基于半张量压缩感知的加密域可逆信息隐藏与认证方法技术

本发明专利技术提供一种基于半张量压缩感知的加密域可逆信息隐藏与认证方法，包括对原始图像进行半张量压缩感知采样，对原始图像进行重建并获取观测数据的估计值；获取秘密信息，对秘密信息进行加密，利用估计值进行残差预测，将经过加密的秘密信息嵌入到图像获得载密图像，将载密图像发送至接收端；接收端通过半张量压缩感知技术对载密图像进行重构，通过半张量压缩感知认证系统对所接收到的载密图像进行完整性认证；利用预先获取的解密密钥对载密图像进行解密，通过残差预测逐步恢复获得原始图像；根据预先设定的扫描顺序扫描标记的载密图像的相应预测部分中的像素，再使用解密密钥解密获取秘密信息。本发明专利技术能够提高医学图像的加密安全性。密安全性。密安全性。

【技术实现步骤摘要】
基于半张量压缩感知的加密域可逆信息隐藏与认证方法


[0001]本专利技术涉及图像数据处理的
，具体的，涉及一种基于半张量压缩感知的加密域可逆信息隐藏与认证方法。

技术介绍

[0002]随着图像处理技术以及网络技术的发展，医疗诊断领域也普遍使用电子医疗系统来实现医学图像数据的分享，以协助医生进行远程的医疗诊断。然而，数据安全一直是医学图像数据的分享的难题，由于病历和医学图像中包含的患者敏感医疗隐私信息，成为黑客最为关注的内容。此外，患者医疗数据在医院的内部网络或互联网传输过程中，往往缺乏有效保障患者敏感信息保密性、完整性、隐私性的安全工具，可能会遭遇一些严重的问题，例如恶意篡改和隐私泄露。在患者医疗数据存储和分享方面，医学影像云在未来的医疗行业将是不可或缺的存在，云存储和云服务的进步也为纸质存储提供替代方法，有助于患者医疗信息维护，并给患者数据访问带来便捷。由于在云环境中存储和分享患者医疗数据时，不仅需要更加安全地保护患者的敏感信息，而且在半信任的环境下患者敏感数据匹配也存在问题。因此，迫切需要一种安全且高效的保护技术，必须从传输期间甚至传输之后的每一步都采取安全措施。
[0003]可逆数据隐藏是一种数据隐藏技术，为秘密信息提供更高安全保障的同时，它还可以实现载体图像和秘密信息的完美恢复。在远程医疗诊断中，医学图像的任何轻微失真都可能干扰医生的诊断。为了提高图像质量，一些研究人员在差分扩展的基础上提出一种基于四分量法和差分扩展方法相结合的隐写图像质量改进算法，在载体图像的正确重建的同时确保了患者及其对应数据的安全和隐私性；为改善医学图像细节信息的视觉质量，另一些研究人员通过直方图平移和对比度增强的方法将数据嵌入图像低纹理区域，提高主观感知下的图像质量。然而，这些方法存在图像中数据嵌入率过低的问题。对于远程医疗诊断而言，医生需要借助患者大量敏感信息，包括身份信息，病历等，以便做出更快更准确的诊断。因此，应首先将患者大量敏感数据嵌入到医学图像中以保护患者的隐私泄露，并节省存储空间。
[0004]图像加密是确保医学图像的隐私和机密不受破坏的最重要技术手段。压缩感知作为一种新颖的信号压缩采样理论，不仅对原始信号来说是一种采集方法，还可以被看作是一种加密方案。与传统的加密方案相比，压缩感知加密具有计算量小、加密与压缩同时进行、密文鲁棒性强等优点。为降低存储空间，一些研究人员提出一种关于矩阵的新型计算方法——半张量积，该方法允许尺寸不匹配的矩阵相乘，并证明半张量积可以用于压缩感知。
[0005]医学图像数据作为医疗诊断的基础，图像数据的准确性和完整性对医疗诊断结果来说至关重要。然而，上述方法中仅从机密性的角度考虑安全问题，并没有考虑到数据完整性的问题，需要设计可认证方案。由于压缩感知是带有压缩性的加密，因此传统的完整性验证方法在压缩感知框架中是无效的。针对压缩感知框架，应该设计鲁棒的完整性验证方案，能够有效地区分出是重构噪声、信号噪声还是篡改引起的数据改动。目前，鲁棒的CS认证方
案仅有一种，该方案能在容忍重构噪声的同时检测到一些篡改操作，这种方案后续进行了一些细节上的改进，包括重构噪声和篡改操作之间阈值界限等。

