CN115883744A - 一种基于分数阶混沌映射的水印方法、装置和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于分数阶混沌映射的水印方法、装置和存储介质，属于信息安全技术领域，包括：将秘密信息转换为二进制代码，并将二进制代码分割为不同大小的序列片段；利用分数阶kawakami映射对所述序列片段进行加密，产生加密后的信息；将加密后的信息利用直方图平移法，隐藏在载体图像中。该方法采用分数阶Kawakami映射为衬底，首先利用分数阶kawakami映射对秘密信息进行置乱后加密，再利用直方图平移法隐藏秘密信息，该加密方法的密钥空间较整数阶kawakami映射更大。通过加密能够有效抵抗选择明文攻击、已知明文攻击、差分攻击抵抗力很差，提高信息隐藏算法的安全性，增强信息隐藏算法的密钥空间。
Description
技术领域
本发明属于信息安全技术领域，具体涉及一种基于分数阶混沌映射的水印方法、装置和存储介质。
背景技术
可逆信息隐藏(又称可逆水印)是一项用于保护多媒体数据版权和内容完整性的隐蔽通信技术。通过此技术，发送者可以对指定载体嵌入秘密信息后，将其混入到公共信道中与正常载体一起传输，隐藏嵌入行为。
目前现有的水印方法有：基于直方图平移的信息隐藏算法，基于混沌映射的可逆信息隐藏算法，然而，这些对秘密信息的置乱效果并不好，鲁棒性不强。
特别是基于混沌映射的可逆信息隐藏算法对于选择明文攻击、已知明文攻击、差分攻击抵抗力很差，从而在这一意义上不具有保密性。同时基于混沌映射的可逆信息隐藏算法存在密钥空间小的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于分数阶混沌映射的水印方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于分数阶混沌映射的水印方法，包括以下步骤：
将秘密信息转换为二进制代码，并将二进制代码分割为不同大小的序列片段；
利用分数阶kawakami映射对所述序列片段进行加密，产生加密后的信息；
将加密后的信息利用直方图平移法，隐藏在载体图像中；
所述利用分数阶kawakami映射对序列片段进行加密具体包括：
利用分数阶kawakami映射生成多个与所述序列片段长度相同的混沌序列；
对序列片段进行置乱，具体为打乱序列片段中各个元素的位置；
对序列片段进行扩散，具体为将置乱过后的序列片段与混沌序列进行异或运算改变序列片段中各个元素的值。
优选地，所述分数阶kawakami映射为：
式中，n为迭代次数，j为求和项中每一项的指标，v为分数阶映射的阶数，α和β均为方程的系数，x1(n)和x2(n)均为混沌序列，Γ(v)为伽马函数的值。
优选地，所述对序列片段进行置乱，具体包括以下步骤：
利用冒泡排序将混沌序列从小到大排列，同时，将序列片段的位置按照相同的方式进行置换，达到置乱的目的；
将置乱后的序列片段提取出来，作为扩散使用。
优选地，所述对序列片段进行扩散，具体包括以下步骤：
将混沌序列和置换后的序列片段均转换为二进制序列，保证混沌序列与序列片段长度相同；
将转换后的混沌序列与序列片段进行异或运算，改变序列片段中各个元素的值，产生加密后的信息。
优选地，所述将加密后的信息利用直方图平移法，隐藏在载体图像中，具体操作为：
观察载体图像的像素直方图，将已经加密后的信息与直方图中数目最多的元素相加，实现嵌入。
本发明的另一目的在于提供一种基于分数阶混沌映射的水印装置，包括：
格式转换模块，用于将秘密信息转换为二进制代码，并将二进制代码分割为不同大小的序列片段；
加密模块，用于利用分数阶kawakami映射对秘密信息进行加密，产生加密后的信息；
隐藏模块，用于将加密后的信息利用直方图平移法，隐藏在载体图像中；
所述利用分数阶kawakami映射对序列片段进行加密具体包括：
利用分数阶kawakami映射生成多个与所述序列片段长度相同的混沌序列；
对序列片段进行置乱，具体为打乱序列片段中各个元素的位置；
对序列片段进行扩散，具体为将置乱过后的序列片段与混沌序列进行异或运算改变序列片段中各个元素的值。
本发明的另一目的还在于提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于分数阶混沌映射的水印方法。
本发明提供的基于分数阶混沌映射的水印方法具有以下有益效果：
本发明采用分数阶Kawakami映射为衬底，首先利用分数阶kawakami映射对秘密信息进行置乱后加密，再利用直方图平移法隐藏秘密信息，该加密方法的密钥空间较整数阶kawakami映射更大。通过加密能够有效抵抗选择明文攻击、已知明文攻击、差分攻击抵抗力很差，提高信息隐藏算法的安全性，增强信息隐藏算法的密钥空间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的基于分数阶混沌映射的水印方法的流程图；
图2为未隐藏加密信息前的明文图像；
图3为隐藏了加密信息后的载体图像。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本发明提供了一种基于分数阶混沌映射的水印方法，具体如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、将秘密信息转换为二进制代码，并将二进制代码分割为不同大小的序列片段。本实施例中，秘密信息为文字或图片信息。
步骤2、利用分数阶kawakami映射对序列片段进行加密，产生加密后的信息。
本实施例中，分数阶kawakami映射为：
