CN110827187B - 一种信息隐写以及恢复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种信息隐写、恢复方法，属于信息加密领域。该方法包括：将待隐藏信息和待载密图像分别转换为十进制序列，记为序列D和序列B；根据预先设定的规则，通过序列D获取序列D1，通过B序列获取序列B1；建立序列D1和序列B1之间的映射关系；根据所述映射关系，构造序列C；将序列C和序列D1添加到待载密图像末尾，同时本发明还提出适用于所述信息隐写方法的信息恢复方法。本发明能够使得隐藏的信息与图像内容高度相关，在不同的图像中隐藏的信息不同，大大增加破解难度，具有更高的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及信息传输领域，具体涉及一种信息加密领域，特别涉及一种信息隐写以及恢复方法。
背景技术
信息隐写，是将机密信息隐藏在大量信息中不让对手发觉的一种方法。计算机图片是常见的信息隐写应用载体，将需要保密的数据隐藏在图片中传递，而不影响图片原有的视觉效果，这样具有很好的隐蔽性。
现有的信息隐写方法主要有：利用图像频域中的高频分量据隐藏信息、采用最低有效位方法将信息隐藏到图片像素中、在数字图像的像素亮度的统计模型上隐藏信息的方法等等。但是这些方法都是直接在图像中嵌入信息替换图像原有像素的比特位，改变了原有图像的内容，可能会影响到图像的视觉效果，从而被人发觉。
有的方法不直接在图像的像素中嵌入信息，而是在将信息直接附在图像文件的尾部，例如论文《基于BMP图像数据的信息隐藏方法》就是采用这种方法，由于BMP图像的显示是根据文件头的图像长宽数据来确定图像数据块的，与附着在图像数据块之后的隐藏数据没有关系，因此将秘密信息附着到图像数据之后只是增加了BMP文件的大小，并不影响图像的显示，也不影响图像的视觉效果，从而实现人眼视觉无差异的信息隐藏。该方法简单易行，且载密图像和原图像在视觉上没有任何差别，但是直接在图像文件结尾明文附着隐藏信息的方法并不安全，很容易被别人读取出来。并且附着的信息与图像内容无关，这会导致相同的信息在不同的图像上隐藏的数据是一样的，容易被人识别破译出来，安全性较低。
发明内容
为了克服如上所述的技术问题，本发明提出一种基于数字出现频率排序映射的信息隐写方法，能够使得隐藏的信息与图像内容高度相关，在不同的图像中隐藏的信息不同，大大增加破解难度，具有更高的安全性。本发明采用的技术方案如下：
第一方面，提出一种信息隐写方法，包括：
将待隐藏信息和待载密图像分别转换为十进制序列，记为序列D和序列B；
根据预先设定的规则，通过序列D获取序列D1，通过B序列获取序列B1；
建立序列D1和序列B1之间的映射关系；
根据所述映射关系，构造序列C；
将序列C和序列D1添加到待载密图像末尾。
进一步地，统计数字序列D中单个数字出现的频率，按频率从高到低进行排序，形成数字频率序列D1；统计数字序列B中单个数字出现的频率，按频率从高到低进行排序，形成数字频率序列B1。
进一步地，将序列D1中的数字映射到序列B1中频率排序位置相同的数字。
第二方面，提出一种适用于第一方面所述信息隐写方法的信息恢复方法，包括：
获取目标载密图像数据；
根据所述目标载密图像数据确定所述序列B；
根据预先设定的规则，通过序列B获取所述序列B1；
根据所述目标载密图像数据的末尾数据，获取所述序列C和序列D1；
根据序列B和序列C以及序列B1和序列D1之间的映射关系，获取序列D；
将所述序列D转换成原始信息。
第三方面，提出一种用于信息隐写的计算机装置，所述计算机装置包括处理器和存储器，所述存储器存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器执行以实现如第一方面所述的信息隐写方法。
第四方面，提出一种用于信息恢复的计算机装置，其特征在于，所述计算机装置包括处理器和存储器，所述存储器存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器执行以实现如第二方面所述的信息恢复方法。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明首先将待隐藏信息与待载密图像转换为数字，再分别对数字序列按照出现的频率的排序形成数字频率序列，将二者中排序相同的数字之间建立映射关系，然后根据所述映射关系，构造新的数字序列，最后将新的数字序列和待隐藏信息对应的数字频率序列添加到待载密图像末尾，形成目标载密图像，携带隐藏信息的目标载密图像并不会因此而出现视觉上的不同，而隐藏的信息与图像内容高度相关，在不同的图像中隐藏的信息不同，这样就大大增加了破解隐藏信息的难度，在信息传输具有更高的安全性，只有采用本发明公开的适用于所述信息隐写方法的信息恢复方法才能够顺利从目标载密图像中恢复出隐藏的信息，最终完成信息的传输过程。
附图说明
图1为本发明所提出的一种信息隐写方法的流程图；
图2为适用于上述信息隐写方法的信息恢复方法的流程图.
