CN108566500A - 基于混合加密机制的自适应图像加密域可逆隐藏方法 - Google Patents

基于混合加密机制的自适应图像加密域可逆隐藏方法 Download PDF

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Abstract

一种基于混合加密机制的自适应图像加密域可逆隐藏方法，用户对待加密的数字图像，利用顺序预测得到原始图像的像素类型标识矩阵，自适应选择像素类型标识矩阵最佳分块大小生成最佳块类型标识矩阵；以随机数为密钥结合块类型标识矩阵，利用“异或+像素分类置乱”生成原始图像的加密图像；以随机数为密钥加密块类型标识矩阵的部分信息，接收方公钥采用非对称加密算法加密“随机数、剩余块类型标识矩阵信息和最佳分块大小”，再串联嵌入加密图像的可变像素中；接收者利用私钥解密提取的关键信息并通过顺序恢复可以得到与原始图像相同的解密图像和含额外信息的明文图像。该方法降低了密钥管理难度，提高了图像传输的安全性，云端管理方便。

Description

基于混合加密机制的自适应图像加密域可逆隐藏方法
技术领域
本发明涉及一种图像加密域可逆隐藏方法。
背景技术
随着云计算的快速发展，在云存储和传输过程中，数字图像安全和隐私保护引起了广泛关注。用户上传云端存储的数字图像要先加密后再上传以实现对数字图像内容的隐私保护；同时，云端需要在密文图像中嵌入额外信息以方便其管理；而接收端，不同权限的接收者需要提取出隐藏信息或/并得出原始图像数据。图像加密域可逆信息隐藏(RDHEI:Reversible Data Hiding in Encrypted Image)技术能够满足云服务的以上要求。图像加密域可逆信息隐藏能够在图像加密域中嵌入隐藏信息，同时经授权的接收者能够在接收端提取隐藏信息并/或恢复原始图像。根据对图像的加密方法不同，现有图像加密域可逆信息隐藏算法分为对称加密(私钥)和非对称加密(公钥)两大类。
基于对称加密的图像加密域可逆信息隐藏：2012年X.Zhang(X.Zhang,Separablereversible data hiding in encrypted image,IEEE Trans.Inf.Forensics Security,2012,7(2):826-832)首次提出了图像密文域可逆数据隐藏方法。该算法基于加密密钥Key生成密码流，按位异或图像的每个像素生成加密图像，通过分块并翻转每块的最低有效位实现信息的嵌入。此后，研究者从提高隐藏隐写容量、安全性和可逆性等方面提出了多种改进的基于对称加密的图像加密域可逆信息隐藏方法。2017年陈帆等人(陈帆,和红杰,尹帮旭,鄢舒,基于分类置乱和隐藏信息分级的加密域可逆信息隐藏方法:CN201710250376.1[P].2017‐08‐29)提出了一种基于分类置乱和隐藏信息分级的加密域可逆信息隐藏方法，该方法将图像像素分为可变像素和固定像素两类进行异或加密和置乱，并将隐藏信息分级加密并嵌入到加密可变像素中，有效提高了加密图像的安全性、隐写容量和解密图像质量。基于对称加密的RDHEI算法具有加密速度快、数据扩展小等优点。但是，接收者与内容拥有者必须通过秘密信道交换加密密钥，不仅增加了密钥管理难度，还可能带来潜在安全风险。
基于非对称加密的图像加密域可逆信息隐藏：2014年Chen等人(Y.C.Chen,C.W.Shiu,and G.Horng,“Encrypted signal-based reversible data hiding withpublic key cryptosystem,”Journal of Visual Communication and ImageRepresentation,25,pp.1164–1170,2014)提出了一种基于公钥(非对称)密码系统的RDHEI算法，该算法将原始图像的像素划分为整数和LSB两部分，并使用同态公钥加密系统进行加密。利用非对称密码系统不仅提高了加密图像的安全性，而且无需秘密信道传输密钥，适合用于云服务中。不过，由于数字图像数据量大，直接用公钥加密图像时间复杂度高，且存在严重的数据扩展；如Chen等人算法中对每个8比特的像素值，同态加密后的像素值扩展到512×4比特。也就是说，加密图像的体积会成倍扩大，给加密数据的传输和存储带来不利的影响。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种基于混合加密机制的自适应图像加密域可逆隐藏方法，该方法降低了密钥管理难度，提高了图像传输的安全性，云端管理方便。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种基于混合加密机制的自适应图像加密域可逆隐藏方法，包括如下步骤：
A、图像加密
A1、像素类型标识矩阵生成：
用户通过下式算出原始图像X，X＝{xi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}中的像素xi,j的预测值
其中I为原始图像X的行数，J为原始图像X的列数，xi,j为原始图像X中第i行，第j列的像素，表示向下取整操作，∪表示集合的并运算；
如果像素xi,j的最高有效位与像素xi,j的预测值的最高有效位相同，则像素xi,j的类型标识pi,j的值为0；否则，像素xi,j的类型标识pi,j的值为1；将所有的类型标识pi,j拼接，得到像素类型标识矩阵P，P＝{pi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}；
A2、块类型标识矩阵生成：
找出原始图像X的行数I和列数J的公约数，去掉其中的最小公约数和最大公约数,将剩余的公约数作为分块大小值并从小到大依次排列，组成分块大小值序列H，H＝{H1,H2…Hk…HK},其中k为序列H中分块大小值Hk的序号，K为序列H中分块大小值Hk的个数；
用户根据第k个分块大小值Hk，将像素类型标识矩阵P划分成Mk×Nk个不重叠的、大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n，其中m为大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n在像素类型标识矩阵P中的横向序号，m＝1,2…,Mk；Mk＝I/Hk；n为大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n在像素类型标识矩阵P中的纵向序号，n＝1,2,…,Nk；Nk＝J/Hk；r为大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n中元素的行序号，c为大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n中元素的列序号；
如果大小为Hk×Hk，横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk,m,n中的所有元素全为0，则大小为Hk×Hk，横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk,m,n的块类型标识tk,m,n的值为0；否则，大小为Hk×Hk，横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk,m,n的块类型标识tk,m,n的值为1；
进而将所有大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n的块类型标识tk,m,n组成块类型标识矩阵Tk，Tk＝{tk,m,n|m＝1,2…,Mk,n＝1,2,…,Nk}；
A3、最佳块类型标识矩阵生成：
