[发明专利]一种基于秘密共享和混沌映射的PNG图像信息隐藏和恢复方法

权利要求书

1.一种基于秘密共享和混沌映射的PNG图像信息隐藏方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、输入原始文本信息M和载体PNG图像P；

S2、对原始文本信息M进行预处理，得到加密的二进制字符串u’_bit；其中预处理方法为：

S2.1、输入原始文本信息M，原始文本信息M的长度为length；

S2.2、将原始文本信息M根据Unicode编码标准转换成二进制字符串，且对于原始文本信息M中的每个字符，如果该字符转换成二进制串时不满16位，则高位补0扩展至16位二进制字符串；

S2.3、将步骤S2.2所得所有二进制字符串按顺序拼接组合为二进制字符串组u_bit，令u_bit＝u(x,y)，u(x,y)表示二进制字符串组中第x个文字的第y个编码值，x代表文字序号，x∈[1,length],y代表字符编码位，y∈[1,16]，u为编码值，其值为0或1；

S2.4、输入一个9位以下的十进制密钥k₁，将密钥k₁转换成二进制并高位补0扩展至32位二进制字符串，记为函数v＝v(z),z为编码位，z∈[1,32]；v为编码值，其值为0或1；

S2.5、将步骤S2.3所得u(x,y)通过v(z)进行迭代异或运算，得到加密后的二进制字符串为u’_bit，记u’_bit为u’(x,y)，则：

其中，为异或运算符，至此，得到加密后的二进制字符串u’_bit；

S3、构造Shamir秘密共享多项式携带原始文本信息M做散列变换，得到字符串数据串H(x_i)；具体过程为：

S3.1、输入加密后的二进制字符串u’_bit；

S3.2、将u’_bit划分成长为8bit的数据段s_i，即u’_bit＝s₁s₂s₃s₄…s_f,0≤s_i≤255，s_i表示第i个8bit数据段，其中f示数据段的数量，f＝len(u’_bit)/8；

S3.3、生成Shamir多项式H(x)＝(M+a₁x+a₂x²+…+a_f-1x^f-1)mod p；

其中，p＝257；M＝s₁,a₁＝s₂,a₂＝s₃，…，a_f-1＝s_f；x₁＝1,x₂＝2,x₃＝3,…,x_f＝f；

S3.4、计算H(x_i)的值；

H(x₁)＝(s₁+s₂x₁+s₃x₁²+…+s_fx₁^f-1)mod p，x₁＝1；

H(x₂)＝(s₁+s₂x₂+s₃x₂²+…+s_fx₂^f-1)mod p，x₂＝2；

H(x₃)＝(s₁+s₂x₃+s₃x₃²+…+s_fx₃^f-1)mod p，x₃＝3；

…

H(x_f)＝(s₁+s₂x_n+s₃x_n²+…+s_fx_f^f-1)mod p，x_f＝f；

H(x_i)∈[0,256]；

S3.5、输出数据串H(x_i)；

S4、使用S盒映射Shamir秘密共享多项式系数值，得到字符串数据串H’(x_i)；

S5、将多项式嵌入到载体PNG图像P的Alpha通道中，得到新载体图像P’；

S6、对新载体图像P’的Alpha通道的秘密信息进行置乱保护，包括像素位置间置乱和像素比特间置乱；

其中，所述像素位置间置乱的详细过程如下：

像素位置间置乱；

步骤H1：将大小为m*n的原图像矩阵Z转换为一维序列Z’＝{Z’₁，Z’₂，......，Z’_m*n}，长度为m*n；

步骤H2：随机取两个区间在(0,1)的值得到密钥s和密钥k₃，k₃作为初值代入Tent映射公式(1)，迭代计算产生一个长度为m*n+1000的序列并舍弃前1000个迭代值，得到一个长度为m*n的序列S＝{S₁,S₂,......,S_m*n}；

Tent映射方法：

其中，s∈(0,1)，初值x₀∈(0,1)；

步骤H3：将序列S按从小到大的顺序排列，用序列S’＝{s’₁,s’₂,......,s’_m*n}记录排序后对应点在原序列S中的位置；

步骤H4：将Z’按照式(3)进行位置上的置乱，得到置乱后的序列G＝{G₁,G₂,......,G_m*n}；

所述像素比特间置乱的详细内容为：

步骤I1：将像素位置上置乱后的序列G转化为8位二进制数，每4位为一组，每组作为一个元素，共2mn组，得到一个元素个数为2mn的序列E；

步骤I2：随机取一个区间在(3.57,4]的值作为密钥u，再取两个区间在(0,1)的值作为密钥k₄,k₅；k₄,k₅作为初值代入Logistic映射公式(2)，分别迭代计算2mn+1000次并舍弃前1000个值产生两个长度为2mn的序列I和序列J；

Logistic:映射方法为：

x_n+1＝ux_n(1-x_n) (2)

其中，u∈(3.57,4]，初值x₀∈(0,1)；

步骤I3：将序列I每4位按从小到大的顺序排列，用序列I’记录排序后对应点在原序列中的位置，得到序列I’，并对序列J进行同样操作得到J’；

步骤I4：初始化一个大小为4*4的矩阵K，根据I’中的每4个为一单位的排序结果对K的每一列进行赋值，再根据J’中每4个为一单位的排序结果对K中的元素进行打乱，使其每一行每一列都含有1,2,3,4；

步骤I5：对于大小为2mn的序列E，每次处理4个元素，即4组4位二进制，每组一行，形成4*4的矩阵O，然后根据矩阵K将序列E中的4个元素进行像素比特间置乱；

步骤I6：重复步骤I4-I5，以4*4大小为单位，按顺序置乱E中的元素直至所有元素均被置乱；

步骤I7：将每次置乱后得到的矩阵R进行整合，整合成与E格式一致的序列，再将每两个元素作为一个8位二进制数，分别转换为十进制，得到一个长度为mn的十进制序列，再转换为m*n的矩阵。