个掩盖图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位为后2位；

第m个掩盖图像和第m+1个掩盖图像的像素点数量，为所述待秘密分享图像的像素点数量的四倍。

本发明实施例还提供一种对采用上述方法分享的数字秘密图像进行恢复的方法，已知所述m+1个影子图像中的m个影子图像，所述方法包括：

构造(m-1)×(m+3)的恢复二维阵列，所述恢复二维阵列的元素作为存 储空间块D_i,j，i表示行，j表示列，且0≤i＜m-1，0≤j＜m+3，m是素数；

将所述m个影子图像中属于所述前m-1个掩盖图像的每个图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照所述预设像素点顺序，分别存储到所述恢复二维阵列的P_j列的各存储空间块中，其中，前m-1个掩盖图像中第j个掩盖图像与P_j列对应；

当所述m个影子图像中包括所述2个替换后图像中的第1个替换后图像时，将所述第1个替换后图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位的数据，对应存储到所述恢复二维阵列的冗余列P_m+1中；

当所述m个影子图像中包括所述2个替换后图像中的第2个替换后图像时，将所述第2个替换后图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位的数据，对应存储到所述恢复二维阵列的冗余列P_m+2中；

基于所述恢复二维阵列中所述m个影子图像各自对应的列，按照所述预设冗余列构造算法对应的译码算法，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列；

将P₀列的各存储空间块中存储的数据作为数字秘密图像的像素点的像素值对应的比特数据，恢复出所述数字秘密图像。

进一步的，针对所述m个影子图像中属于所述前m-1个掩盖图像中的一个图像，将该图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照所述预设像素点顺序，存储到所述恢复二维阵列的该图像对应列的各存储空间块中，具体包括：

当该图像的像素点的数量能够被m-1整除时，按照预设像素点顺序，将该图像的像素点依次划分为m-1等份，划分后每份像素点的数量为t， 当该图像的像素点的数量不能够被m-1整除时，将该数量增加到刚好能够被m-1整除后，按照预设像素点顺序，将增加后的该图像的像素点依次划分为m-1等份，划分后每份像素点的数量为t；

针对m-1等份中的每一等份，将该等份的t个像素点的像素值对应的比特数据连接起来，得到一个比特串；

依次将m-1等份各自对应的比特串，分别存储到所述恢复二维阵列的该图像对应列的m-1个存储空间块中。

进一步的，当已知所述m+1个影子图像中的m个影子图像为所述前m-1个掩盖图像和所述2个替换后图像中的第1个替换后图像时，基于所述恢复二维阵列中所述m个影子图像各自对应的列，按照所述预设冗余列构造算法对应的译码算法，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列，具体包括：

令校验因子S满足如下公式：

其中，D_m-1,j＝0，<x>_p表示x mod p；

对于所有的0≤k≤m-2，均满足如下关系式：

$D_{k,0}=S\&CirclePlus;D_{k,m+1}\&CirclePlus;\left(\underset{j=1}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}D<k-j{>}_{m,j}\right);$

基于上述关系式，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列。

进一步的，当已知所述m+1个影子图像中的m个影子图像为所述前m-1个掩盖图像和所述2个替换后图像中的第2个替换后图像时，基于所述恢复二维阵列中所述m个影子图像各自对应的列，按照所述预设冗余列构造算法对应的译码算法，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列，具体包括：

令校验因子S满足如下公式：

其中，D_m-1,j＝0，<x〉_p表示x mod p；

对于所有的0≤k≤m-2，均满足如下关系式：

$D_{k,0}=S\&CirclePlus;D_{k,m+2}\&CirclePlus;\left(\underset{j=1}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}D<k+j{>}_{m,j}\right);$

基于上述关系式，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列。

进一步的，当已知所述m+1个影子图像中的m个影子图像为所述前m-1个掩盖图像中的m-2个，以及所述2个替换后图像时，基于所述恢复二维阵列中所述m个影子图像各自对应的列，按照所述预设冗余列构造算法对应的译码算法，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列，具体包括：

所述前m-1个掩盖图像中未知的掩盖图像为第s个掩盖图像；

对于所述恢复二维阵列的任意存储空间块D_i,j，令：

${\hat{s}}_{i,0}=D_{i,m}\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{D}_{i,j}\right);$

${\hat{s}}_{i,1}=D_{i,m+1}\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{D}_{<p+i-j>p,j}\right);$