计算大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n对应的原始图像隐写容量ECk，k＝1,2…K；sum(.)表示矩阵中元素值的求和操作；
如k＝k0，即大小为Hk0×Hk0的像素类型标识块Pk0,m,n的对应原始图像隐写容量ECk0为所有大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n对应的原始图像隐写容量ECk,k＝1,2…K中的最大值；则令第k＝k0个分块大小值Hk0为像素类型标识矩阵P的最佳分块大小值Hk0；进而得到最佳分块大小值Hk0对应的最佳块类型标识矩阵Tk0，Tk0＝{tk0,m,n|m＝1,2…,Mk0,n＝1,2,…,Nk0}；其中tk0,m,n为大小为Hk0×Hk0，横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk0 ,m,n的块类型标识；
A4、加解密用像素类型标识矩阵生成：
如果最佳块类型标识矩阵Tk0中的横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk0,m,n的块类型标识tk0,m,n＝0，则用户将大小为Hk0×Hk0，横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk0,m,n中所有的元素置为0；否则，将大小为Hk0×Hk0横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk0,m,n中所有元素置为1；再将所有大小为Hk0×Hk0的像素类型标识块Pk0,m,n按其横向序号m,纵向序号n进行拼接，得到重构像素类型标识矩阵P′，P′＝{p′i,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，并根据下式更新重构像素类型标识矩阵P′中的元素p′i,j，得到加解密用像素类型标识矩阵P″,P″＝{p″i,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，
A5、异或分类置乱加密：
在加解密用像素类型标识矩阵P″中，如果元素p″i,j的值为0，则将原始图像X中同一位置的像素xi,j定义为可变像素；否则，将原始图像X中同一位置的像素xi,j定义为固定像素；原始图像X中所有可变像素组成可变像素线性表同时将原始图像X中所有的固定像素组成固定像素线性表
然后，用户根据随机数R生成密钥流，分别对可变像素线性表和固定像素线性表依次做“按位异或解密”和“置乱解密”，得到加密的可变像素线性表Lc和加密固定像素线性表Lu；接着，将加密可变像素线性表Lc和加密固定像素线性表Lu拼接，得到加密图像X′，X′＝{x′i,j|i＝1,2,...,I,j＝1,2,…,J}；
A6、关键信息组成：
用户根据随机数R从最佳块类型标识矩阵Tk0中选取元素，组成对称待加密线性表Ta，其长度为na，最佳块类型标识矩阵Tk0中的剩余元素组成公钥待加密线性表Tb，其长度为nb；
再将随机数R用二进制表示，得到长度为nR的随机数序列Rbin；将像素类型标识矩阵的最佳分块大小值Hk0用二进制表示，得到长度为的最佳分块大小值序列将随机数序列Rbin，公钥待加密线性表Tb和像素类型标识矩阵的最佳分块大小值序列拼接得到长度为nC，的公钥待加密信息C，其中||为拼接操作；最后，将公钥待加密信息C和对称待加密线性表Ta拼接组成关键信息E，E＝C||Ta，关键信息E的长度为nE，nE＝nC+na；
A7、关键信息加密：
使用随机数R异或加密对称待加密线性表Ta，得到长度为la的对称加密线性表Ta′；
用户用接收端的长度为nkey的公钥Kp将公钥待加密信息C分为α组进行加密，其中将加密后α组密文串接组成长度为lC的公钥加密信息C′；
串接公钥加密信息C′和对称加密线性表Ta′，得到关键信息密文E′，E′＝C′||Ta′，关键信息密文E′的长度为lE，lE＝lC+la；
A8、关键信息密文隐藏：
用户统计加解密用像素类型标识矩阵P″中元素p″i,j值为0的元素个数，记为
然后计算加密图像X′的总像素个数的最小二进制表示的位数a， 进而得到加密图像X′的最大嵌入比特数nmax，
将关键信息密文E′嵌入到加密可变像素线性表Lc的后lE个像素即至像素的最高有效位中得到嵌入关键信息密文E′后的加密可变像素线性表Lc′；接着，将嵌入关键信息密文E′后的加密可变像素线性表Lc′和加密固定像素线性表Lu拼接，得到隐藏关键信息密文的加密图像X″，X″＝{x″i,j|i＝1,2,...,I,j＝1,2,…,J}；
A9、加密图像生成：
用户计算出隐藏关键信息密文的加密图像X″的最大嵌入比特数Nmax，Nmax＝nmax-lE，再将隐藏关键信息密文的最大嵌入比特数Nmax的二值编码替换嵌入关键信息密文E′后，加密可变像素线性表Lc′的前a个像素即至像素的最高有效位，得到首部替换后的加密可变像素线性表
拼接首部替换后的加密可变像素线性表与加密固定像素线性表Lu，得到上传的加密图像Y，Y＝{yi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}；
最后将上传的加密图像Y传送给云端；
B、信息隐藏
云端将上传的加密图像Y按行扫描得到一维加密像素数组LY，LY＝{yi′|i′＝1,2,…,I×J},i′为一维加密像素数组LY中像素yi′的序号；
将待隐藏的额外信息S用信息隐藏密钥K进行对称加密，得到长度为lS的额外信息密文S′；提取一维加密像素数组LY的前a个像素即y1至ya像素的最高有效位，即提取到上传的加密图像Y的最大嵌入比特数Nmax；如果最大嵌入比特数Nmax不小于额外信息密文S′的长度ls，则将额外信息密文S′嵌入一维加密像素数组LY中ya+1至像素的最高有效位，得到含额外信息密文的一维加密像素数组
将含额外信息密文的一维加密像素数组按行扫描还原为矩阵，即生成含额外信息密文的加密图像Z，Z＝{zi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}；
C、图像解密
C1、提取关键信息密文：
接收端从云端接收到含额外信息密文的加密图像Z，Z＝{zi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，再按行扫描还原得到含额外信息密文的一维加密像素数组提取含额外信息密文的一维像素数组中前a个像素的最高有效位，即y1至ya像素的最高有效位，提取得到最大嵌入比特数Nmax；提取至像素的最高有效位，即得到长度为lE的关键信息密文E′；
C2、解密关键信息密文：
用私钥Ks解密关键信息密文E′中长度为lC的公钥加密信息C′得到公钥待加密信息C；利用随机数R解密关键信息密文E′中长度为la的对称加密线性表Ta′得到对称待加密线性表Ta；
C3、组成最佳块类型标识矩阵：
将对称待加密线性表Ta和公钥待加密线性表Tb拼接，还原得到最佳分块大小值Hk0对应的最佳块类型标识矩阵Tk0，Tk0＝{tk0,m,n|m＝1,2…,Mk0,n＝1,2,…,Nk0}；
C4、生成初始解密图像：
接收端执行步骤A4的加解密用像素类型标识矩阵生成操作，得到加解密用像素类型标识矩阵P″,P″＝{p″i,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}；
然后，接收端将含额外信息密文的加密图像Z按行扫描，还原得到含额外信息密文的一维加密像素数组将其中的前个像素，组成含额外信息密文的加密可变像素线性表其余像素组成含额外信息密文的加密固定像素线性表对含额外信息密文的加密可变像素线性表依次做“置乱解密”和“按位异或解密”，得到解密可变像素线性表对含额外信息密文的加密固定像素线性表依次做“置乱解密”和“按位异或解密”，得到解密固定像素线性表