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，下面将结合附图对本发明实施方案作进一步地详细描述。
图1为本发明所提出的一种信息隐写方法的流程图，示出了该方法的具体实施步骤，包括：
步骤101，将待隐藏信息和待载密图像分别转换为十进制序列，记为序列D和序列B；
如果待隐藏信息为英文，可将每个字母按照ASCII码转换为数字内容，如果待隐藏信息为中文，可将每个汉字按照GBK编码转换为数字内容。
在一种可能的实际操作中，所需要隐写的信息串为“gfap”，承载隐写的图片像素内容为“0xFF,0xFF，0x35，0x79，0xFD，0x9A，0x35，0xDB，0xFF，0x16，0x15”。
那么，将待隐藏信息根据ASCII码转换为对应的数字：g的ASCII码为103，f的ASCII码为102，a的ASCII码为097，p的ASCII码为112。因此待隐写信息的数字序列D为“103102097112”，类似地，将待载密图像，也就是用来隐藏信息的载体图像数据，以每个字节为单位，转换为该字节对应的十进制数字，形成的图像数字序列B“255255053121253154053219255022021”。
需要说明的是，待载密图像是指BMP图像。
步骤102，根据预先设定的规则，通过序列D获取序列D1，通过B序列获取序列B1；
在一种可能的实际操作中，统计数字序列D中单个数字出现的频率，按频率从高到低进行排序，形成数字频率序列D1；统计数字序列B中单个数字出现的频率，按频率从高到低进行排序，形成数字频率序列B1。
对应步骤101中所述的实施例，对序列D中所有数字按出现频率进行排列，如果频率相同则数字小的在前，可以看到，频率最高的数字为1，出现了四次，频率第次高的数字为0，出现了三次，以此类推，得到最终的隐写信息数字频率序列D1为“102379”。类似地，对B中数字按出现频率进行排列，得到图像数据的数字频率序列B1为“5210349”。
步骤103，建立序列D1和序列B1之间的映射关系；
在上述步骤中的序列D1和序列B1中，我们需要建立一种映射关系，使得待隐藏信息和待载密图像之间存在一种一一对应的关系，这也是实现待隐藏信息和待载密图像信息高度相关的基础。
在一种可能的实现中，对应上述步骤的实施例，从序列D1与序列B1的顺序对应可以得到，隐写信息中数字1对应的应该是图像数字5；隐写信息中数字0对应的应该是图像数字2；以此类推，得到对应关系：
通过数字频率排序对应，这样可使待隐写信息中的数字能以较高的概率快速匹配到图像上的数字。
步骤104，根据所述映射关系，构造序列C；
假设Di为序列D中第i个数字，其中0<i<＝序列D总数字个数，下述步骤S1至S4为本发明公布的一种根据所述映射关系，构造序列C的具体实施步骤，包括：
S1，初始化，i＝0，序列B中已经完成匹配的数字个数k＝0；
S2，i＝i+1，根据所述映射关系，Di在序列B中按照从第k位开始进行顺序匹配，若不匹配，则在C序列中添0，并继续开始匹配下一位；若匹配，则在序列C中添1，且Di匹配结束，并更新k为序列B当前已经完成匹配的数字个数；
S3，判断i＝序列D总数字个数，若不等于，则跳转到S2；
S4，序列C构造完成。
需要说明的是，待隐藏信息数据量一般远小于待载密图像的数据量，也就是说在上述步骤中序列D的长度远小于序列B。
根据上述步骤，在一种可能的实现中，建立一个与序列B等长的序列C，从序列D中取出第一个数字为1，对应匹配的应该是序列B中的5。匹配过程如下：当描到序列B的第一个数字时，没有匹配上，因此C第1位上置0，继续扫描到B的第二个数字时，匹配上，这时C的第2位上置1。(以下画下划线的数字表示匹配上的情况)
序列D：103102097112
序列B：255255053121253154053219255022021
序列C：01
同理继续从序列D中取第二个数字为0，对应匹配的应该是序列B中的2。匹配过程如下：接着序列B中上一次扫描到的位置开始，第三位没有匹配上，因此序列C第3位上置0，继续扫描到序列B的第四个数字时，发现能够匹配上，这时序列C的第4位上置1。(以下画下划线的数字表示匹配上的情况)
序列D：103102097112
序列B：255255053121253154053219255022021
序列C：0101
同理继续从D中取第三个数字为3，进行匹配，直到D中数字匹配完，如下B中下划线表示D中所有数字匹配映射到B的数字，及对应形成的序列C：