${\hat{s}}_{i,2}=D_{i,m+2}\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{D}_{<i+j>p,j}\right);$

其中，j≠0，j≠s且D_m-1_,j＝0，〈x〉_p表示x mod p；

基于上述关系式，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列。

本发明实施例还提供一种数字图像秘密分享装置，包括：

二维阵列构造模块，用于构造(m-1)×(m+3)的分享二维阵列，所述分享二维阵列的元素作为存储空间块C_i,j，i表示行，j表示列，且0≤i＜m-1，0≤j＜m+3，m是素数；

存储模块，用于将待秘密分享图像的像素点的像素值对应的比特数 据，按照预设像素点顺序，存储到所述分享二维阵列的R₀列的各存储空间块中，以及将m-1个掩盖图像中每个图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照所述预设像素点顺序，分别对应存储到所述分享二维阵列的R_j列的各存储空间块中，其中，第j个掩盖图像与R_j列对应，所述待秘密分享图像与所述m-1个掩盖图像具有相同类型和尺寸；

冗余列构造模块，用于基于所述分享二维阵列的前m列，按照预设冗余列构造算法，构造冗余列R_m+1和R_m+2；

替换模块，用于将所述冗余列R_m+1和R_m+2中的冗余位数据，分别按照预设替换顺序，替换第m个掩盖图像和第m+1个掩盖图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位的数据，得到2个替换后图像；

影子图像确定模块，用于将前m-1个掩盖图像与所述2个替换后图像，确定为与所述待秘密分享图像对应的m+1个影子图像。

本发明实施例还提供一种数字秘密图像恢复装置，已知所述m+1个影子图像中的m个影子图像，具体包括：

二维阵列构造模块，用于构造(m-1)×(m+3)的恢复二维阵列，所述恢复二维阵列的元素作为存储空间块D_i,j，i表示行，j表示列，且0≤i＜m-1，0≤j＜m+3，m是素数；

存储模块，用于将所述m个影子图像中属于所述前m-1个掩盖图像的每个图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照所述预设像素点顺序，分别存储到所述恢复二维阵列的P_j列的各存储空间块中，其中，前m-1个掩盖图像中第j个掩盖图像与P_j列对应；

以及用于当所述m个影子图像中包括所述2个替换后图像中的第1个替换后图像时，将所述第1个替换后图像中像素点的像素值对应的比 特数据的预设位的数据，对应存储到所述恢复二维阵列的冗余列P_m+1中；

以及用于当所述m个影子图像中包括所述2个替换后图像中的第2个替换后图像时，将所述第2个替换后图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位的数据，对应存储到所述恢复二维阵列的冗余列P_m+2中；

数据恢复模块，用于基于所述恢复二维阵列中所述m个影子图像各自对应的列，按照所述预设冗余列构造算法对应的译码算法，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列；

图像恢复模块，用于将P₀列的各存储空间块中存储的数据作为数字秘密图像的像素点的像素值对应的比特数据，恢复出所述数字秘密图像。

本发明有益效果包括：

采用本发明实施例提供的方法，可任意选取N幅掩盖图像，将待分享的数字秘密图像与其中N-2幅掩盖图像进行一定的分享运算，将分享运算的结果嵌入到剩下两幅掩盖图像中，最终得到N幅影子图像，其中只需要获取其中K幅影子图像，即可完全恢复原本的数字秘密图像文件。这种方法只需要对其中两幅掩盖图像进行嵌入处理，这样不仅降低了计算复杂度，而且在存储和传输利用率上也有很大的提高。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分， 与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例1提供的数字图像秘密分享方法的流程图；

图2为本发明实施例2提供的数字秘密图像恢复方法的流程图；

图3为本发明实施例3提供的数字图像秘密分享装置的结构示意图；

图4为本发明实施例4提供的数字秘密图像恢复装置的结构示意图。

具体实施方式

为了给出提高恢复秘密图像的精确度的实现方案，本发明实施例提供了一种数字图像秘密分享方法、恢复方法及装置，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

本发明实施例1提供一种数字图像秘密分享方法，针对一副待秘密分享图像，基于m+1个掩盖图像，将待秘密分享图像的信息隐藏其中，从而达到秘密分享的目的，如图1所示，具体包括如下处理步骤：

