CN113141254B - 一种高适应性秘密图像共享方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高适应性秘密图像共享方法，包括：接收第一终端发送的需要加密处理的秘密图像，并利用所述秘密图像的像素值，在有限域GF上构造二元对称矩阵；根据k个受信任参与者的标识符和所述二元对称矩阵，得到k个系数矩阵，并将所述k个系数矩阵依次转换为k个八位二进制数据；获取n个掩盖图像，并利用所述n个掩盖图像对所述k个八位二进制数据进行处理，得到n个共享份图像，并分别发送给n个参与者，以便实现秘密图像的拆分；在进行秘密图像的重构时，获取已知k份影子图像中未处理的k个像素值，并利用所述k个像素值，得到原始系数矩阵；利用所述原始系数矩阵和所述k份影子图像持有者的标识符，恢复出所述秘密图像。

Description

一种高适应性秘密图像共享方法
技术领域
本发明属于计算机软件技术领域，特别涉及一种高适应性秘密图像共享方法。
背景技术
随着工业4.0和5G时代的到来，图像数据量剧增；而在现实生活中因图像数据泄密、丢失等造成的经济损失也越来越多。根据国际数据公司（IDC）对全球数据领域的最新更新，今年全球将创建，捕获，复制和使用超过59ZB的数据，而且这个数据会不断增长，预计未来五年复合年增长率（CAGR）约为40.3％左右，在这其中图像数据的占比超过约四分之一，而因图像数据泄密丢失等造成的经济损失已高达12000亿美元，因此在图像数据的安全性，个性化，效率和个人隐私权之间找到正确的平衡，将是本十年的巨大压力之一。图像秘密共享技术在20世纪70年代后期由Shamir和Blakley两名学者提出，是解决当代信息安全和秘钥管理以及数据安全存储和访问的有效手段之一。随着发展，图像秘密共享技术已经在医学、军事以及科研等领域得到广泛运用。
目前传统的图像秘密共享方案绝大部分都是把所有参与者看作相同的角色，这并不能极好的适用于现实生活中，不同参与者的地位和重要性不同这一场景，因此存在很大的弊端。
现有的图像秘密共享方案，主要是把参与者等同化，然后利用拉格朗日插值多项式的方法，该方法是在有限域上面构造多项式，并把秘密信息作为多项式的常数项，然后再把这些秘密分发给参与者，当需要秘密重构时，再用拉格朗日插值法 将合法参与者的子秘密图像进行重构。例如基于点位面结构图像秘密共享方案；逐步秘密共享(GSS)方案等。
发明内容
根据本发明实施例提供的方案解决的技术问题是现在图像秘密共享技术，把所有参与者等同化不能很好地适应实际生活，同时存在部分参与者手中所持有的信息量不对等，所分拆的组别受限等问题，这样不仅增加了传输负担，还极易遭受攻击，安全性不高。
根据本发明实施例提供的一种高适应性秘密图像共享方法，包括：
接收第一终端发送的需要加密处理的秘密图像，并利用所述秘密图像的像素值，在有限域GF上构造二元对称矩阵；
根据k个受信任参与者的标识符和所述二元对称矩阵，得到k个系数矩阵，并将所述k个系数矩阵依次转换为k个八位二进制数据；
获取n个掩盖图像，并利用所述n个掩盖图像对所述k个八位二进制数据进行处理，得到n个共享份图像，并分别发送给n个参与者，以便实现秘密图像的拆分；
在进行秘密图像的重构时，获取已知k份影子图像中未处理的k个像素值，并利用所述k个像素值，得到原始系数矩阵；
利用所述原始系数矩阵和所述k份影子图像持有者的标识符，恢复出所述秘密图像。
根据本发明实施例提供的方案，结合现实生活中各公司部门中不同参与者的职位以及优先级的不同，根据参与者的数量和优先级的要求进行秘密图像的逐步重构，降低共享份额的失真度，减少传输成本，提升重构效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种高适应性秘密图像共享方法流程图。
图2是本发明实施例提供的二元对称矩阵A的示意图；
图3是本发明实施例提供的初步信息矩阵
Figure 216931DEST_PATH_IMAGE001
的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明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。