建立初始解密图像D′，D＇＝{d′i,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，其中所有像素d＇i,j均为1；如果加解密用像素类型标识矩阵P″中的元素p″i,j＝0，且为第β个为0的元素，则将初始解密图像D′中第i行，第j列的像素d′i,j的替换为解密可变像素线性表中的第β个元素；如果加解密用像素类型标识矩阵P″中的元素p″i,j＝1，且为第γ个为1的元素，将初始解密图像D′中位置的像素d′i,j的替换为解密可变像素线性表中的第γ个元素；
C5、恢复解密图像：
按从上至下，从左至右的顺序对初始解密图像D′中第i行，第j列初始解密像素d′i,j进行如下的操作：
计算初始解密图像D′中第i行，第j列初始解密像素d′i，j的预测值 若像素类型标识矩阵P＇中，第i行，第j列的元素p＇i,j的值为1，则用第i行，第j列解密像素d＇i,j的预测值的最高有效位更新解密像素d′i,j的最高有效位，否则解密像素d′i,j保持不变；
当第I行，第J列的初始解密像素d′I,J完成以上操作，令di,j＝d′i,j，初始解密图像D′成为解密图像D，D＝{di,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，di,j为解密图像D中第i行，第j列解密像素；
C6、生成含额外信息密文的明文图像：
用含额外信息密文的加密图像Z的最高有效位平面替换解密图像D的最低有效位平面，则得到含额外信息密文的明文图像W，W＝{wi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}；
D、额外信息提取
D1、明文域额外信息提取：
按行扫描含额外信息密文的明文图像W，得到含额外信息密文的明文一维像素数组Lw，LW＝{wi|i＝1,2,…,I×J}，并提取wa+1至像素的最低有效位，得到额外信息密文S′；再用信息隐藏密钥K对称解密额外信息密文S′，得到额外信息S；
D2、密文域额外信息提取：
按行扫描含额外信息密文的加密图像Z，得到含额外信息密文的一维像素数组并提取ya+1至像素的最高有效位，得到额外信息密文S′；用信息隐藏密钥K对称解密额外信息密文S′，得到额外信息S。
与现有技术相比，本发明的有益效果是:
一、本发明在图像加密过程中采用混合加密机制，以随机数为密钥并结合最佳块类型标识矩阵，利用“异或+像素分类置乱”生成原始图像的加密图像；利用接收方的公钥将“图像加密密钥、最佳分块大小和块类型标识矩阵部分信息”加密后隐藏在加密图像的可变部分进行传输。避免了接收者与内容拥有者必须通过秘密信道交换图像加密密钥，降低了密钥管理难度，并且能够降低时间复杂度，避免大量密文数据扩展，提高了安全性。
二、本发明以随机数作为密钥，使用对称加密算法加密图像，实现了一次一密，再采用公钥对密钥等部分关键信息进行加密隐藏，对发送给不同接收者的图像使用不同的随机数加密，从而进一步提高了加密图像的安全性。
三、本发明采用顺序预测的方法生成像素类型标识矩阵，能够提高图像像素的利用率，增加了图像中的可变像素，从而进一步提高了算法的隐藏容量；并采用顺序恢复的方法能够恢复出与原始图像相同的解密图像，提高了解密图像的质量；
四、本发明通过对所有分块大小的块类型标识矩阵对应的隐写容量的比较，自适应选择出最大的隐写容量的最佳分块大小值，进而得出最佳块类型标识矩阵，其隐写容量大，更方便云端隐藏大容量的额外信息，更适合云服务。
附图说明
图1a为本发明仿真实验使用的Lena原始图像。
图1b为本发明仿真实验得到的图1a的加密图像。
图1c为本发明仿真实验得到的图1a的含额外信息的加密图像。
图1d为本发明仿真实验得到的图1a的解密图像。
图1e为本发明仿真实验得到的图1a的含额外信息的明文图像。
图2a为本发明仿真实验使用的Baboon原始图像。
图2b为本发明仿真实验得到的图2a的加密图像。
图2c为本发明仿真实验得到的图2a的含额外信息的加密图像。
图2d为本发明仿真实验得到的图2a的解密图像。
图2e为本发明仿真实验得到的图2a的含额外信息的明文图像。
图3为关键信息篡改1bit后的图1b的解密图像。
图4为关键信息篡改1bit后的图2b的解密图像。
图5为测试图像集中50幅图像的本发明最大隐写容量。
图6为测试图像集中50幅图像的像素类型标识矩阵最佳分块大小图。
具体实施方式
实施例
本发明的一种具体实施方式是，一种基于混合加密机制的自适应图像加密域可逆隐藏方法，包括如下步骤：
A、图像加密
A1、像素类型标识矩阵生成：
用户通过下式算出原始图像X，X＝{xi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}中的像素xi,j的预测值
其中I为原始图像X的行数，J为原始图像X的列数，xi,j为原始图像X中第i行，第j列的像素，表示向下取整操作，∪表示集合的并运算；
如果像素xi,j的最高有效位与像素xi,j的预测值的最高有效位相同，则像素xi,j的类型标识pi,j的值为0；否则，像素xi,j的类型标识pi,j的值为1；将所有的类型标识pi,j拼接，得到像素类型标识矩阵P，P＝{pi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}；
A2、块类型标识矩阵生成：
找出原始图像X的行数I和列数J的公约数，去掉其中的最小公约数和最大公约数,将剩余的公约数作为分块大小值并从小到大依次排列，组成分块大小值序列H，H＝{H1,H2…Hk…HK},其中k为序列H中分块大小值Hk的序号，K为序列H中分块大小值Hk的个数；
用户根据第k个分块大小值Hk，将像素类型标识矩阵P划分成Mk×Nk个不重叠的、大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n，其中m为大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n在像素类型标识矩阵P中的横向序号，m＝1,2…,Mk；Mk＝I/Hk；n为大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n在像素类型标识矩阵P中的纵向序号，n＝1,2,…,Nk；Nk＝J/Hk；r为大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n中元素的行序号，c为大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n中元素的列序号；
如果大小为Hk×Hk，横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk,m,n中的所有元素全为0，则大小为Hk×Hk，横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk,m,n的块类型标识tk,m,n的值为0；否则，大小为Hk×Hk，横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk,m,n的块类型标识tk,m,n的值为1；
进而将所有大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n的块类型标识tk,m,n组成块类型标识矩阵Tk，Tk＝{tk,m,n|m＝1,2…,Mk,n＝1,2,…,Nk}；
A3、最佳块类型标识矩阵生成：
计算大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n对应的原始图像隐写容量ECk，k＝1,2…K；sum(.)表示矩阵中元素值的求和操作；
