[发明专利]基于混合加密机制的自适应图像加密域可逆隐藏方法

说明书

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。

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。