本发明实施例通过给职位更高的参与者赋予更高的优先级，再将不同参与者按照优先级的不同进行分组。这样可以更好地适应实际运动，同时降低了共享份的掩盖图像的失真度、减轻传输和存储负担以及极大的节省了重构时间。
图1是本发明实施例提供的一种高适应性秘密图像共享方法流程图，如图1所示，包括：
步骤S101：接收第一终端发送的需要加密处理的秘密图像，并利用所述秘密图像的像素值，在有限域GF上构造二元对称矩阵；
步骤S102：根据k个受信任参与者的标识符和所述二元对称矩阵，得到k个系数矩阵，并将所述k个系数矩阵依次转换为k个八位二进制数据；
步骤S103：获取n个掩盖图像，并利用所述n个掩盖图像对所述k个八位二进制数据进行处理，得到n个共享份图像，并分别发送给n个参与者，以便实现秘密图像的拆分；
步骤S104：在进行秘密图像的重构时，获取已知k份影子图像中未处理的k个像素值，并利用所述k个像素值，得到原始系数矩阵；
步骤S105：利用所述原始系数矩阵和所述k份影子图像持有者的标识符，恢复出所述秘密图像。
其中，所述k个受信参与者的标识符包括：确定所述秘密图像共享的门限值（k，n）；其中，k为重构时受信参与者的数量，n为参与者的总数量；根据每个受信参与者的职位信息，得到与所述职位信息对应的优先级；根据预先设置的优先级与标识符的对应关系，得到每个受信参与者的标识符；其中，所述职位信息与所述优先级成正比，所述优先级与所述标识符成反比。
其中，所述根据k个受信任参与者的标识符和所述二元对称矩阵，得到k个系数矩阵，并将所述k个系数矩阵依次转换为k个八位二进制数据包括：根据k个受信任参与者的标识符和所述二元对称矩阵，得到k个一元多项式；利用所述k个一元多项式，得到k个系数矩阵，并将所述k个系数矩阵依次转换为k个八位二进制数据。
具体地说，所述利用所述秘密图像的像素值，在有限域GF上构造二元对称矩阵包 括：在所述秘密图像中选定有限域GF，并依次从所述有限域GF中读取
Figure 337333DEST_PATH_IMAGE002
个像素；根据 所述
Figure 523595DEST_PATH_IMAGE002
个像素的像素值，在所述有限域GF内构造出k个二元对称多项式f(x,y)； 根据 所述k个二元对称多项式f(x,y)，在有限域GF上构造二元对称矩阵A。
其中，所述k个二元对称多项式f(x,y)包括：
Figure 184384DEST_PATH_IMAGE003
所述二元对称矩阵A包括：
Figure 405281DEST_PATH_IMAGE004
，
其中，
Figure 758901DEST_PATH_IMAGE006
是指原始秘密图像的像素。
具体地说，所述根据k个受信任参与者的标识符和所述二元对称矩阵，得到k个一元多项式包括：根据所述每个受信参与者的标识符，得到k个受信参与者的标识符j1, j2,…, jk-1, jk；将所述k个受信参与者的标识符j1, j2, …, jk-1, jk的值分别代入所述k个二元对称多项式f(x,y)的x1, x2, …, xk-1, xk中，得到 k个一元多项式。
其中，所述k个一元多项式包括：
Figure 229197DEST_PATH_IMAGE007
其中，所述利用所述k个一元多项式，得到k个系数矩阵，并将所述k个系数矩阵依 次转换为k个八位二进制数据包括：根据赋值转换关系，将所述k个一元多项式中第一系数a 分别转换为第二系数b，其中，所述赋值转换关系为b=aij×j；根据所述第二系数b，得到初步 信息矩阵
Figure 831692DEST_PATH_IMAGE001
，并将所述初步信息矩阵
Figure 31729DEST_PATH_IMAGE001
按行分割成k个子矩阵分别为
Figure 431618DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 451526DEST_PATH_IMAGE009
，…，
Figure 860642DEST_PATH_IMAGE010
；分 别将所述k个子矩阵
Figure 915186DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 485976DEST_PATH_IMAGE012
