一种基于EMD-3的多载体密图分存和重构方法技术

本发明专利技术提供一种基于EMD‑3的多载体密图分存和重构方法，将与公开图像等大的密图嵌入到多个分发的公开图像中，所提方法通过密图的MD5值和SHA‑1值以及用户给定的密钥产生多组置乱参数并分别用于不同的公开图像像素位置置乱；然后将置换后的公开图像对应位置像素构成向量，通过EMD‑3嵌入方法嵌入密图像素并重构公开图像，为增强EMD‑3嵌入的安全性，EMD‑3嵌入方法的基向量由与密图MD5值和SHA‑1值以及用户给定的密钥绑定的随机参数进行置乱，从而仅有正确的用户密钥和正确的密图MD5值和SHA‑1值才能对密图进行恢复，相对于传统的多载体密图分存重构方法，不仅具有较高的视觉嵌入质量，也增强了安全性。

【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，涉及一种密图分存重构方法，特别涉及一种基于EMD-3的多载体密图分存和重构方法。
技术介绍
近年来，伴随着计算机和网络技术的发展，越来越多的图像在网络中传输，在给用户提供方便的同时，也带来了一系列的安全隐患。对图像信息不当使用和恶意篡改，不仅会涉及个人隐私，也会给社会带来严重的负面影响。针对数字图像信息安全，人们已提出了多种方法，如：①将明文图像转换为密文图像的数字图像加密技术；②将机密图像隐藏于非相关载体中的数字图像隐写技术；③给图像添加版权认证标识，对图像真实性和完整性，来源者和使用者进行认证的数字图像水印技术；④结合现有技术特点对图像的真实性和完整性进行甄别的数字图像盲取证技术以及⑤将机密图像拆分为影子图像，利用分发影子图像重构秘密图像的数字图像信息分存技术。其中，对重要图像信息进行安全保护的数字图像信息分存技术已成为当前图像信息安全的研究热点。传统的图像分存方案只是将秘密图像转换为无意义影子图像，这在公有信道传输中容易诱发攻击而使分发影子图像遭受破坏，从而降低秘密图像最终正确重构的可能性。针对无意义图像分存方案在使用过程中存在的安全隐患，一些文献也探讨了有意义图像分存。针对有意义分存，Lin,2004(LinCC,TsaiWH.Secretimagesharingwithsteganographyandauthentication.TheJournalofSystemsandSoftware,2004,73(3):405–414.)将秘密图像每个像素的8位分存信息嵌入到载体图像对应的2×2分块的左下，右下和右上像素中。Yang,2007(YangCN,ChenTS,YuKH,WangCC.Improvementsofimagesharingwithsteganographyandauthentication.TheJournalofSystemsandSoftware,2007,80(7):1070-1076.)用GF(28)替代GF(251)、并通过调整2×2分存信息的嵌入结构来嵌入秘密像素分存信息。Chang,2008(ChangCC,HsiehYP,LinCH.Sharingsecretsinstegoimageswithauthentication.PatternRecognition,2008,41(10):3130–3137.)将8位分存信息嵌入到载体图像对应的2×2分块所有像素的低3位中。为提高载体图像的视觉质量，Wu,2011(WuCC,KaoSJ,HwangMS.Ahighqualityimagesharingwithsteganographyandadaptiveauthenticationscheme.TheJournalofSystemsandSoftware,2011,84(12):2196-2207.)对传统的LSB嵌入方法进行改进，通过调整像素的第4个低位来减小嵌入信息后的像素与原始像素的差值以获得更高的视觉嵌入质量。为提升嵌入后载体的视觉质量，Eslami,2010(EslamiZ,RazzaghiSH,ZarepourAJ.Secretimagesharingbasedoncellularautomataandsteganography.PatternRecognition,2010,43(1):397-404.)等仅对载体图像所有2×2分块的1/2分块的低2位按LSB法嵌入分存信息。Chang,2011(ChangCC,ChenYH,WangHC.Meaningfulsecretsharingtechniquewithauthenticationandremedyabilities.InformationSciences,2011,181(14):3073–3084.)和Chen,2012(ChenYH,ChangCC.ImageTamperDetectionandRecoveryBasedonDualWatermarksSharingStrategy.JournalofDigitalInformationManagement,2012,10(1):39–49.)引入了像素配对，将分存信息嵌入到载体图像的2×2分块中以提高攻击后修复能力。为获得更强的攻击后修复能力，Wu,2013(WuXT,SunW.Secretimagesharingschemewithauthenticationandremedyabilitiesbasedoncellularautomataanddiscretewavelettransform.TheJournalofSystemsandSoftware,2013,86(4):1068-1088.)引入了备份图像，将两个8位秘密像素和2个4位备份图像像素对应的分存信息和认证信息用LSB法嵌入到载体图像对应2×4分块的低2位中。在所申请的专利技术专利：邵利平,2014a(邵利平,欧阳显斌.