步骤11、构造(m-1)×(m+3)的分享二维阵列，分享二维阵列的元素作为存储空间块C_i,j，i表示行，j表示列，且0≤i＜m-1，0≤j＜m+3，m是素数。

其中，二维阵列也可以称作STAR码，其前m列为信息列，后3列为校验列。

步骤12、获得待秘密分享图像，并将待秘密分享图像的像素点的像 素值对应的比特数据，按照预设像素点顺序，存储到分享二维阵列的R₀列的各存储空间块中。

步骤13、获得m-1个掩盖图像，并将m-1个掩盖图像中每个图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照预设像素点顺序，分别对应存储到分享二维阵列的R_j列的各存储空间块中，其中，第j个掩盖图像与R_j列对应，待秘密分享图像与m-1个掩盖图像具有相同类型和尺寸。

在上述步骤12和步骤13中，针对待秘密分享图像和m-1个掩盖图像中一个图像，将该图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照预设像素点顺序，存储到分享二维阵列的该图像对应列的各存储空间块中，具体可以包括如下步骤：

步骤A：当该图像的像素点的数量能够被m-1整除时，按照预设像素点顺序，将该图像的像素点依次划分为m-1等份，划分后每份像素点的数量为t，当该图像的像素点的数量不能够被m-1整除时，将该数量增加到刚好能够被m-1整除后，按照预设像素点顺序，将增加后的该图像的像素点依次划分为m-1等份，划分后每份像素点的数量为t。

本步骤中，可以将该图像的像素点存入向量H，如果像素点总数不能被m-1整除，则对向量H的末尾进行补0，直到向量H的n个像素点能够被m-1整除。

然后将向量H的n个像素点按照下标从小到大的顺序依次划分为m-1等份，分别标记为H₁，H₂，…，H_m-1，其中每份含有跟像素点。

步骤B：针对m-1等份中的每一等份，将该等份的t个像素点的像素值对应的比特数据连接起来，得到一个比特串。

例如，等分后，按照下标从小到大的顺序依次将H_i中t个像素点的比特数据连接起来，如果每个比特数据为8位比特数据，则成为一个长度为8×t的比特串，记作h_i。

步骤C：依次将m-1等份各自对应的比特串，分别存储到分享二维阵列的该图像对应列的m_-1个存储空间块中。

例如，将连接得到的比特串h₁，h₂，…，h_m-1依次存入到分享二维阵列的该图像对应列的m-1个存储空间块中，使得对应列中第i行存放的数据为h_i(其中1≤i≤m-1)。

步骤14、基于分享二维阵列的前m列，按照预设冗余列构造算法，构造冗余列R_m+1和R_m+2。

具体可以采用如下公式构造冗余列R_m+1中的每个存储空间块C_i,m+1：

$C_{i,m+1}=S_1\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{C}_{<i-j{>}_m,j}\right);$

$S_1=\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{C}_{<m-1-j{>}_m,j};$

采用如下公式构造冗余列R_m+2中的每个存储空间块C_i,m+2：

$C_{i,m+2}=S_2\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{C}_{<i+j{>}_m,j}\right);$

$S_2=\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{C}_{<j-1{>}_m,j};$

其中，<x>_p表示x mod p。

步骤15、获得第m个掩盖图像和第m+1个掩盖图像，并将冗余列R_m+1和R_m+2中的冗余位数据，分别按照预设替换顺序，替换第m个掩盖图像和第m+1个掩盖图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位的数据，得到2个替换后图像。

例如，像素点的像素值对应的比特数据为8位比特数据，第m个掩 盖图像和第m+1个掩盖图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位为后2位，相应的，第m个掩盖图像和第m+1个掩盖图像的像素点数量，可以为待秘密分享图像的像素点数量的四倍。

步骤16、将前m-1个掩盖图像与上述2个替换后图像，确定为与待秘密分享图像对应的m+1个影子图像。

得到该m+1个影子图像之后，即可通过分享该m+1个影子图像图像，以实现该待秘密分享图像的分享。

实施例2：

通过上述实施例1提供的数字图像秘密分享方法对数字图像进行秘密分享之后，得到了m+1个影子图像，本实施例2基于上述分享方法，相应的，提出一种数字秘密图像恢复方法，能够基于m+1个影子图像中的至少任意m个影子图像，实现对分享的数字秘密图像的恢复，可以设置K＝m,N＝m+1，(K,N)为本发明实施例提供的数字图像秘密分享方法和恢复方法的门限值，具体数值可以根据实际需要进行设置，满足方法中的要求即可。