，…，
Figure 258760DEST_PATH_IMAGE013
中的常数项进行提取，得出k个新的k×k的系数矩阵，
Figure 940408DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 115037DEST_PATH_IMAGE015
，…，
Figure 653466DEST_PATH_IMAGE016
；将所述k个新的k×k的系数矩阵
Figure 788912DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 398885DEST_PATH_IMAGE015
，…，
Figure 303387DEST_PATH_IMAGE016
分别按照八位二进制形 式进行转换，得到k个八位二进制数据。
具体地说，所述利用所述n个掩盖图像对所述k个八位二进制数据进行处理，得到n 个共享份图像包括：分别从所述n个掩盖图像中提取出
Figure 606192DEST_PATH_IMAGE017
个像素，并将所述k 个八位二进制数据按顺序依次放入所述n个掩盖图像的
Figure 960426DEST_PATH_IMAGE018
个像素值，得到N个共享份图 像。
具体地说，所述利用所述k个像素值，得到原始系数矩阵包括：分别获取所述k个像素值的最后一位，并通过将所述k个像素值的最后一位依次转换为有限域GF内的值，得到原始系数矩阵。
具体地说，所述利用所述原始系数矩阵和所述k份影子图像持有者的标识符，恢复出所述秘密图像包括：根据所述原始系数矩阵，构造出k个k-1次的一元多项式；分别获取k份影子图像持有者的标识符，并把k份影子图像持有者的标识符分别带入所述k个k-1次的一元多项式中，得到k个像素的原始信息；利用所述k个像素的原始信息，恢复出所述秘密图像。
本发明所提出的一种高适应性秘密图像共享方法，工作流程主要包括以下步骤：
步骤一，从设备端接收用户所上传的需要进行加密处理的秘密图像，设其大小为W×H，其中W代表秘密图像的宽，H代表秘密图像的高。设秘密图像一共有L个像素。
步骤二，设秘密共享的门限值为（k，n），其中k表示重构时最少需要的参与者数量，n表示总的参与者数量，k和n都为大于0的正整数，且满足k≤n。
步骤三，将n个参与者根据不同的职位划分为不同得等级，然后根据参与者的优先级发放一个唯一性的标识符，i为参与者的标识符。
其中，职位包括总经理、部门经理、部门主任、普通员工等等。还可以包括校长、教导主任、班主任、普通教师等等。
步骤四，选定有限域为GF
Figure 374090DEST_PATH_IMAGE019
，依次从秘密图像中读取
Figure 133098DEST_PATH_IMAGE020
个像素。
步骤五，根据步骤四得到的秘密图像的像素值，在有限域内构造出k个二元对称对 称多项式f(x,y): 其中x和y都为未知正整数，主要用于后面的矩阵运算。a00,a01,…, a(k-1)(k-1)分别为步骤四所读取的
Figure 606805DEST_PATH_IMAGE020
个像素的具体值。
Figure 451264DEST_PATH_IMAGE021
。
步骤六，根据每个步骤五得出多项式可以构造出二元对称矩阵A，如图2所示。
步骤七，获取前k个参与者的标识符j的值，分别记为j1, j2, …, jk-1, jk。将j1, j2, …, jk-1, jk的值分别代入步骤五的k个二元对称多项式的x1, x2, …, xk-1, xk中，可 以在GF
Figure 137460DEST_PATH_IMAGE019
计算出 k个一元多项式：
Figure 16555DEST_PATH_IMAGE022
。
步骤八， 记
Figure 661163DEST_PATH_IMAGE023
，…，
Figure 992918DEST_PATH_IMAGE024
分别为b10，…， b1（k-1）； （
Figure 748384DEST_PATH_IMAGE025
），…,
Figure 216406DEST_PATH_IMAGE026