在另外一种可能的实际操作中，为了压缩待隐藏信息的数据量，可以将序列C进行游程转换，对应上述实施例，在一种可能的实际操作中，将匹配序列C进行游程转换为游程序列，以缩短数据长度，由于C序列的第一位是0，因此游队列的第一位也是0，从第2位开始，用来记录相同数字的游程长度。序列C转换为序列“0 1 1 1 1 2 2 2 3 4 1 2 1 4 2 51”，和原序列相比，经过游程转换后的序列数据量明显变小，另外，经过游程转换步骤还能够加大隐藏信息的破解难度。
步骤105，将序列C和序列D1添加到待载密图像末尾。
本实施步骤主要是将序列C和序列D1的信息进一步添加到待载密图像末尾，在一种可能的实现中，当所述序列D1中包含0至9十个不同的数字，直接将序列D1附加到序列C的后面，再添加到待载密图像末尾；反之，将0至9中未出现的数字按一定顺序直接补充到所述序列D1后面，然后将序列D1附加到序列C的后面，再添加到待载密图像末尾。这里的一定顺序，可选的，可以是按从小到大的顺序或从大到小的顺序，或者其他人为预设的其他顺序。
在一种可能的实现中，如果D1内有十个数字(即转换为数字后的隐写信息包含数字从0到9都有出现)，直接将D1附在Y后面，形成{Y，D1}。如果D1内不满十个数字，对应上述步骤实施例，转换成的序列D1中没有4，5，6，8这四个数字，则在序列D1后按所有未出现的数字从小到大补充，凑成十个数字后，再将D1附在Y后面，形成{Y，D1，4，5，6，8}，当然还可以按照其他顺序进行补充，本发明实施方案并不以此为限。
在另一种可能的实现中，将序列C和序列D1添加到待载密图像末尾之前，在一种可能的实际操作中，还可以对待添加到待载密图像末尾的数据信息进行压缩，在上一步骤104中游程转换压缩数据的基础上，进一步对隐藏信息进行压缩。在一种可能的实际操作中，可选的压缩方式包括zip、rar等常用的一些压缩数据的方式。
本实施例首先将待隐藏信息与待载密图像转换为数字，再分别对数字序列按照出现的频率的排序形成数字频率序列，将二者中排序相同的数字之间建立映射关系，然后根据所述映射关系，构造新的数字序列，最后将新的数字序列和待隐藏信息对应的数字频率序列添加到待载密图像末尾，形成目标载密图像，携带隐藏信息的目标载密图像并不会因此而出现视觉上的不同，而隐藏的信息与图像内容高度相关，在不同的图像中隐藏的信息不同，这样就大大增加了破解隐藏信息的难度，在信息传输具有更高的安全性。
在上述实施例中详细描述了一种基于数字出现频率排序映射的信息隐写方法，从而获取到携带隐藏信息的目标载密图像，同时本发明还提出一种适用于上述信息隐写方法的信息恢复方法，下面将结合图2对本发明的信息回复方法进行具体说明。
如图2为适用于上述信息隐写方法的信息恢复方法的流程图，示出了本发明信息恢复方法的具体实施步骤，包括：
在步骤201中，获取目标载密图像数据；
这里的目标载密图像数据是指携带了隐藏信息的图像数据。
在步骤202中，根据所述目标载密图像数据确定所述序列B；
从目标载密图像文件中读出图像数据块，将图像数据以每个字节为单位，转换为该字节对应的十进制数字。按照原图像字节的顺序将转换后的数据排列，得到序列B。
在步骤203中，根据预先设定的规则，通过序列B获取所述序列B1；
在一种可能的实际操作中，统计数字序列B中单个数字出现的频率，按频率从高到低进行排序，形成数字频率序列B1。
在步骤204中，根据所述目标载密图像数据的末尾数据，获取所述序列C和序列D1；
根据本发明的信息隐写方法，容易知道目标载密图像数据的末尾数据包含序列C和序列D1的相关信息，在一种可能的操作中，若在信息隐写过程中还经过压缩，这里对应的要经过解压缩才能得到正确的序列C和序列D1的信息。
在步骤205中，根据序列B和序列C以及序列B1和序列D1之间的映射关系，获取序列D；
对应上述信息隐写实施例，根据匹配序列C，对照图像数字序列B，从中找到匹配数字，如下所示：
所得匹配数字为“520 521 243 551”，并根据匹配数字在B1中的位置，对应在D1中的匹配数字，恢复出信息数字序列D“103 102 097 112”。
在步骤206中，将所述序列D转换成原始信息。
对序列D进行所属语种的编码转换，得到隐藏在图像中的原始信息“gfap”，即目标载密图像所携带的原始待隐藏信息。
在本实施例中由于隐藏的信息与图像内容高度相关，在不同的图像中隐藏的信息不同，这样就大大增加了破解隐藏信息的难度，在信息传输具有更高的安全性，只有采用本发明公开的适用于所述信息隐写方法的信息恢复方法才能够顺利从目标载密图像中恢复出隐藏的信息，最终顺利完成信息的传输过程。
本发明提供一种用于信息隐写的计算机装置结构示意图。该计算机装置包括：处理器、存储器和总线。处理器包括一个或一个以上处理核心，处理器通过总线与处理器相连，存储器用于存储程序指令，处理器执行存储器中的程序指令时实现上述方法实施例提供的信息隐写方法。