本发明实施例2提供的数字秘密图像恢复方法，已知上述m+1个影子图像中的m个影子图像，如图2所示，具体可以包括如下步骤：

步骤21、构造(m-1)×(m+3)的恢复二维阵列，恢复二维阵列的元素作为存储空间块D_i,j，i表示行，j表示列，且0≤i＜m-1，0≤j＜m+3，m是素数。

步骤22、将已知的m个影子图像中属于上述前m-1个掩盖图像的每个图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照预设像素点顺序，分别存储到恢复二维阵列的P_j列的各存储空间块中，其中，前m-1个掩盖图 像中第j个掩盖图像与P_j列对应。

本步骤中，针对已知的m个影子图像中属于上述前m-1个掩盖图像中的一个图像，将该图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照预设像素点顺序，存储到恢复二维阵列的该图像对应列的各存储空间块中，具体可以采用上述实施例1中的步骤A-步骤C，在此不再进行详细描述。

步骤23、当已知的m个影子图像中包括上述2个替换后图像中的第1个替换后图像时，将该第1个替换后图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位的数据，对应存储到恢复二维阵列的冗余列P_m+1中。

步骤24、当已知的m个影子图像中包括上述2个替换后图像中的第2个替换后图像时，将该第2个替换后图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位的数据，对应存储到恢复二维阵列的冗余列P_m+2中。

步骤25、基于恢复二维阵列中m个影子图像各自对应的列，按照上述预设冗余列构造算法对应的译码算法，恢复出恢复二维阵列的P₀列。

m+1个影子图像中已知m个影子图像，可以划分为三种情况，下面针对每种情况具体描述本步骤。

第一种情况，当已知m+1个影子图像中的m个影子图像为上述前m-1个掩盖图像和上述2个替换后图像中的第1个替换后图像时，本步骤25，具体可以采用如下步骤执行：

令校验因子S满足如下公式：

其中，D_m-1_,j＝0，<x>_p表示xmodp；

对于所有的0≤k≤m-2，均满足如下关系式：

$D_{k,0}=S\&CirclePlus;D_{k,m+1}\&CirclePlus;\left(\underset{j=1}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}D<k-j{>}_{m,j}\right);$

基于上述关系式，恢复出恢复二维阵列的P₀列。

第二种情况，当已知m+1个影子图像中的m个影子图像为上述前m-1个掩盖图像和上述2个替换后图像中的第2个替换后图像时，本步骤25，具体可以采用如下步骤执行：

令校验因子S满足如下公式：

其中，D_m-1_,j＝0，<x>_p表示x mod p；

对于所有的0≤k≤m-2，均满足如下关系式：

$D_{k,0}=S\&CirclePlus;D_{k,m+2}\&CirclePlus;\left(\underset{j=1}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}D<k+j{>}_{m,j}\right);$

基于上述关系式，恢复出恢复二维阵列的P₀列。

第三种情况，当已知m+1个影子图像中的m个影子图像为上述前m-1个掩盖图像中的m-2个，以及上述2个替换后图像时，本步骤25，具体可以采用如下步骤执行：

前m-1个掩盖图像中未知的掩盖图像为第s个掩盖图像；

对于恢复二维阵列的任意存储空间块D_i,j，令：

${\hat{s}}_{i,0}=D_{i,m}\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{D}_{i,j}\right);$

${\hat{s}}_{i,1}=D_{i,m+1}\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{D}_{<p+i-j>p,j}\right);$

${\hat{s}}_{i,2}=D_{i,m+2}\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{D}_{<i+j>p,j}\right);$

其中，j≠0，j≠s且D_m-1,j＝0，<x>_p表示x mod p；

基于上述关系式，恢复出恢复二维阵列的P₀列，具体可以如下：

令：

且

易得恢复二维阵列的第P列元素满足

此时问题即等价于EVENODD码在信息列缺失两列情况下的恢复问题。

于是令0≤l≤m-1，0≤u≤m-1，且D_m-1,l＝0。

对于EVENODD码的校验和S应满足如下关系式：

$S=\left(\underset{l=0}{\overset{m-2}{\&CirclePlus;}}{D}_{l,m}\right)\&CirclePlus;\left(\underset{l=0}{\overset{m-2}{\&CirclePlus;}}{D}_{l,m+1}\right);$