分别为b20，…, b2（k-1）； … ；
Figure 704019DEST_PATH_IMAGE027
，…，
Figure 647704DEST_PATH_IMAGE028
分别为bk0，…，bk（k-1）。
步骤九，根据步骤八算出的结果可以得出矩阵
Figure 82228DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 794969DEST_PATH_IMAGE001
称为初步信息矩阵，如图3所 示。将
Figure 411674DEST_PATH_IMAGE001
按行分割成k个子矩阵分别为
Figure 842656DEST_PATH_IMAGE029
。
步骤十，分别将
Figure 815291DEST_PATH_IMAGE029
中的常数项提取出来得出k个新的k×k的系数矩 阵
Figure 648118DEST_PATH_IMAGE030
。
步骤十一，把步骤八得出的系数矩阵的元素按顺序依次转换为8位二进制形式。
步骤十二，引入n个W×H的掩盖图像，分别从n个掩盖图像中取出
Figure DEST_PATH_IMAGE031
个像素，并把步骤十一得出的二进制数按顺序依次放入
Figure 946375DEST_PATH_IMAGE032
个像素值中，做其像素值的 最后一位和，如果位不足则用0进行补充。
步骤十三，重复步骤四到十三直到秘密图像的L个像素点全部处理完毕。
步骤十四，通过以上步骤可以得出n个新的有视觉意义的图像，这n份图像称为共享份，按照先后次序分别分发给n个参与者便完成了秘密图像的拆分。
步骤十五，接下来就是进行秘密的重构，令S1，S2，…，Sn表示分拆出的n份共享份，S1，S2，…，Sk表示已知的k份影子图像。
步骤十六，按照顺序取出S1，S2，…，Sk像素中，取出未经处理的k个像素值，并把这 些像素值的最后一位依次取出，并转换为GF
Figure 474439DEST_PATH_IMAGE019
内的值，可以得出原始系数矩阵。
步骤十七，根据原始系数矩阵构造出k个k-1次的一元多项式。
步骤十八，提取出k个影子图像持有者的标识符，并把标识符的值带入步骤十七得出的多多项式中，则可以算出k个原始信息。
步骤十九，重读步骤十六到十八直到L个原始信息恢复完成为止。
根据本发明实施例提供的方案，具有以下有益效果：
1）结合二元对称矩阵，分拆时利用掩盖图像进行隐藏，同时对不同参与者的优先级进行分类。
2）构造了对称矩阵，从而提升了秘密图像分拆的速度，进一步提升了图像秘密共享的效率。
3）把参与者根据优先级进行分类标识，可以很好地适应现实生活中参与者的地位和重要性会被赋予不同的优先级，需要根据参与者的数量和优先级要求逐步揭示秘密图像这一场景。
4）降低了对掩盖图像信息位的嵌入，从而降低共享份额的失真度，不容易遭到恶意攻击，进而提高了安全性。
5）让参与者手中所持信息量相等，而且可以根据需求进行不同的优先级划分。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种高适应性秘密图像共享方法，其特征在于，包括：
接收第一终端发送的需要加密处理的秘密图像，并利用所述秘密图像的像素值，在有限域GF上构造二元对称矩阵；
根据k个受信任参与者的标识符和所述二元对称矩阵，得到k个系数矩阵，并将所述k个系数矩阵依次转换为k个八位二进制数据；
获取n个掩盖图像，并利用所述n个掩盖图像对所述k个八位二进制数据进行处理，得到n个共享份图像，并分别发送给n个参与者，以便实现秘密图像的拆分；
在进行秘密图像的重构时，获取已知k份影子图像中未处理的k个像素值，并利用所述k个像素值，得到原始系数矩阵；
利用所述原始系数矩阵和所述k份影子图像持有者的标识符，恢复出所述秘密图像；
其中，所述k个受信参与者的标识符包括：
确定所述秘密图像共享的门限值（k，n）；其中，k为重构时受信参与者的数量，n为参与者的总数量；
根据每个受信参与者的职位信息，得到与所述职位信息对应的优先级；
根据预先设置的优先级与标识符的对应关系，得到每个受信参与者的标识符；
其中，所述职位信息与所述优先级成正比，所述优先级与所述标识符成反比；