如k＝k0，即大小为Hk0×Hk0的像素类型标识块Pk0,m,n的对应原始图像隐写容量ECk0为所有大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n对应的原始图像隐写容量ECk,k＝1,2…K中的最大值；则令第k＝k0个分块大小值Hk0为像素类型标识矩阵P的最佳分块大小值Hk0；进而得到最佳分块大小值Hk0对应的最佳块类型标识矩阵Tk0，Tk0＝{tk0,m,n|m＝1,2…,Mk0,n＝1,2,…,Nk0}；其中tk0,m,n为大小为Hk0×Hk0，横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk0 ,m,n的块类型标识；
A4、加解密用像素类型标识矩阵生成：
如果最佳块类型标识矩阵Tk0中的横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk0,m,n的块类型标识tk0,m,n＝0，则用户将大小为Hk0×Hk0，横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk0,m,n中所有的元素置为0；否则，将大小为Hk0×Hk0横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk0,m,n中所有元素置为1；再将所有大小为Hk0×Hk0的像素类型标识块Pk0,m,n按其横向序号m,纵向序号n进行拼接，得到重构像素类型标识矩阵P′，P′＝{p′i,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，并根据下式更新重构像素类型标识矩阵P′中的元素p′i,j，得到加解密用像素类型标识矩阵P″,P″＝{p″i,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，
A5、异或分类置乱加密：
在加解密用像素类型标识矩阵P″中，如果元素p″i,j的值为0，则将原始图像X中同一位置的像素xi,j定义为可变像素；否则，将原始图像X中同一位置的像素xi,j定义为固定像素；原始图像X中所有可变像素组成可变像素线性表同时将原始图像X中所有的固定像素组成固定像素线性表
然后，用户根据随机数R生成密钥流，分别对可变像素线性表和固定像素线性表依次做“按位异或解密”和“置乱解密”，得到加密的可变像素线性表Lc和加密固定像素线性表Lu；接着，将加密可变像素线性表Lc和加密固定像素线性表Lu拼接，得到加密图像X′，X′＝{x＇i,j|i＝1,2,...,I,j＝1,2,…,J}；
A6、关键信息组成：
用户根据随机数R从最佳块类型标识矩阵Tk0中选取元素，组成对称待加密线性表Ta，其长度为na，最佳块类型标识矩阵Tk0中的剩余元素组成公钥待加密线性表Tb，其长度为nb；
再将随机数R用二进制表示，得到长度为nR的随机数序列Rbin；将像素类型标识矩阵的最佳分块大小值Hk0用二进制表示，得到长度为的最佳分块大小值序列将随机数序列Rbin，公钥待加密线性表Tb和像素类型标识矩阵的最佳分块大小值序列拼接得到长度为nc，的公钥待加密信息C，其中||为拼接操作；最后，将公钥待加密信息C和对称待加密线性表Ta拼接组成关键信息E，E＝C||Ta，关键信息E的长度为nE，nE＝nC+na；
A7、关键信息加密：
使用随机数R异或加密对称待加密线性表Ta，得到长度为la的对称加密线性表Ta′；
用户用接收端的长度为nkey的公钥Kp将公钥待加密信息C分为α组进行加密，其中将加密后α组密文串接组成长度为lC的公钥加密信息C′；
串接公钥加密信息C′和对称加密线性表Ta′，得到关键信息密文E′，E′＝C′||Ta′，关键信息密文E′的长度为lE，lE＝lC+la；
A8、关键信息密文隐藏：
用户统计加解密用像素类型标识矩阵P″中元素p″i,j值为0的元素个数，记为
然后计算加密图像X′的总像素个数的最小二进制表示的位数a， 进而得到加密图像X′的最大嵌入比特数nmax，
将关键信息密文E＇嵌入到加密可变像素线性表Lc的后lE个像素即至像素的最高有效位中得到嵌入关键信息密文E′后的加密可变像素线性表Lc′；接着，将嵌入关键信息密文E′后的加密可变像素线性表Lc′和加密固定像素线性表Lu拼接，得到隐藏关键信息密文的加密图像X″，X″＝{x″i,j|i＝1,2,...,I,j＝1,2,…,J}；
A9、加密图像生成：
用户计算出隐藏关键信息密文的加密图像X″的最大嵌入比特数Nmax，Nmax＝nmax-lE，再将隐藏关键信息密文的最大嵌入比特数Nmax的二值编码替换嵌入关键信息密文E′后，加密可变像素线性表Lc′的前a个像素即至像素的最高有效位，得到首部替换后的加密可变像素线性表
拼接首部替换后的加密可变像素线性表与加密固定像素线性表Lu，得到上传的加密图像Y，Y＝{yi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}；
最后将上传的加密图像Y传送给云端；
B、信息隐藏
云端将上传的加密图像Y按行扫描得到一维加密像素数组LY，LY＝{yi′|i′＝1,2,…,I×J},i′为一维加密像素数组LY中像素yi′的序号；
将待隐藏的额外信息S用信息隐藏密钥K进行对称加密，得到长度为ls的额外信息密文S′；提取一维加密像素数组LY的前a个像素即y1至ya像素的最高有效位，即提取到上传的加密图像Y的最大嵌入比特数Nmax；如果最大嵌入比特数Nmax不小于额外信息密文S′的长度lS，则将额外信息密文S′嵌入一维加密像素数组LY中ya+1至像素的最高有效位，得到含额外信息密文的一维加密像素数组
将含额外信息密文的一维加密像素数组按行扫描还原为矩阵，即生成含额外信息密文的加密图像Z，Z＝{Zi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}；
C、图像解密
C1、提取关键信息密文：
接收端从云端接收到含额外信息密文的加密图像Z，Z＝{zi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，再按行扫描还原得到含额外信息密文的一维加密像素数组提取含额外信息密文的一维像素数组中前a个像素的最高有效位，即y1至ya像素的最高有效位，提取得到最大嵌入比特数Nmax；提取至像素的最高有效位，即得到长度为lE的关键信息密文E′；
C2、解密关键信息密文：
用私钥Ks解密关键信息密文E＇中长度为lC的公钥加密信息C＇得到公钥待加密信息C；利用随机数R解密关键信息密文E＇中长度为la的对称加密线性表Ta′得到对称待加密线性表Ta；
C3、组成最佳块类型标识矩阵：
将对称待加密线性表Ta和公钥待加密线性表Tb拼接，还原得到最佳分块大小值Hk0对应的最佳块类型标识矩阵Tk0，Tk0＝{tk0,m,n|m＝1,2…,Mk0,n＝1,2,…,Nk0}；
C4、生成初始解密图像：
接收端执行步骤A4的加解密用像素类型标识矩阵生成操作，得到加解密用像素类型标识矩阵P″,P″＝{p″i,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}；
然后，接收端将含额外信息密文的加密图像Z按行扫描，还原得到含额外信息密文的一维加密像素数组将其中的前个像素，组成含额外信息密文的加密可变像素线性表其余像素组成含额外信息密文的加密固定像素线性表对含额外信息密文的加密可变像素线性表依次做“置乱解密”和“按位异或解密”，得到解密可变像素线性表对含额外信息密文的加密固定像素线性表依次做“置乱解密”和“按位异或解密”，得到解密固定像素线性表