令

再使用如下算法恢复出上述恢复二维阵列的P₀列的元素：

初始化h＝<-s-1>_m；

计算h＝<j-s>_m(*)；

判断h＝m-1是否成立，拖死，说明P₀列的元素数据已完全被恢复，算法结束；若否，则重复执行步骤(*)。

步骤26、将P₀列的各存储空间块中存储的数据作为数字秘密图像的像素点的像素值对应的比特数据，恢复出数字秘密图像。

通过本发明实施例1和2提供的上述方法，实现了对数字秘密图像的分享与恢复，并且能够保证恢复秘密图像的精确度较高。

基于同一发明构思，根据本发明上述实施例1提供的数字图像秘密分享方法，相应地，本发明实施例3还提供了一种数字图像秘密分享装置，其结构示意图如图3所示，具体包括：

二维阵列构造模块31，用于构造(m-1)×(m+3)的分享二维阵列，所述分享二维阵列的元素作为存储空间块C_i,j，i表示行，j表示列，且 0≤i＜m-1，0≤j＜m+3，m是素数；

存储模块32，用于将待秘密分享图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照预设像素点顺序，存储到所述分享二维阵列的R₀列的各存储空间块中，以及将m-1个掩盖图像中每个图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照所述预设像素点顺序，分别对应存储到所述分享二维阵列的R_j列的各存储空间块中，其中，第j个掩盖图像与R_j列对应，所述待秘密分享图像与所述m-1个掩盖图像具有相同类型和尺寸；

冗余列构造模块33，用于基于所述分享二维阵列的前m列，按照预设冗余列构造算法，构造冗余列R_m+1和R_m+2；

替换模块34，用于将所述冗余列R_m+1和R_m+2中的冗余位数据，分别按照预设替换顺序，替换第m个掩盖图像和第m+1个掩盖图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位的数据，得到2个替换后图像；

影子图像确定模块35，用于将前m-1个掩盖图像与所述2个替换后图像，确定为与所述待秘密分享图像对应的m+1个影子图像。

进一步的，存储模块32，针对所述待秘密分享图像和所述m-1个掩盖图像中一个图像，将该图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照预设像素点顺序，存储到所述分享二维阵列的该图像对应列的各存储空间块中，具体用于采用如下步骤：

当该图像的像素点的数量能够被m-1整除时，按照预设像素点顺序，将该图像的像素点依次划分为m-1等份，划分后每份像素点的数量为t，当该图像的像素点的数量不能够被m-1整除时，将该数量增加到刚好能够被m-1整除后，按照预设像素点顺序，将增加后的该图像的像素点依次划分为m-1等份，划分后每份像素点的数量为t；

针对m-1等份中的每一等份，将该等份的t个像素点的像素值对应的比特数据连接起来，得到一个比特串；

依次将m-1等份各自对应的比特串，分别存储到所述分享二维阵列的该图像对应列的m-1个存储空间块中。

进一步的，冗余列构造模块33，具体用于：

采用如下公式构造冗余列R_m+1中的每个存储空间块C_i,m+1：

$C_{i,m+1}=S_1\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{C}_{<i-j{>}_m,j}\right);$

$S_1=\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{C}_{<m-1-j{>}_m,j};$

采用如下公式构造冗余列R_m+2中的每个存储空间块C_i,m+2：

$C_{i,m+2}=S_2\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{C}_{<i+j{>}_m,j}\right);$

$S_2=\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{C}_{<j-1{>}_m,j};$

其中，<x>_p表示x mod p。

进一步的，像素点的像素值对应的比特数据为8位比特数据；第m个掩盖图像和第m+1个掩盖图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位为后2位；第m个掩盖图像和第m+1个掩盖图像的像素点数量，为所述待秘密分享图像的像素点数量的四倍。

基于同一发明构思，根据本发明上述实施例2提供的数字秘密图像恢复方法，相应地，本发明实施例4还提供了一种数字秘密图像恢复装置，已知所述m+1个影子图像中的m个影子图像，其结构示意图如图4所示，具体包括：

二维阵列构造模块41，用于构造(m-1)×(m+3)的恢复二维阵列，所述恢复二维阵列的元素作为存储空间块D_i,j，i表示行，j表示列，且 0≤i＜m-1，0≤j＜m+3，m是素数；

存储模块42，用于将所述m个影子图像中属于所述前m-1个掩盖图像的每个图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照所述预设像素点顺序，分别存储到所述恢复二维阵列的P_j列的各存储空间块中，其中，前m-1个掩盖图像中第j个掩盖图像与P_j列对应；