其中，所述根据k个受信任参与者的标识符和所述二元对称矩阵，得到k个系数矩阵，并将所述k个系数矩阵依次转换为k个八位二进制数据包括：
根据k个受信任参与者的标识符和所述二元对称矩阵，得到k个一元多项式；
利用所述k个一元多项式，得到k个系数矩阵，并将所述k个系数矩阵依次转换为k个八位二进制数据；
其中，所述利用所述秘密图像的像素值，在有限域GF上构造二元对称矩阵包括：
在所述秘密图像中选定有限域GF，并依次从所述有限域GF中读取
Figure DEST_PATH_IMAGE002
个像素；
根据所述
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
个像素的像素值，在所述有限域GF内构造出k个二元对称多项式f(x,y)；
根据所述k个二元对称多项式f(x,y)，在有限域GF上构造二元对称矩阵A；
其中，所述k个二元对称多项式f(x,y)包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
所述二元对称矩阵A包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
是指原始秘密图像的像素；
其中，所述根据k个受信任参与者的标识符和所述二元对称矩阵，得到k个一元多项式包括：
根据所述每个受信参与者的标识符，得到k个受信参与者的标识符j1, j2, …, jk-1,jk；
将所述k个受信参与者的标识符j1, j2, …, jk-1, jk的值分别代入所述k个二元对称多项式f(x,y)的x1, x2, …, xk-1, xk中，得到 k个一元多项式；
其中，所述k个一元多项式包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，所述利用所述k个一元多项式，得到k个系数矩阵，并将所述k个系数矩阵依次转换为k个八位二进制数据包括：
根据赋值转换关系，将所述k个一元多项式中第一系数a分别转换为第二系数b，其中，所述赋值转换关系为b=aij×j；
根据所述第二系数b，得到初步信息矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，并将所述初步信息矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE012A
按行分割成k个子矩阵分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
分别将所述k个子矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
中的常数项进行提取，得出k个新的k×k的系数矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE016
；
将所述k个新的k×k的系数矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
分别按照八位二进制形式进行转换，得到k个八位二进制数据；
其中，所述利用所述n个掩盖图像对所述k个八位二进制数据进行处理，得到n个共享份图像包括：
分别从所述n个掩盖图像中提取出
Figure DEST_PATH_IMAGE018
个像素，并将所述k个八位二进制数据按顺序依次放入所述n个掩盖图像的
Figure DEST_PATH_IMAGE020
个像素值，得到N个共享份图像；
其中，所述利用所述k个像素值，得到原始系数矩阵包括：
分别获取所述k个像素值的最后一位，并通过将所述k个像素值的最后一位依次转换为有限域GF内的值，得到原始系数矩阵；
其中，所述利用所述原始系数矩阵和所述k份影子图像持有者的标识符，恢复出所述秘密图像包括：
根据所述原始系数矩阵，构造出k个k-1次的一元多项式；
分别获取k份影子图像持有者的标识符，并把k份影子图像持有者的标识符分别带入所述k个k-1次的一元多项式中，得到k个像素的原始信息；
利用所述k个像素的原始信息，恢复出所述秘密图像。
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