一种素数域多门限渐进秘密图像分存及重构方法技术

本发明专利技术给出一种素数域多门限渐进秘密图像分存及重构方法，首先结合随机参与值将密钥分存，将分存密钥和参与值对应的MD5值公布以防止作弊；然后对秘密图像进行8×8频域变换，对分块频域系数进行随机量化和指定码长分配表的2进制表示，按之字形扫描顺序和频带重组形成多个划分频带并通过置乱形成频带备份；其次对频带、频带备份和认证信息在素数域进行多门限分存，并附加1比特认证信息重构分发影子图像。在恢复时首先检测MD5值并结合多门限确定可重建频带，然后利用双重认证重构1次和2次频带备份表并重建对应频带，利用已重建频带重构秘密图像。同现有方法相比，所提方法可充分利用分发影子图像对秘密图像进行渐进分存并提升视觉重建质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像信息安全和数字图像信号处理交叉领域，涉及一种信息分存方法，特别涉及一种素数域多门限渐进秘密图像分存及重构方法。
技术介绍
现有图像信息分存技术主要源自密码学中的秘密共享，结合秘密共享方案，基于(K,N)门限的图像信息分存方案被广泛提出，早期的基于(K,N)门限的图像信息分存方案中没有认证措施，导致最终重构的秘密图像真实性无法鉴别。针对无认证措施图像分存方案在使用过程中存在的安全隐患，一些文献也探讨了带认证的图像分存。例如LinCC，2004(LinCC,TsaiWH.Secretimagesharingwithsteganographyandauthentication[J].TheJournalofSystemsandSoftware,2004,73(3):405–414.)预先将秘密图像的每个像素调整到[0,251)之间，然后对其进行Shamir-(K,N)分存，调整2×2分块右上角位置的奇偶校验位作为认证位，但认证信息只有1位奇偶校验位，起不到一定的认证作用。为避免LinCC，2004所提策略对秘密图像进行预先处理导致秘密图像失真，YangCN，2007(YangCN,ChenTS,YuKH,etal.Improvementsofimagesharingwithsteganographyandauthentication[J].TheJournalofSystemsandSoftware,2007,80(7):1070-1076.)等将Shamir-(K,N)拓展到GF(28)有限域，并通过HMAC(Hash-basedMessageAuthenticationCode)对分存信息进行认证，但所提出的认证方法依然只有1位认证位，恶意参与者依然有很大概率逃脱检验，且GF(28)涉及到域上多项式环的加减乘除运算，涉及较大的运算代价。ChangCC，2008(ChangCC,HsiehYP,LinCH.Sharingsecretsinstegoimageswithauthentication[J].PatternRecognition,2008,41(10):3130–3137.)等利用中国剩余定理生成分存信息的4bit认证位来进一步提升认证能力，然而所提方法不能充分利用认证能力对认证失败的像素进行修复，为添加修复能力，ChangCC,2011(ChangCC,ChenYH,WangHC.Meaningfulsecretsharingtechniquewithauthenticationandremedyabilities[J].InformationSciences,2011,181(14):3073–3084.)等使用Lagrange的多个系数来分存秘密图像像素和它的配对像素，使得方案具备一定攻击后的修复能力，但所提方案的认证信息位较少，秘密像素的分存信息最多存储两份且用最小覆盖矩形来确定被攻击的区域，导致所提策略的恢复能力偏低。为提高攻击后的修复能力，WuXT,2013(WuXT,SunW.Secretimagesharingschemewithauthenticationandremedyabilitiesbasedoncellularautomataanddiscretewavelettransform[J].TheJournalofSystemsandSoftware,2013,86(4):1068-1088.)等将秘密图像做一级离散小波变换，取其LL子带备份2份，从而构造出与原秘密图像等大但每个像素比特只有4位的备份图像，采用可逆元胞自动机来分存秘密图像和备份图像，若原秘密像素被攻击，则可通过恢复出的备份图像对应位置像素进行修复，从而获得了更好的修复能力。但所提方法是将2个8位秘密像素和2个4位备份图像像素总计24位作为初始3时刻的8元胞来构造可逆元胞自动机进行分存，这样导致的问题是：它不是真正意义的(3,N)门限方案，需至少3个编号连续的分存单元才能恢复出秘密图像的2个秘密像素和备份图像的2个备份像素；2×4分块中的任意一个像素被攻击，即导致2个秘密像素及其备份图像的2个像素共24位信息不可用，从而该方法无法抵制任意微小噪声攻击。同时以上所给出的图像分存方案分存方案单一，不能充分有效地利用回收到的分发信息和根据重要程度的不同对秘密图像进行充分有效的重建，对秘密图像的渐进恢复质量十分有限，在很多场合，往往需根据参与者数量的不同以及待分存信息的重要程度来渐进地恢复出不同视觉质量的秘密图像。针对渐进分存，WangRZ，2007(WangRZ,ShyuSJ.Scalablesecretimagesharing[J].SignalProcessingImageCommunication,2007,22(4):363-373.)给出了基于图像分块、像素比特位分组以及分块分组混合的3种渐进分存模型，将划分单位作为整体进行(2,2)分存和形成N份影子图像，并通过分发影子图像中可恢复的划分单位数量来对秘密图像进行(2,N)恢复。