建立初始解密图像D′，D′＝{d′i,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，其中所有像素d′i,j均为1；如果加解密用像素类型标识矩阵P″中的元素p″i,j＝0，且为第β个为0的元素，则将初始解密图像D′中第i行，第j列的像素d′i,j的替换为解密可变像素线性表中的第β个元素；如果加解密用像素类型标识矩阵P″中的元素p″i,j＝1，且为第γ个为1的元素，将初始解密图像D′中位置的像素d′i,j的替换为解密可变像素线性表中的第γ个元素；
C5、恢复解密图像：
按从上至下，从左至右的顺序对初始解密图像D′中第i行，第j列初始解密像素d′i,j进行如下的操作：
计算初始解密图像D′中第i行，第j列初始解密像素d′i,j的预测值 若像素类型标识矩阵P′中，第i行，第j列的元素p′i,j的值为1，则用第i行，第j列解密像素d′i,j的预测值的最高有效位更新解密像素d′i,j的最高有效位，否则解密像素d′i,j保持不变；
当第I行，第J列的初始解密像素d′I,J完成以上操作，令di,j＝d′i,j，初始解密图像D′成为解密图像D，D＝{di,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，di,j为解密图像D中第i行，第j列解密像素；
C6、生成含额外信息密文的明文图像：
用含额外信息密文的加密图像Z的最高有效位平面替换解密图像D的最低有效位平面，则得到含额外信息密文的明文图像W，W＝{wi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}；
D、额外信息提取
D1、明文域额外信息提取：
按行扫描含额外信息密文的明文图像W，得到含额外信息密文的明文一维像素数组LW，LW＝{wi|i＝1,2,…,I×J}，并提取wa+1至像素的最低有效位，得到额外信息密文S′；再用信息隐藏密钥K对称解密额外信息密文S′，得到额外信息S；
D2、密文域额外信息提取：
按行扫描含额外信息密文的加密图像Z，得到含额外信息密文的一维像素数组并提取ya+1至像素的最高有效位，得到额外信息密文S′；用信息隐藏密钥K对称解密额外信息密文S′，得到额外信息S。
仿真实验及性能分析
实验仿真1将大小为I×J＝512×512的Lena图像(图1a)作为测试图像，通过仿真得到Lena图像最佳像素类型标示矩阵分块大小Hk0＝4，Mk0＝Nk0＝128，ECk0＝0.7167bpp；
实验仿真2将大小为I×J＝512×512的Baboon图像(图2a)作为测试图像，通过仿真得到Baboon图像最佳像素类型标示矩阵分块大小Hk0＝2，Mk0＝Nk0＝256，ECk0＝0.3721bpp。
通过实验仿真1和实验仿真2来验证本发明各方面的性能。
图1a为实验仿真1的原始图像(Lena图像)，图1b为实验仿真1加密后的Lena图像；图2a为实验仿真2的原始图像(Baboon图像)，图2b为实验仿真2加密后的Baboon图像；从图1b和图2b可以看出，加密后图像类似随机噪声，图像内容没有可读性，加密效果好。
在关键信息加密过程中，图1a的Lena图像的块类型标示矩阵二进制序列长度为16384比特，仿真实验1生成的随机数R为6953521，用来加密原始图像，并使用随机数R选取部分块类型标示矩阵中的元素，组成二进制序列进行对称加密，剩余部分和随机数R的二进制序列使用用户公钥进行分组加密；图2a的Baboon图像的块类型标示矩阵二进制序列长度为65536比特，仿真实验2生成的随机数R为5888635，用来加密原始图，并使用随机数R选取部分块类型标示矩阵中的元素，组成二进制序列进行对称加密，剩余部分和随机数R的二进制序列使用用户公钥进行分组加密；一方面，由于攻击者没有用户私钥，无法解密获取图像加密密钥，从而无法得到完整的块类型标示矩阵恢复原始图像；另一方面，随机数R是随机生成的，因此对不同图像的图像生成的随机数不相同，实现了一次一密；从以上两方面证明本发明安全性好。
图1c为图1a通过仿真实验1得到的含额外信息的加密图像，图2c为图2a通过仿真实验2得到的含额外信息的加密图像，两个含额外信息的加密图像相似，类似噪声分布，这说明本发明的信息隐写没有改变加密图像特性。
此外，本发明对于纹理较为复杂的Baboon图像，像素类型标识矩阵分块大小为2×2时，最大隐写容量能达到0.3721bpp，从而反映出本发明算法具有较高的隐写容量。
采用本发明中的顺序恢复的方法，图1d为图1a的解密图像，图1e为图1a的含额外信息的明文图像；图2d为图2a的解密图像，图2e为图2a的含额外信息的明文图像；从图1a和图1d或从图2a和图2d来看，经过顺序恢复得到的解密图像与原始图像一致，从而反映出本发明解密图像质量高；从图1d和图1e或从图2d和图2e来看，含额外信息密文的明文图像和原始图像相似，接收者可在含额外信息密文的明文图像中获取原始图像部分信息，并提取额外信息。
然后，为验证本发明的安全性，进行以下安全性测试。
对图1b中的关键信息中块类型标识矩阵使用公钥加密的部分强行篡改1bit后，再通过本发明仿真实验1得到图1a的解密图像(图3)；对图2b中的关键信息中块类型标识矩阵使用公钥加密的部分强行篡改1bit后，再通过本发明仿真实验2得到图2a的解密图像(图4)。从图3和图4来看，类似随机噪声，解密图像内容没有可读性，也即加密图像的关键信息被篡改1bit后，接收者即无法得到具有可读性的图像，进一步说明本发明加密安全性高。
最后，验证本发明方法在自适应选取图像像素类型标示矩阵分块大小的条件下，图像集中不同图像的最大隐写容量，如图5所示。图5中的图像集是由Lena，Baboon等50幅不同图像组成(https://pan.baidu.com/s/1i6RwqFF)，横坐标为该图像序列号，纵轴为该图像的最大隐写容量，从图5中的关系曲线可以看出不同图像的最大隐写容量不相同，但对于同一幅图像，本发明的最大隐写容量明显高于陈算法(陈帆,和红杰,尹帮旭,鄢舒,基于分类置乱和隐藏信息分级的加密域可逆信息隐藏方法:CN201710250376.1[P].2017-08-29)的隐写容量；此外像素类型标识分块大小Hk，根据该图像最大隐写容量ECk0自适应取值，图6显示了图像集中的图像在隐写容量达到最大值时对应的最佳像素类型标识矩阵分块大小值。其中横坐标为图像序列号，纵坐标为该图像达到最大隐写容量时最佳像素类型标识矩阵分块大小。由图6可知，Lena图像最佳像素类型标识矩阵分块大小Hk0＝4时，隐写容量最大，ECk0＝0.7167bpp，而Baboon图像最佳像素类型标识矩阵分块大小Hk0＝2时，隐写容量最大，ECk0＝0.3721bpp。

Claims (1)

1.一种基于混合加密机制的自适应图像加密域可逆隐藏方法，包括如下步骤：
A、图像加密
A1、像素类型标识矩阵生成：
用户通过下式算出原始图像X，X＝{xi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}中的像素xi,j的预测值
其中I为原始图像X的行数，J为原始图像X的列数，xi,j为原始图像X中第i行，第j列的像素，表示向下取整操作，∪表示集合的并运算；
如果像素xi,j的最高有效位与像素xi,j的预测值的最高有效位相同，则像素xi,j的类型标识pi,j的值为0；否则，像素xi,j的类型标识pi,j的值为1；将所有的类型标识pi,j拼接，得到像素类型标识矩阵P，P＝{pi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}；
A2、块类型标识矩阵生成：
找出原始图像X的行数I和列数J的公约数，去掉其中的最小公约数和最大公约数,将剩余的公约数作为分块大小值并从小到大依次排列，组成分块大小值序列H，H＝{H1,H2…Hk…HK},其中k为序列H中分块大小值Hk的序号，K为序列H中分块大小值Hk的个数；