式中，式中，n为迭代次数，j为求和项中每一项的指标，v为分数阶映射的阶数，α和β均为方程的系数，x1(n)和x2(n)均为混沌序列，Γ(v)为伽马函数的值。
利用分数阶kawakami映射对秘密信息进行加密包括生成混沌序列、对序列片段进行置乱及对序列片段进行扩散几部分。
步骤2.1、利用分数阶kawakami映射生成多个与序列片段长度相同的混沌序列。
步骤2.2、对序列片段进行置乱，具体为打乱秘密信息中各个元素的位置，包括以下步骤：
步骤2.2.1、利用冒泡排序将混沌序列从小到大排列，同时，将序列片段的位置按照相同的方式进行置换，达到置乱的目的；
步骤2.2.2、将置乱后的秘密信息提取出来，作为下一步骤使用。
步骤2.3、对秘密信息进行扩散，具体为将置乱过后的序列片段与混沌序列进行异或运算改变秘密信息中各个元素的值，包括以下步骤：
步骤2.3.1、将混沌序列和置换后的序列片段均转换为二进制序列，保证混沌序列与序列片段长度相同。
步骤2.3.2、将转换后的混沌序列与序列片段进行异或运算(模二加运算)，改变序列片段中各个元素的值，产生加密后的信息。
步骤3、将加密后的信息利用直方图平移法，隐藏在载体图像中，具体操作为：
观察载体图像的像素直方图，将已经加密后的信息与直方图中数目最多的元素相加，实现嵌入。
本发明的另一目的在于提供一种基于分数阶混沌映射的水印装置，包括格式转换模块、加密模块和隐藏模块。
具体地，格式转换模块用于将秘密信息转换为二进制代码，并将二进制代码分割为不同大小的序列片段；加密模块用于利用分数阶kawakami映射对秘密信息进行加密，产生加密后的信息；隐藏模块用于将加密后的信息利用直方图平移法，隐藏在载体图像中。
本实施例中，利用分数阶kawakami映射对序列片段进行加密具体包括：
利用分数阶kawakami映射生成多个与序列片段长度相同的混沌序列。
对序列片段进行置乱，具体为打乱序列片段中各个元素的位置。
对序列片段进行扩散，具体为将置乱过后的序列片段与混沌序列进行异或运算改变序列片段中各个元素的值。
本发明的另一目的还在于提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述基于分数阶混沌映射的水印方法。
下面以数字图像为例，将信息“北京大学数学学院概率统计系”隐藏在图2的明文图像中，隐藏后的图像如图3所示，将两个图进行对比可以看出，隐藏了数学信息后的图像3与未隐藏信息的图像2表面看不出来区别，但是实际图3的像素较图2已经发生了改变，有些像素值会增加1，肉眼无法分辨，需通过计算机来对比找到差异。因此利用本实施例的方法，实现了信息的隐藏目的。
本实施例提供的基于分数阶混沌映射的信息隐藏算法具有很好的置乱和扩散效果，密钥空间更大，鲁棒性更强，采用分数阶混沌映射，可增大算法的密钥空间，增强鲁棒性。
以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于分数阶混沌映射的水印方法，其特征在于，包括以下步骤：
将秘密信息转换为二进制代码，并将二进制代码分割为不同大小的序列片段；
利用分数阶kawakami映射对所述序列片段进行加密，产生加密后的信息；
将加密后的信息利用直方图平移法，隐藏在载体图像中；
所述利用分数阶kawakami映射对序列片段进行加密具体包括：
利用分数阶kawakami映射生成多个与所述序列片段长度相同的混沌序列；
对序列片段进行置乱，具体为打乱序列片段中各个元素的位置；
对序列片段进行扩散，具体为将置乱过后的序列片段与混沌序列进行异或运算改变序列片段中各个元素的值。
2.根据权利要求1所述的基于分数阶混沌映射的水印方法，其特征在于，所述分数阶kawakami映射为：
式中，n为迭代次数，j为求和项中每一项的指标，v为分数阶映射的阶数，α和β均为方程的系数，x1(n)和x2(n)均为混沌序列，Γ(v)为伽马函数的值。
3.根据权利要求2所述的基于分数阶混沌映射的水印方法，其特征在于，所述对序列片段进行置乱，具体包括以下步骤：
利用冒泡排序将混沌序列从小到大排列，同时，将序列片段的位置按照相同的方式进行置换，达到置乱的目的；
将置乱后的序列片段提取出来，作为扩散使用。
4.根据权利要求3所述的基于分数阶混沌映射的水印方法，其特征在于，所述对序列片段进行扩散，具体包括以下步骤：
将混沌序列和置换后的序列片段均转换为二进制序列，保证混沌序列与序列片段长度相同；
将转换后的混沌序列与序列片段进行异或运算，改变序列片段中各个元素的值，产生加密后的信息。
5.根据权利要求4所述的基于分数阶混沌映射的水印方法，其特征在于，所述将加密后的信息利用直方图平移法，隐藏在载体图像中，具体操作为：
观察载体图像的像素直方图，将已经加密后的信息与直方图中数目最多的元素相加，实现嵌入。
6.一种基于分数阶混沌映射的水印装置，其特征在于，包括：
格式转换模块，用于将秘密信息转换为二进制代码，并将二进制代码分割为不同大小的序列片段；
加密模块，用于利用分数阶kawakami映射对秘密信息进行加密，产生加密后的信息；
隐藏模块，用于将加密后的信息利用直方图平移法，隐藏在载体图像中；
所述利用分数阶kawakami映射对序列片段进行加密具体包括：
利用分数阶kawakami映射生成多个与所述序列片段长度相同的混沌序列；
对序列片段进行置乱，具体为打乱序列片段中各个元素的位置；
对序列片段进行扩散，具体为将置乱过后的序列片段与混沌序列进行异或运算改变序列片段中各个元素的值。
7.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的基于分数阶混沌映射的水印方法。
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