LinYY,2010(LinYY,WangRZ.ScalableSecretImageSharingWithSmallerShadowImages[J].IEEESignalProcessingLetters,2010,17(3):316-319.)进一步将(2,2)分存拓展为(N,2N-K)，从而可对秘密图像进行(K,N)恢复。YangCN，2010(YangCN,HuangSM.Constructionsandpropertiesofk,outofn,scalablesecretimagesharing[J].OpticsCommunications,2010,283(9):1750-1762.)结合视觉密码技术给出了另外两种将(2,N)分存拓展为(K,N)分存的分存方法。结合YangCN，2010的工作，YangCN,2011(YangCN,ChuYY.Ageneral(k,n)scalablesecretimagesharingschemewiththesmoothscalability[J].JournalofSystems&Software,2011,84(10):1726-1733.)和LiuYX,2014(LiuYX,YangCN,YehPH.Reducingshadowsizeinsmoothscalablesecretimagesharing[J].Security&CommunicationNetworks,2014,7(12):2237-2244.)进一步添加了平滑约束限制，使得秘密图像的恢复质量随参与者数量成比例的增加。以上文献WangRZ，2007，LinYY,2010，YangCN，2010，YangCN,2011和LiuYX,2014都是将秘密图像划分的小块作为恢复单位进行恢复，对于基于图像分块和分块分组混合模式将无法对图像进行整体意义的从模糊到清晰的渐进恢复，而对于像素比特位分组模式也仅能提供有限数量的渐进恢复。LeeJS,2015(LeeJS,ChenYR.Selectivescalablese本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种素数域多门限渐进秘密图像分存方法，其特征在于包括以下步骤：第1步：由秘密持有者配置分存默认参数，包括：320位2进制码长分配表M＝(mi,j)8×8，系统模数大素数p，分发份额数N,N∈{1,2,…,p‑1}，整数随机量化门限rq＞0以及r＞0个频带分存门限ki∈{2,3,…,N},i＝0,1,…,r‑1满足频带递增且频带累计值为64的因子，将秘密图像S＝(si,j)h×w划分为不重叠的8×8小块Bx,y,x＝0,1,…,m‑1,y＝0,1,…,n‑1，其中m＝h/8,n＝w/8且mmod8＝0,nmod8＝0；第2步：由秘密持有者生成N个随机数P1,P2,…,PN∈{0,1,…,p‑1}作为每个影子图像对应的随机参与值且P1mod127,P2mod127,…,PNmod127两两不等，将密钥key∈{0,1,…,p‑1}分存成N个分存密钥subkey1,subkey2,…,subkeyN，并将子密钥(subkeyk,Pk),k＝1,2,…,N对应的MD5值公布到第3方公信方以防止参与者作弊，由密钥key生成长度为64的随机序列RQx,y＝(rqi)64,rqi∈{1,2,…,rq}，将其重新排列作为Bx,y对应的随机量化矩阵Qx,y，其中x＝0,1,…,m‑1,y＝0,1,…,n‑1；第3步：将每个不重叠分块Bx,y＝(bi,j)8×8变换为频域块FBx,y＝(fbi,j)8×8，通过Qx,y＝(qi,j)8×8将FBx,y量化为FB′x,y＝(fb′i,j)8×8并对FB′x,y中矩阵元素进行整数化表示和2进制存储转换作为FB″x,y；第4步：将所有的FB″x,y转换为2进制比特位串IBx,y，将IBx,y转换为1维序列Ix,y，将Ix,y以k0:k1:…:kr‑1为分割比例划分为r个频带，记对应的频带为则所包含的元素数记为Ni,i＝0,1,…,r‑1；第5步：将所有分块相同频带合并，得到合并后的频带BIi，对BIi中的元素进行索引位置置乱，作为频带BIi的备份CIi，其中i＝0,1,…,r‑1；第6步：记由密钥key生成bii,u,cii,u,cii‑1,u的认证信息第7步：将bii,u,cii,u或bii,u,cii,u,cii‑1,u和组合作为整数a,b,c，然后对在素数域上拉格朗日插值分存得到分存信息fi,u(Sk),k＝1,2,...,N,Sk＝Pkmod127；第8步：由密钥key产生1比特随机数vi,u,k∈{0,1}作为fi,u(Sk)的认证位，将fi,u(Sk)和vi,u,k映射为f′i,u(Sk)∈{0,1,…,255}，其中：i∈{0,1,…,r‑1},k∈{1,2,…,N}，u∈{0,1,…,mn·Ni‑1}；第9步：记Ek为第k个分发影子图像对应的置乱前矩阵，Ez,k为Ek的第z个重构矩阵块，Ez,i,k为Ez,k的第i个划分频带，首先重建Ez,i,k，然后重建Ez,k，最后重建Ek，然后以密钥key和subkeyk将Ek置乱为E′k；第10步：将所有的E′k,k＝1,2,…,N作为影子图像和N个子密钥(subkeyk,Pk),k＝1,2,…,N分发给对应的保管者进行保管，利用系统的默认参数配置重构系统并销毁中间参数。...

【技术特征摘要】
1.一种素数域多门限渐进秘密图像分存方法，其特征在于包括以下步骤：第1步：由秘密持有者配置分存默认参数，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵利平，乐志芳，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61