用户根据第k个分块大小值Hk，将像素类型标识矩阵P划分成Mk×Nk个不重叠的、大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n，其中m为大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n在像素类型标识矩阵P中的横向序号，m＝1,2…,Mk；Mk＝I/Hk；n为大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n在像素类型标识矩阵P中的纵向序号，n＝1,2,…,Nk；Nk＝J/Hk；r为大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n中元素的行序号，c为大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n中元素的列序号；
如果大小为Hk×Hk，横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk,m,n中的所有元素全为0，则大小为Hk×Hk，横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk,m,n的块类型标识tk,m,n的值为0；否则，大小为Hk×Hk，横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk ,m,n的块类型标识tk,m,n的值为1；
进而将所有大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n的块类型标识tk,m,n组成块类型标识矩阵Tk，Tk＝{tk,m,n|m＝1,2…,Mk,n＝1,2,…,Nk}；
A3、最佳块类型标识矩阵生成：
计算大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n对应的原始图像隐写容量ECk，k＝1,2…K；sum(.)表示矩阵中元素值的求和操作；
如k＝k0，即大小为Hk0×Hk0的像素类型标识块Pk0,m,n的对应原始图像隐写容量ECk0为所有大小为Hk×Hk的像素类型标识块Pk,m,n对应的原始图像隐写容量ECk,k＝1,2…K中的最大值；则令第k＝k0个分块大小值Hk0为像素类型标识矩阵P的最佳分块大小值Hk0；进而得到最佳分块大小值Hk0对应的最佳块类型标识矩阵Tk0，Tk0＝{tk0,m,n|m＝1,2…,Mk0,n＝1,2,…,Nk0}；其中tk0,m,n为大小为Hk0×Hk0，横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk0,m,n的块类型标识；
A4、加解密用像素类型标识矩阵生成：
如果最佳块类型标识矩阵Tk0中的横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk0,m,n的块类型标识tk0,m,n＝0，则用户将大小为Hk0×Hk0，横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk0,m,n中所有的元素置为0；否则，将大小为Hk0×Hk0横向序号为m,纵向序号为n的像素类型标识块Pk0,m,n中所有元素置为1；再将所有大小为Hk0×Hk0的像素类型标识块Pk0,m,n按其横向序号m,纵向序号n进行拼接，得到重构像素类型标识矩阵P′，P′＝{p′i,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，并根据下式更新重构像素类型标识矩阵P＇中的元素p＇i,j，得到加解密用像素类型标识矩阵P″,P″＝{p″i,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，
A5、异或分类置乱加密：
在加解密用像素类型标识矩阵P″中，如果元素p″i,j的值为0，则将原始图像X中同一位置的像素xi,j定义为可变像素；否则，将原始图像X中同一位置的像素xi,j定义为固定像素；原始图像X中所有可变像素组成可变像素线性表同时将原始图像X中所有的固定像素组成固定像素线性表
然后，用户根据随机数R生成密钥流，分别对可变像素线性表和固定像素线性表依次做“按位异或解密”和“置乱解密”，得到加密的可变像素线性表Lc和加密固定像素线性表Lu；接着，将加密可变像素线性表Lc和加密固定像素线性表Lu拼接，得到加密图像X′，X′＝{x′i,j|i＝1,2,...,I,j＝1,2,…,J}；
A6、关键信息组成：
用户根据随机数R从最佳块类型标识矩阵Tk0中选取元素，组成对称待加密线性表Ta，其长度为na，最佳块类型标识矩阵Tk0中的剩余元素组成公钥待加密线性表Tb，其长度为nb；
再将随机数R用二进制表示，得到长度为nR的随机数序列Rbin；将像素类型标识矩阵的最佳分块大小值Hk0用二进制表示，得到长度为的最佳分块大小值序列将随机数序列Rbin，公钥待加密线性表Tb和像素类型标识矩阵的最佳分块大小值序列拼接得到长度为nC，的公钥待加密信息C，其中||为拼接操作；最后，将公钥待加密信息C和对称待加密线性表Ta拼接组成关键信息E，E＝C||Ta，关键信息E的长度为nE，nE＝nC+na；
A7、关键信息加密：
使用随机数R异或加密对称待加密线性表Ta，得到长度为la的对称加密线性表Ta′；
用户用接收端的长度为nkey的公钥Kp将公钥待加密信息C分为α组进行加密，其中将加密后α组密文串接组成长度为lC的公钥加密信息C′；
串接公钥加密信息C′和对称加密线性表Ta′，得到关键信息密文E′，E′＝C′||Ta′，关键信息密文E′的长度为lE，lE＝lC+la；
A8、关键信息密文隐藏：
用户统计加解密用像素类型标识矩阵P″中元素p″i,j值为0的元素个数，记为
然后计算加密图像X＇的总像素个数的最小二进制表示的位数a， 进而得到加密图像X＇的最大嵌入比特数nmax，
将关键信息密文E＇嵌入到加密可变像素线性表Lc的后lE个像素即至像素的最高有效位中得到嵌入关键信息密文E′后的加密可变像素线性表Lc′；接着，将嵌入关键信息密文E′后的加密可变像素线性表Lc′和加密固定像素线性表Lu拼接，得到隐藏关键信息密文的加密图像X″，X″＝{x″i,j|i＝1,2,...,I,j＝1,2,…,J}；
A9、加密图像生成：
用户计算出隐藏关键信息密文的加密图像X″的最大嵌入比特数Nmax，Nmax＝nmax-lE，再将隐藏关键信息密文的最大嵌入比特数Nmax的二值编码替换嵌入关键信息密文E′后，加密可变像素线性表Lc′的前a个像素即至像素的最高有效位，得到首部替换后的加密可变像素线性表拼接首部替换后的加密可变像素线性表与加密固定像素线性表Lu，得到上传的加密图像Y，Y＝{yi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}；
最后将上传的加密图像Y传送给云端；
B、信息隐藏
云端将上传的加密图像Y按行扫描得到一维加密像素数组LY，LY＝{yi′|i′＝1,2,…,I×J},i′为一维加密像素数组LY中像素yi′的序号；
将待隐藏的额外信息S用信息隐藏密钥K进行对称加密，得到长度为lS的额外信息密文S′；提取一维加密像素数组LY的前a个像素即y1至ya像素的最高有效位，即提取到上传的加密图像Y的最大嵌入比特数Nmax；如果最大嵌入比特数Nmax不小于额外信息密文S＇的长度ls，则将额外信息密文S′嵌入一维加密像素数组LY中ya+1至像素的最高有效位，得到含额外信息密文的一维加密像素数组
将含额外信息密文的一维加密像素数组按行扫描还原为矩阵，即生成含额外信息密文的加密图像Z，Z＝{zi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}；