以及用于当所述m个影子图像中包括所述2个替换后图像中的第1个替换后图像时，将所述第1个替换后图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位的数据，对应存储到所述恢复二维阵列的冗余列P_m+1中；

以及用于当所述m个影子图像中包括所述2个替换后图像中的第2个替换后图像时，将所述第2个替换后图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位的数据，对应存储到所述恢复二维阵列的冗余列P_m+2中；

数据恢复模块43，用于基于所述恢复二维阵列中所述m个影子图像各自对应的列，按照所述预设冗余列构造算法对应的译码算法，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列；

图像恢复模块44，用于将P₀列的各存储空间块中存储的数据作为数字秘密图像的像素点的像素值对应的比特数据，恢复出所述数字秘密图像。

进一步的，存储模块42，针对所述m个影子图像中属于所述前m-1个掩盖图像中的一个图像，将该图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照所述预设像素点顺序，存储到所述恢复二维阵列的该图像对应列的各存储空间块中，具体用于采用如下步骤：

当该图像的像素点的数量能够被m-1整除时，按照预设像素点顺序，将该图像的像素点依次划分为m-1等份，划分后每份像素点的数量为t， 当该图像的像素点的数量不能够被m-1整除时，将该数量增加到刚好能够被m-1整除后，按照预设像素点顺序，将增加后的该图像的像素点依次划分为m-1等份，划分后每份像素点的数量为t；

针对m-1等份中的每一等份，将该等份的t个像素点的像素值对应的比特数据连接起来，得到一个比特串；

依次将m-1等份各自对应的比特串，分别存储到所述恢复二维阵列的该图像对应列的m-1个存储空间块中。

进一步的，数据恢复模块43，当已知所述m+1个影子图像中的m个影子图像为所述前m-1个掩盖图像和所述2个替换后图像中的第1个替换后图像时，具体用于采用如下步骤：

令校验因子S满足如下公式：

其中，D_m-1,j＝0，<x>_p表示x mod p；

对于所有的0≤k≤m-2，均满足如下关系式：

$D_{k,0}=S\&CirclePlus;D_{k,m+1}\&CirclePlus;\left(\underset{j=1}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}D<k-j{>}_{m,j}\right);$

基于上述关系式，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列。

进一步的，数据恢复模块43，当已知所述m+1个影子图像中的m个影子图像为所述前m-1个掩盖图像和所述2个替换后图像中的第2个替换后图像时，具体采用如下步骤：

令校验因子S满足如下公式：

其中，D_m-1,j＝0，<x>_p表示x mod p；

对于所有的0≤k≤m-2，均满足如下关系式：

$D_{k,0}=S\&CirclePlus;D_{k,m+2}\&CirclePlus;\left(\underset{j=1}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}D<k+j{>}_{m,j}\right);$

基于上述关系式，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列。

进一步的，数据恢复模块43，当已知所述m+1个影子图像中的m个影子图像为所述前m-1个掩盖图像中的m-2个，以及所述2个替换后图像时，具体可以采用如下步骤：

所述前m-1个掩盖图像中未知的掩盖图像为第s个掩盖图像；

对于所述恢复二维阵列的任意存储空间块D_i,j，令：

${\hat{s}}_{i,0}=D_{i,m}\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{D}_{i,j}\right);$

${\hat{s}}_{i,1}=D_{i,m+1}\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{D}_{<p+i-j>p,j}\right);$

${\hat{s}}_{i,2}=D_{i,m+2}\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{D}_{<i+j>p,j}\right);$

其中，j≠0，j≠s且D_m-1,j＝0，<x>_p表示x mod p；

基于上述关系式，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列。

上述各模块的功能可对应于图1或图2所示流程中的相应处理步骤，在此不再赘述。

本发明相对于现有技术，可任意选取N幅掩盖图像，将待分享的数字秘密图像与其中N-2幅掩盖图像进行一定的分享运算，将分享运算的结果嵌入到剩下两幅掩盖图像中，最终得到N幅影子图像，其中只需要获取其中K幅影子图像，即可完全恢复原本的数字秘密图像文件。这种方法只需要对其中两幅掩盖图像进行嵌入处理，并且只涉及异或运算，这样不仅降低了计算复杂度，而且在存储和传输利用率上也有很大的提高。

本申请的实施例所提供的上述分享装置和恢复装置可通过计算机程 序实现。本领域技术人员应该能够理解，上述的模块划分方式仅是众多模块划分方式中的一种，如果划分为其他模块或不划分模块，只要上述分享装置和恢复装置具有上述功能，都应该在本申请的保护范围之内。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发 明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种数字图像秘密分享方法，其特征在于，包括：