一种基于三重备份的(K,N)有意义图像分存及恢复方法[P].中国,中华人民共和国国家知识产权局,专利技术专利,201410728893.1,2014.)通过引入三重备份将秘密图像像素分存信息存储在不同的三个位置起相互认证作用，在恢复阶段使用自然图像相邻像素相关性来提升方案的认证能力和错误修复能力，但所提方法分发载体是密图大小的4倍，存在着像素扩张。在所申请的专利技术专利：邵利平,2015a(邵利平,欧阳显斌.基于GF(27)有限域和双重认证的有意义(K,N)图像分存重构方法[P].中国,中华人民共和国国家知识产权局,专利技术专利,2015010920369.9,2015)我们给出了一种基于GF(27)有限域和双重认证的有意义(K,N)图像分存和重构方法，引入了备份图像，双重认证和自修复策略，但所提方法分发载体依然是密图大小的4倍，存在着像素扩张。以上所给出的有意义图像分存方案：Lin,2004、Yang,2007、Chang,2008、Wu,2011、Eslami,2011、Chang,2011、Chen,2012、Wu,2013、邵利平,2014a和邵利平,2015a都是将秘密像素嵌入到载体图像的2×2或2×4分块中或采用4倍密图大小的载体，因此不可避免地导致像素扩张。为避免像素扩张，在所申请的专利技术专利：邵利平,2014b(邵利平,欧阳显斌.基于差值变换的(K,N)有意义图像分存及恢复方法，中国,中华人民共和国国家知识产权局,专利技术专利,201410438803.5,2014)和所发表的论文：邵利平,2015b(欧阳显斌,邵利平,陈文鑫.结合调整差值变换的(K,N)有意义图像分存方案[J].中国图象图形学报,2015,20(5):633-642)我们给出了基于调整差值变换的图像分存方法，采用调整差值变换将密图转换为差值图和位置图分别进行分存，避免了载体图像扩张。在所申请的专利技术专利：邵利平,2015c(邵利平,欧阳显斌.一种基于GF(23)的(K,N)有意义无扩张图像分存和重构方法，中国,中华人民共和国国家知识产权局,专利技术专利,201510283407.4,2015)和所发表的论文：邵利平,2015本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于EMD‑3的多载体密图分存方法，其特征在于包括以下步骤：第1步：输入待嵌入的p比特公开图像k＝0,1,…,l‑1,输入待隐藏的q比特密图S＝(si,j)m×n,si,j∈{0,1,…,2q‑1‑1}，其中第2步：记S的MD5值和SHA‑1值分别为16进制序列SMD5＝<m0,m1,…,m31>和SSHA‑1＝<s0,s1,…,s39>，由SMD5和SSHA‑1奇数和偶数索引元素构造16进制序列Sms＝<ms0,ms1,…,ms71>，从Sms抽取出It个元素构成序列Sh＝<h0,h1,…,hIt‑1>，其中It为[24,70]范围内的偶数；第3步：将Sh划分为奇数序列Sodd和偶数序列Seven，然后将Sodd和Seven映射为10进制小数G0∈[3.57,4]；第4步：由G0和用户给定的密钥参数G1∈(0,1)产生(0,1)范围内的随机数，为消除暂态效应，将迭代的前IT＞0次结果抛弃，从第IT次开始生成随机数；第5步：将第4步生成的6个连续随机数l0,l1,l2,l3,l4,l5∈(0,1)映射为[0,m)范围内的随机整数a,b,e和[0,n)范围内的随机整数c,d,f,其中m,n对应为公开图像的大小；第6步：反复执行第5步，直至筛选出可用于将公开图像置乱为置乱图像的l组置乱参数ak,bk,ck,dk,ek,fk，并将置乱为其中k＝0,1,…,l‑1；第7步：由Sodd和Seven转换为10进制数G2∈(0,1)和用户给定的参数G3∈[3.57,4]生成m·n个随机数作为矩阵R＝(ri,j)m×n,ri,j∈(0,1)，在迭代时，同样将前IT＞0次结果抛弃，从第IT次开始生成随机数；第8步：利用ri,j和G0生成9个随机数rr0,rr1,…,rr8，在迭代时，同样将前IT＞0次结果抛弃，从第IT次开始生成随机数，其中i＝0,1,…,m‑1,j＝0,1,…,n‑1；第9步：将rr0,rr1,…,rr8和Sms映射为起始控制参数Starti,j∈[0,l‑1]，由ri,j和G3产生3l个随机数：RR0,RR1,…,RR3l‑1，其中前l个随机数映射为报数间隔序列Gapi,j＝<Ga0,Ga1,…,Gal‑1>,Ga0,Ga1,…,Gal‑1∈[0,l‑1]，中间l个随机数映射为报数终值序列Mi,j＝<mm0,mm1,…,mml‑1>,mm0,mm1,…,mml‑1∈[0,l‑1]，最后l个随机数作为报数方向序列Di,j＝<D0,D1,…,Dl‑1>,D0,D1,…,Dl‑1∈(0,1)，在迭代时，同样将前IT＞0次结果抛弃，从第IT次开始生成随机数；第10步：将Starti,j,Gapi,j,Mi.j和Di,j作为控制参数产生l个元素的索引顺序序列Sindex＝<ind0,ind1,…,indl‑1>,indu∈{0,1,…,l‑1}；第11步：记置乱图像对应位置元素构成的向量为Si,j，将长度为l的基向量Gl＝<30,31,…,3l‑1>置乱为G′l，结合G′l将秘密像素si,j嵌入到Si,j中；第12步：反复执行第8步～第11步，直至将秘密图像S＝(si,j)m×n的所有像素嵌入到置乱后的公开图像中，其中k＝0,1,…,l‑1；第13步：对进行逆置乱，从而将秘密图像S＝(si,j)m×n隐藏到公开图像中。...

【技术特征摘要】
1.一种基于EMD-3的多载体密图分存方法，其特征在于包括以下步骤：第1步：输入待嵌入的p比特公开图像k...

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