[发明专利]一种可分离的加密域信息隐藏方法

说明书

一种可分离的加密域信息隐藏方法，属于信息隐藏技术领域。特征是：首先，读入需要保护的图像并对其进行分块，根据存储空间及用户需求，选择合适的观测率对其进行观测，并将得到的观测值量化编码，同时在编码过程中将秘密信息(如版权、身份认证等)嵌入每个观测值的低4位比特中，从而产生含秘密信息的密文图像。在本发明方法中，秘密信息的提取和受保护图像的重构是可分离的。如果用户有提取密钥，就可以直接从含密的密文图像中无损的提取秘密信息；如果用户被授权重构图像，可以高质量地重构受保护的图像；如果二者皆有，则可以同时获得秘密信息和重构图像。

技术领域

本发明属于信息隐藏技术领域，特别是涉及一种可分离的加密域信息隐藏方法。

背景技术

随着云计算的普及，越来越多涉及个人隐私的图像数据在开放的云平台进行存储和处理，如信用记录、医疗病历、法庭记录、私人财产记录、军事领域、商业信息等。如何保护这些隐私数据的安全性成为了目前极为重要而紧迫的研究课题之一。传统的加密算法可以将用户数据转换为密文的形式在网络中传输和存储，从而很好的隐藏了用户数据的内容；信息隐藏技术可以将某一秘密信息(如版权、身份认证等)隐藏于密文中，从而实现密文数据的检索、归类或认证等管理。因此，加密算法和信息隐藏技术的结合，能够为用户个人数据在云环境的处理过程中提供双重的安全保障。然而加密的过程隐藏了原始数据的内容，使得信号呈现高程度不均匀和不确定性，信息熵在可视信息理论的角度达到最大值，这无疑增加了信息嵌入的难度。

2011年，上海大学张新鹏教授首次提出了加密域信息隐藏的概念，将载体图像用流密码加密后再进行分块，巧妙地利用图像块的空间域结构特征进行加密域隐藏，但严格无损前提下的有效嵌入容量有限，且当嵌入容量升高时会出现数据提取及图像恢复误差。之后，Hong通过改进失真函数提升了这一算法的可逆性能。在此基础上，Wu等人也进一步提高了加密域信息隐藏算法的嵌入容量，但是嵌入量提高后的载体图像解密失真会有所增加。同样地，Liao等人提出基于邻域像素平均差值的加密域可逆信息隐藏算法，也存在提高嵌入容量后，载体图像的恢复效果下降的问题。为了进一步保证载体恢复的可逆性，有效提高嵌入容量，Zhang等人利用低密度奇偶校验码压缩加密图像的较低有效位，创建冗余空间进行数据隐藏，实现了数据提取和图像解密可分离的加密域信息隐藏方法，将嵌入容量提升了0.1bpp。这种可分离的加密域信息隐藏方案，能够将解密过程和秘密信息提取过程分离开来，以满足更多用户的不同需求。然而，嵌入容量的提升依然无法满足现有用户的需求。随着数据安全性需求的日益增加，加密域信息隐藏在可逆性、嵌入容量、算法执行效率等方面存在的诸多问题仍有待进一步研究。因此，研究如何将密码技术和信息隐藏技术有效地相结合，更大程度上保护云环境下用户隐私数据的安全，不仅有着十分重要的理论意义，更有着重要的应用价值和迫切的现实需求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，旨在提供一种可分离的加密域信息隐藏方法。本发明的方法充分利用块压缩感知编码的优点，将密码技术和信息隐藏技术有效结合，更大程度上保护云环境下用户隐私数据的安全。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种可分离的加密域信息隐藏方法，包括发送端的图像加密和秘密信息嵌入部分以及接收端的秘密信息提取和图像解密部分：

发送端的图像加密和秘密信息嵌入部分，包括以下步骤：首先读入需要保护的图像并对其进行分块，然后根据存储空间及用户需求，选择观测率对其进行观测，并将得到的观测值进行非均匀量化编码，同时在编码过程中将秘密信息嵌入每个观测值的低4位比特中，从而产生含秘密信息的密文图像，记为ST，表示嵌入秘密信息后的加密图像，并将其保存到开放的云平台中；

接收端的秘密信息提取和图像解密部分，这两个部分是可以分离的过程，如果用户有提取密钥，就可以直接从含密的密文图像中无损的提取秘密信息；如果用户被授权重构图像，可以高质量地重构受保护的图像；如果二者皆有，则可以同时获得秘密信息和重构图像。

进一步地，发送端图像基于块压缩感知加密的具体步骤为：