构造(m-1)×(m+3)的分享二维阵列，所述分享二维阵列的元素作为存储空间块C_i,j，i表示行，j表示列，且0≤i＜m-1，0≤j＜m+3，m是素数；

将待秘密分享图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照预设像素点顺序，存储到所述分享二维阵列的R₀列的各存储空间块中，以及将m-1个掩盖图像中每个图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照所述预设像素点顺序，分别对应存储到所述分享二维阵列的R_j列的各存储空间块中，其中，第j个掩盖图像与R_j列对应，所述待秘密分享图像与所述m-1个掩盖图像具有相同类型和尺寸；

基于所述分享二维阵列的前m列，按照预设冗余列构造算法，构造冗余列R_m+1和R_m+2；

将所述冗余列R_m+1和R_m+2中的冗余位数据，分别按照预设替换顺序，替换第m个掩盖图像和第m+1个掩盖图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位的数据，得到2个替换后图像；

将前m-1个掩盖图像与所述2个替换后图像，确定为与所述待秘密分享图像对应的m+1个影子图像。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，针对所述待秘密分享图像和所述m-1个掩盖图像中一个图像，将该图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照预设像素点顺序，存储到所述分享二维阵列的该图像对应列的各存储空间块中，具体包括：

当该图像的像素点的数量能够被m-1整除时，按照预设像素点顺序，将该图像的像素点依次划分为m-1等份，划分后每份像素点的数量为t，当该图像的像素点的数量不能够被m-1整除时，将该数量增加到刚好能够被m-1整除后，按照预设像素点顺序，将增加后的该图像的像素点依次划分为m-1等份，划分后每份像素点的数量为t；

针对m-1等份中的每一等份，将该等份的t个像素点的像素值对应的比特数据连接起来，得到一个比特串；

依次将m-1等份各自对应的比特串，分别存储到所述分享二维阵列的该图像对应列的m-1个存储空间块中。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述分享二维阵列的前m列，按照预设冗余列构造算法，构造冗余列R_m+1和R_m+2，包括：

采用如下公式构造冗余列R_m+1中的每个存储空间块C_i,m+1：

$C_{i,m+1}=S_1\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{C}_{<i-j{>}_m,j}\right);$

$S_1=\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{C}_{<m-1-j{>}_m,j};$

采用如下公式构造冗余列R_m+2中的每个存储空间块C_i,m+2：

$C_{i,m+2}=S_2\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{C}_{<i+j{>}_m,j}\right);$

$S_2=\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{C}_{<j-1{>}_m,j};$

其中，<x>_p表示x mod p。

4.如权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，像素点的像素值对应的比特数据为8位比特数据；

第m个掩盖图像和第m+1个掩盖图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位为后2位；

第m个掩盖图像和第m+1个掩盖图像的像素点数量，为所述待秘密分享图像的像素点数量的四倍。

5.一种对采用权利要求1-4任一所述的方法分享的数字秘密图像进行恢复的方法，其特征在于，已知所述m+1个影子图像中的m个影子图像，所述方法包括：

构造(m-1)×(m+3)的恢复二维阵列，所述恢复二维阵列的元素作为存储空间块D_i,j，i表示行，j表示列，且0≤i＜m-1，0≤j＜m+3，m是素数；

将所述m个影子图像中属于所述前m-1个掩盖图像的每个图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照所述预设像素点顺序，分别存储到所述恢复二维阵列的P_j列的各存储空间块中，其中，前m-1个掩盖图像中第j个掩盖图像与P_j列对应；

当所述m个影子图像中包括所述2个替换后图像中的第1个替换后图像时，将所述第1个替换后图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位的数据，对应存储到所述恢复二维阵列的冗余列P_m+1中；

当所述m个影子图像中包括所述2个替换后图像中的第2个替换后图像时，将所述第2个替换后图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位的数据，对应存储到所述恢复二维阵列的冗余列P_m+2中；

基于所述恢复二维阵列中所述m个影子图像各自对应的列，按照所述预设冗余列构造算法对应的译码算法，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列；

将P₀列的各存储空间块中存储的数据作为数字秘密图像的像素点的像素值对应的比特数据，恢复出所述数字秘密图像。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，针对所述m个影子图像中属于所述前m-1个掩盖图像中的一个图像，将该图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照所述预设像素点顺序，存储到所述恢复二维阵列的该图像对应列的各存储空间块中，具体包括：