C、图像解密
C1、提取关键信息密文：
接收端从云端接收到含额外信息密文的加密图像Z，＝＝{zi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，再按行扫描还原得到含额外信息密文的一维加密像素数组提取含额外信息密文的一维像素数组中前a个像素的最高有效位，即y1至ya像素的最高有效位，提取得到最大嵌入比特数Nmax；提取至像素的最高有效位，即得到长度为lE的关键信息密文E′；
C2、解密关键信息密文：
用私钥Ks解密关键信息密文E＇中长度为lC的公钥加密信息C′得到公钥待加密信息C；利用随机数R解密关键信息密文E′中长度为la的对称加密线性表Ta′得到对称待加密线性表Ta；
C3、组成最佳块类型标识矩阵：
将对称待加密线性表Ta和公钥待加密线性表Tb拼接，还原得到最佳分块大小值Hk0对应的最佳块类型标识矩阵Tk0，Tk0＝{tk0,m,n|m＝1,2…,Mk0,n＝1,2,…,Nk0}；
C4、生成初始解密图像：
接收端执行步骤A4的加解密用像素类型标识矩阵生成操作，得到加解密用像素类型标识矩阵P″,P″＝{p″i,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}；
然后，接收端将含额外信息密文的加密图像Z按行扫描，还原得到含额外信息密文的一维加密像素数组将其中的前个像素，组成含额外信息密文的加密可变像素线性表其余像素组成含额外信息密文的加密固定像素线性表对含额外信息密文的加密可变像素线性表依次做“置乱解密”和“按位异或解密”，得到解密可变像素线性表对含额外信息密文的加密固定像素线性表依次做“置乱解密”和“按位异或解密”，得到解密固定像素线性表
建立初始解密图像D′，D′＝{d′i,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，其中所有像素d′i,j均为1；如果加解密用像素类型标识矩阵P″中的元素p″i,j＝0，且为第β个为0的元素，则将初始解密图像D＇中第i行，第j列的像素d′i,j的替换为解密可变像素线性表中的第β个元素；如果加解密用像素类型标识矩阵P″中的元素p″i,j＝1，且为第γ个为1的元素，将初始解密图像D′中位置的像素d′i,j的替换为解密可变像素线性表中的第γ个元素；
C5、恢复解密图像：
按从上至下，从左至右的顺序对初始解密图像D＇中第i行，第j列初始解密像素d＇i,j进行如下的操作：
计算初始解密图像D＇中第i行，第j列初始解密像素d′i,j的预测值 若像素类型标识矩阵P′中，第i行，第j列的元素p′i,j的值为1，则用第i行，第j列解密像素d′i,j的预测值的最高有效位更新解密像素d′i,j的最高有效位，否则解密像素d′i,j保持不变；
当第I行，第J列的初始解密像素d′I,J完成以上操作，令di,j＝d′i,j，初始解密图像D′成为解密图像D，D＝{di,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，di,j为解密图像D中第i行，第j列解密像素；
C6、生成含额外信息密文的明文图像：
用含额外信息密文的加密图像Z的最高有效位平面替换解密图像D的最低有效位平面，则得到含额外信息密文的明文图像W，W＝{wi,j|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}；
D、额外信息提取
D1、明文域额外信息提取：
按行扫描含额外信息密文的明文图像W，得到含额外信息密文的明文一维像素数组LW，LW＝{wi|i＝1,2,…,I×J}，并提取wa+1至像素的最低有效位，得到额外信息密文S′；再用信息隐藏密钥K对称解密额外信息密文S′，得到额外信息S；
D2、密文域额外信息提取：
按行扫描含额外信息密文的加密图像Z，得到含额外信息密文的一维像素数组并提取ya+1至像素的最高有效位，得到额外信息密文S′；用信息隐藏密钥K对称解密额外信息密文S′，得到额外信息S。
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Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109462714A (zh) * 2018-10-30 2019-03-12 成都优图有真像信息技术有限公司 云存储开销小的加密图像多位平面可逆数据隐藏方法
CN110111477A (zh) * 2019-04-23 2019-08-09 湖北工业大学 一种基于信息隐藏的彩票信息防伪认证方法及系统
CN110855362A (zh) * 2019-11-18 2020-02-28 南京工程学院 基于可见光led矩阵的保密通信方法和系统
CN111814160A (zh) * 2020-06-17 2020-10-23 上海健康医学院 一种用于dicom文件的密文域可逆信息隐藏系统及其方法
CN112040086A (zh) * 2019-06-03 2020-12-04 湖北微模式科技发展有限公司 一种图像加密、解密方法及装置、设备和可读存储介质
CN112153045A (zh) * 2020-09-24 2020-12-29 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 一种私有协议的加密字段的识别方法及系统
CN113420317A (zh) * 2021-03-20 2021-09-21 贵州北斗空间信息技术有限公司 一种三维模型的加密存储方法及系统
CN113472968A (zh) * 2021-05-08 2021-10-01 武汉理工大学 加密图像可逆数据隐藏方法、装置及存储介质
CN113489859A (zh) * 2021-06-10 2021-10-08 绍兴聚量数据技术有限公司 使用自适应编码在加密图像上的可逆信息隐藏方法
CN113923315A (zh) * 2021-12-13 2022-01-11 湖南菠萝互娱网络信息有限公司 一种图像云存储防泄露的加密系统及方法
CN113949783A (zh) * 2021-10-18 2022-01-18 中南大学 一种基于纹理复杂度分类的遥感图像快速加密方法
CN114598529A (zh) * 2022-03-09 2022-06-07 东北大学 一种融合加密的图像信息隐藏方法
CN114745109A (zh) * 2022-04-06 2022-07-12 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 基于量子加密的配电终端加密通信系统及方法
CN115203723A (zh) * 2022-07-20 2022-10-18 浙江东昊信息工程有限公司 一种可用于寺庙的信息加密处理系统
CN115695675A (zh) * 2023-01-03 2023-02-03 北京特立信电子技术股份有限公司 用于网络数据安全交换的视频加密方法
CN115834791A (zh) * 2023-02-03 2023-03-21 徐工汉云技术股份有限公司 利用矩阵密钥的图像加解密传输方法和电子设备
CN115941853A (zh) * 2022-12-26 2023-04-07 广东海洋大学 基于压缩感知和自适应嵌入的图像隐藏方法、系统、设备及介质

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002073872A1 (fr) * 2001-03-09 2002-09-19 Sharp Kabushiki Kaisha Appareil de stockage de donnees