本发明还提供一种用于信息恢复的计算机装置结构示意图。该计算机装置包括：处理器、存储器和总线。处理器包括一个或一个以上处理核心，处理器通过总线与处理器相连，存储器用于存储程序指令，处理器执行存储器中的程序指令时实现适用于上述信息隐写的信息恢复方法。
可选的，上述存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述存储器存储有至少一段程序，所述程序由所述处理器加载并执行以实现上述方法实施例提供的信息隐写方法。
可选的，本发明还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的信息隐写方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述存储器存储有至少一段程序，所述程序由所述处理器加载并执行以实现上述方法实施例提供的适用于上述信息隐写的信息恢复方法。
可选的，本发明还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的上述信息隐写的信息恢复方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于以限制发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种信息隐写方法，其特征在于，包括：
将待隐藏信息和待载密图像分别转换为十进制序列，记为序列D和序列B；
统计数字序列D中单个数字出现的频率，按频率从高到低进行排序，形成数字频率序列D1；
统计数字序列B中单个数字出现的频率，按频率从高到低进行排序，形成数字频率序列B1；
建立序列D1和序列B1之间的映射关系，所述映射关系使所述序列D1和所述序列B1的数字之间一一对应；
Di为序列D中第i个数字，其中0<＝i<＝序列D总数字个数，
S1，初始化，i＝0，序列B中已经完成匹配的数字个数k＝0；
S2，i＝i+1，根据所述映射关系，Di在序列B中按照从第k位开始进行顺序匹配，若不匹配，则在C序列中添0，并继续开始匹配下一位；若匹配，则在序列C中添1，且Di匹配结束，并更新k为序列B当前已经完成匹配的数字个数；
S3，判断i＝序列D总数字个数，若不等于，则跳转到S2；
S4，构造得到序列C；
当所述序列D1中包含0至9十个不同的数字，直接将序列D1附加到序列C的后面，再添加到待载密图像末尾；反之，将0至9中未出现的数字按一定顺序直接补充到所述序列D1后面，然后将序列D1附加到序列C的后面，再添加到待载密图像末尾。
2.根据权利要求1所述的信息隐写方法，其特征在于，所述建立D1序列和B1序列之间的映射关系，包括：
将序列D1中的数字映射到序列B1中频率排序位置相同的数字。
3.根据权利要求1所述的信息隐写方法，其特征在于，所述方法还包括：
将序列C进行游程转换。
4.根据权利要求1所述的信息隐写方法，其特征在于，所述一定顺序是按从小到大的顺序或从大到小的顺序。
5.根据权利要求1所述的信息隐写方法，其特征在于，所述将序列C和序列D1添加到待载密图像末尾之前，还包括：
压缩待添加到待载密图像末尾的数据信息。
6.根据权利要求5所述的信息隐写方法，其特征在于，所述压缩待添加到待载密图像末尾的数据信息，包括：
采用zip或rar方式压缩待添加到待载密图像末尾的数据信息。
7.一种适用于权利要求1至6任一所述信息隐写方法的信息恢复方法，其特征在于，包括：
获取目标载密图像数据；
根据所述目标载密图像数据确定所述序列B；
根据预先设定的规则，通过序列B获取所述序列B1；
根据所述目标载密图像数据的末尾数据，获取所述序列C和序列D1；
根据序列B和序列C以及序列B1和序列D1之间的映射关系，获取序列D；
将所述序列D转换成原始信息。
8.一种用于信息隐写的计算机装置，其特征在于，所述计算机装置包括处理器和存储器，所述存储器存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器执行以实现如权利要求1至6任一所述的信息隐写方法。
9.一种用于信息恢复的计算机装置，其特征在于，所述计算机装置包括处理器和存储器，所述存储器存储有至少一段程序，所述至少一段程序由所述处理器执行以实现如权利要求7所述的信息恢复方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储至少一段程序，所述程序由处理器执行以实现如权利要求1至6任一所述的信息隐写方法。
11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储至少一段程序，所述程序由处理器执行以实现一种如权利要求7所述的信息恢复方法。
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