当该图像的像素点的数量能够被m-1整除时，按照预设像素点顺序，将该图像的像素点依次划分为m-1等份，划分后每份像素点的数量为t，当该图像的像素点的数量不能够被m-1整除时，将该数量增加到刚好能够被m-1整除后，按照预设像素点顺序，将增加后的该图像的像素点依次划分为m-1等份，划分后每份像素点的数量为t；

针对m-1等份中的每一等份，将该等份的t个像素点的像素值对应的比特数据连接起来，得到一个比特串；

依次将m-1等份各自对应的比特串，分别存储到所述恢复二维阵列的该图像对应列的m-1个存储空间块中。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当已知所述m+1个影子图像中的m个影子图像为所述前m-1个掩盖图像和所述2个替换后图像中的第1个替换后图像时，基于所述恢复二维阵列中所述m个影子图像各自对应的列，按照所述预设冗余列构造算法对应的译码算法，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列，具体包括：

令校验因子S满足如下公式：

其中，D_m-1,j＝0，<x>_p表示x mod p；

对于所有的0≤k≤m-2，均满足如下关系式：

$D_{k,0}=S\&CirclePlus;D_{k,m+1}\&CirclePlus;\left(\underset{j=1}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}D<k-j{>}_{m,j}\right);$

基于上述关系式，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当已知所述m+1个影子图像中的m个影子图像为所述前m-1个掩盖图像和所述2个替换后图像中的第2个替换后图像时，基于所述恢复二维阵列中所述m个影子图像各自对应的列，按照所述预设冗余列构造算法对应的译码算法，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列，具体包括：

令校验因子S满足如下公式：

其中，D_m-1,j＝0，<x>_p表示x mod p；

对于所有的0≤k≤m-2，均满足如下关系式：

$D_{k,0}=S\&CirclePlus;D_{k,m+2}\&CirclePlus;\left(\underset{j=1}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}D<k+j{>}_{m,j}\right);$

基于上述关系式，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当已知所述m+1个影子图像中的m个影子图像为所述前m-1个掩盖图像中的m-2个，以及所述2个替换后图像时，基于所述恢复二维阵列中所述m个影子图像各自对应的列，按照所述预设冗余列构造算法对应的译码算法，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列，具体包括：

所述前m-1个掩盖图像中未知的掩盖图像为第s个掩盖图像；

对于所述恢复二维阵列的任意存储空间块D_i,j，令：

${\hat{s}}_{i,0}=D_{i,m}\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{D}_{i,j}\right);$

${\hat{s}}_{i,1}=D_{i,m+1}\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{D}_{<p+i-j>p,j}\right);$

${\hat{s}}_{i,2}=D_{i,m+2}\&CirclePlus;\left(\underset{j=0}{\overset{m-1}{\&CirclePlus;}}{D}_{<i+j>p,j}\right);$

其中，j≠0，j≠s且D_m-1,j＝0，<x>_p表示x mod p；

基于上述关系式，恢复出所述恢复二维阵列的P₀列。

10.一种数字图像秘密分享装置，其特征在于，包括：

二维阵列构造模块，用于构造(m-1)×(m+3)的分享二维阵列，所述分享二维阵列的元素作为存储空间块C_i,j，i表示行，j表示列，且0≤i＜m-1，0≤j＜m+3，m是素数；

存储模块，用于将待秘密分享图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照预设像素点顺序，存储到所述分享二维阵列的R₀列的各存储空间块中，以及将m-1个掩盖图像中每个图像的像素点的像素值对应的比特数据，按照所述预设像素点顺序，分别对应存储到所述分享二维阵列的R_j列的各存储空间块中，其中，第j个掩盖图像与R_j列对应，所述待秘密分享图像与所述m-1个掩盖图像具有相同类型和尺寸；

冗余列构造模块，用于基于所述分享二维阵列的前m列，按照预设冗余列构造算法，构造冗余列R_m+1和R_m+2；

替换模块，用于将所述冗余列R_m+1和R_m+2中的冗余位数据，分别按照预设替换顺序，替换第m个掩盖图像和第m+1个掩盖图像中像素点的像素值对应的比特数据的预设位的数据，得到2个替换后图像；

影子图像确定模块，用于将前m-1个掩盖图像与所述2个替换后图像，确定为与所述待秘密分享图像对应的m+1个影子图像。