CN103268588A (zh) * 2013-05-24 2013-08-28 上海大学 基于载体图像校验码的加密域无损可逆信息隐藏方法
US20160189325A1 (en) * 2014-12-30 2016-06-30 University Of Macau Method for reversible image data hiding
CN105763762A (zh) * 2014-12-17 2016-07-13 青岛海信电器股份有限公司 一种图像加密及解密的方法和装置
CN105847629A (zh) * 2016-03-18 2016-08-10 大连大学 一种加密图像的可逆信息隐藏方法
CN105872305A (zh) * 2016-04-13 2016-08-17 宁波工程学院 一种完全可分离的加密域图像可逆数据隐藏方法
CN106251278A (zh) * 2016-07-27 2016-12-21 廖琪男 一种基于直方图特征的图像加密域可逆信息隐藏方法
CN107103631A (zh) * 2017-04-17 2017-08-29 西南交通大学 基于分类置乱和隐藏信息分级的加密域可逆信息隐藏方法
CN107633474A (zh) * 2017-04-16 2018-01-26 东北大学 一种具有快速密钥流生成过程的混沌彩色图像加密方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002073872A1 (fr) * 2001-03-09 2002-09-19 Sharp Kabushiki Kaisha Appareil de stockage de donnees
CN103268588A (zh) * 2013-05-24 2013-08-28 上海大学 基于载体图像校验码的加密域无损可逆信息隐藏方法
CN105763762A (zh) * 2014-12-17 2016-07-13 青岛海信电器股份有限公司 一种图像加密及解密的方法和装置
US20160189325A1 (en) * 2014-12-30 2016-06-30 University Of Macau Method for reversible image data hiding
CN105847629A (zh) * 2016-03-18 2016-08-10 大连大学 一种加密图像的可逆信息隐藏方法
CN105872305A (zh) * 2016-04-13 2016-08-17 宁波工程学院 一种完全可分离的加密域图像可逆数据隐藏方法
CN106251278A (zh) * 2016-07-27 2016-12-21 廖琪男 一种基于直方图特征的图像加密域可逆信息隐藏方法
CN107633474A (zh) * 2017-04-16 2018-01-26 东北大学 一种具有快速密钥流生成过程的混沌彩色图像加密方法
CN107103631A (zh) * 2017-04-17 2017-08-29 西南交通大学 基于分类置乱和隐藏信息分级的加密域可逆信息隐藏方法

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109462714A (zh) * 2018-10-30 2019-03-12 成都优图有真像信息技术有限公司 云存储开销小的加密图像多位平面可逆数据隐藏方法
CN110111477B (zh) * 2019-04-23 2021-09-14 湖北工业大学 一种基于信息隐藏的彩票信息防伪认证方法及系统
CN110111477A (zh) * 2019-04-23 2019-08-09 湖北工业大学 一种基于信息隐藏的彩票信息防伪认证方法及系统
CN112040086B (zh) * 2019-06-03 2023-06-06 湖北微模式科技发展有限公司 一种图像加密、解密方法及装置、设备和可读存储介质
CN112040086A (zh) * 2019-06-03 2020-12-04 湖北微模式科技发展有限公司 一种图像加密、解密方法及装置、设备和可读存储介质
CN110855362A (zh) * 2019-11-18 2020-02-28 南京工程学院 基于可见光led矩阵的保密通信方法和系统
CN111814160B (zh) * 2020-06-17 2023-11-21 上海健康医学院 一种用于dicom文件的密文域可逆信息隐藏系统及其方法
CN111814160A (zh) * 2020-06-17 2020-10-23 上海健康医学院 一种用于dicom文件的密文域可逆信息隐藏系统及其方法
CN112153045A (zh) * 2020-09-24 2020-12-29 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 一种私有协议的加密字段的识别方法及系统
CN113420317A (zh) * 2021-03-20 2021-09-21 贵州北斗空间信息技术有限公司 一种三维模型的加密存储方法及系统
CN113472968A (zh) * 2021-05-08 2021-10-01 武汉理工大学 加密图像可逆数据隐藏方法、装置及存储介质
CN113472968B (zh) * 2021-05-08 2023-10-13 武汉理工大学 加密图像可逆数据隐藏方法、装置及存储介质
CN113489859A (zh) * 2021-06-10 2021-10-08 绍兴聚量数据技术有限公司 使用自适应编码在加密图像上的可逆信息隐藏方法
CN113489859B (zh) * 2021-06-10 2023-07-14 绍兴聚量数据技术有限公司 使用自适应编码在加密图像上的可逆信息隐藏方法
CN113949783A (zh) * 2021-10-18 2022-01-18 中南大学 一种基于纹理复杂度分类的遥感图像快速加密方法
CN113923315A (zh) * 2021-12-13 2022-01-11 湖南菠萝互娱网络信息有限公司 一种图像云存储防泄露的加密系统及方法
CN114598529A (zh) * 2022-03-09 2022-06-07 东北大学 一种融合加密的图像信息隐藏方法
CN114745109A (zh) * 2022-04-06 2022-07-12 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 基于量子加密的配电终端加密通信系统及方法
CN115203723A (zh) * 2022-07-20 2022-10-18 浙江东昊信息工程有限公司 一种可用于寺庙的信息加密处理系统
CN115203723B (zh) * 2022-07-20 2023-06-09 浙江东昊信息工程有限公司 一种可用于寺庙的信息加密处理系统
CN115941853A (zh) * 2022-12-26 2023-04-07 广东海洋大学 基于压缩感知和自适应嵌入的图像隐藏方法、系统、设备及介质
CN115941853B (zh) * 2022-12-26 2024-03-08 广东海洋大学 基于压缩感知和自适应嵌入的图像隐藏方法、系统、设备及介质
CN115695675A (zh) * 2023-01-03 2023-02-03 北京特立信电子技术股份有限公司 用于网络数据安全交换的视频加密方法
CN115834791A (zh) * 2023-02-03 2023-03-21 徐工汉云技术股份有限公司 利用矩阵密钥的图像加解密传输方法和电子设备

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