技术实现思路

[0006]针对以上问题，结合医疗图像数据分享背景，本专利技术提出一种基于半张量压缩感知的加密域高容量可逆信息隐藏与认证方法，以确保医学图像的加密安全性，并且可以确保接收端能够解密获得完整的医学图像。
[0007]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于半张量压缩感知的加密域可逆信息隐藏与认证方法，包括：对原始图像进行预处理：对原始图像进行半张量压缩感知采样，对原始图像进行重建并获取观测数据的估计值；秘密信息加密与嵌入：获取秘密信息，对秘密信息进行加密，利用估计值进行残差预测，将经过加密的秘密信息嵌入到图像获得载密图像，将载密图像发送至接收端；图像认证处理：接收端通过半张量压缩感知技术对载密图像进行重构，通过半张量压缩感知认证系统对所接收到的载密图像进行完整性认证；图像恢复及秘密信息提取：利用预先获取的解密密钥对载密图像进行解密，通过残差预测逐步恢复获得原始图像；根据预先设定的扫描顺序扫描标记的载密图像的相应预测部分中的像素，再使用解密密钥解密获取秘密信息。
[0008]优选的，对原始图像进行半张量压缩感知采样后生成消息认证码，并将消息认证码发送至接收端，接收端利用消息认证码对所接收的载密图像进行认证。
[0009]优选的，利用估计值进行残差预测包括：通过预重建获得估计的图像与原始图像的残差矩阵；通过残差预测逐步恢复获得原始图像包括：接收端通过残差矩阵逐步重建生成原始图像。
[0010]优选的，对原始图像进行半张量压缩感知采样包括：利用正交基字典将原始图像进行稀疏表示，利用高斯混沌矩阵对稀疏表示的原始图像进行半张量积压缩感知采样。
[0011]优选的，对原始图像进行半张量积压缩感知采样后，对半张量积压缩感知采样的图像进行拆分，使用半张量积压缩感知采样的图像的部分数据预测其全局数据。
[0012]优选的，将经过加密的秘密信息嵌入到图像包括：采用均匀标量量化器对半张量积压缩感知采样的图像的部分数据和原始图像中的非敏感数据进行编码，使用编码后的半张量积压缩感知采样的图像的剩余数据与非敏感数据构成载体图像。
[0013]优选的，将经过加密的秘密信息嵌入到图像包括：使用加密密钥生成伪随机序列，与秘密信息进行预设加密运算计算得到加密嵌入信息，并将加密嵌入信息替换载体图像中预设的行，获得载密图像。
[0014]优选的，预设加密运算计算为异或计算。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的基于半张量压缩感知的加密域可逆信息隐藏与认证方法，能够获得很好的对医学图像达到加密及认证完整性的效果，而且具有可靠及安全，运行速度快，重建质量，高嵌入秘密信息容量大的特性。
附图说明
[0016]图1是本专利技术基于半张量压缩感知的加密域可逆信息隐藏与认证方法实施例的流程图。
[0017]图2是本专利技术基于半张量压缩感知的加密域可逆信息隐藏与认证方法实施例的流程框图。
[0018]图3是本专利技术基于半张量压缩感知的加密域可逆信息隐藏与认证方法实施例中原始图像、加密后的载密图像、以及重构图像的图示。
[0019]图4是本专利技术基于半张量压缩感知的加密域可逆信息隐藏与认证方法实施例中原始图像、加密后的载密图像的直方图。
[0020]图5是本专利技术基于半张量压缩感知的加密域可逆信息隐藏与认证方法实施例中原始图像、加密后的载密图像的水平方向、垂直方向、对角线的相关性曲线的图示。
[0021]图6是本专利技术基于半张量压缩感知的加密域可逆信息隐藏与认证方法实施例中理想环境下的图像、嘈杂环境下的图像、局部攻击环境下的图像以及全局攻击环境下的图像。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于半张量压缩感知的加密域可逆信息隐藏与认证方法，其特征在于，包括：对原始图像进行预处理：对所述原始图像进行半张量压缩感知采样，对所述原始图像进行重建并获取观测数据的估计值；秘密信息加密与嵌入：获取秘密信息，对所述秘密信息进行加密，利用所述估计值进行残差预测，将经过加密的秘密信息嵌入到图像获得载密图像，将所述载密图像发送至接收端；图像认证处理：所述接收端通过半张量压缩感知技术对所述载密图像进行重构，通过半张量压缩感知认证系统对所接收到的所述载密图像进行完整性认证；图像恢复及秘密信息提取：利用预先获取的解密密钥对所述载密图像进行解密，通过残差预测逐步恢复获得所述原始图像；根据预先设定的扫描顺序扫描标记的所述载密图像的相应预测部分中的像素，再使用所述解密密钥解密获取所述秘密信息。2.根据权利要求1所述的一种基于半张量压缩感知的加密域可逆信息隐藏与认证方法，其特征在于：对所述原始图像进行半张量压缩感知采样后生成消息认证码，并将所述消息认证码发送至所述接收端，所述接收端利用所述消息认证码对所接收的所述载密图像进行认证。3.根据权利要求1或2所述的一种基于半张量压缩感知的加密域可逆信息隐藏与认证方法，其特征在于：利用所述估计值进行残差预测包括：通过预重建获得估计的图像与所述原始图像的残差矩阵；通过残差预测逐步恢复获得所述原始图像包括：所述接收端通过残差矩阵逐步重建生成所述原始图...

【专利技术属性】
技术研发人员：温文媖，邹孟雷，方玉明，张玉书，左一帆，
申请(专利权)人：江西财经大学，
类型：发明
国别省市：