一种用于对抗JPEG重压缩的秘密图像分享方法和系统技术方案

本发明专利技术提出一种用于对抗JPEG重压缩的秘密图像分享方法和系统，属于图像处理技术领域。待分享的秘密图像为JPEG图像，所述JPEG图像包含的秘密信息为经量化的DCT系数，所述JPEG重压缩指对所述JPEG图像进行分享处理后执行的压缩处理，所述方法在分享所述JPEG图像的同时对抗所述压缩处理。的同时对抗所述压缩处理。的同时对抗所述压缩处理。

【技术实现步骤摘要】
一种用于对抗JPEG重压缩的秘密图像分享方法和系统


[0001]本专利技术属于图像处理
，尤其涉及一种用于对抗JPEG重压缩的秘密图像分 享方法和系统。

技术介绍

[0002]秘密分享技术把秘密信息加密成为多个影子图像(shadow，shadow image或share) 并分发给多个参与方，只有授权参与方的子集合可以一起解密，而非授权子集合无法解 密。一个秘密分享算法一般包括秘密分享(share或generate)和恢复(recover)两个阶 段，有时也称作加密(encrypt)和解密(decrypt)或者编码(encode)和解码(decode)。在 (k,n)门限秘密分享方案(scheme)当中，其中k≤n，将秘密信息加密成n个影子图像。 只有获得等于或者大于k个影子图像时，才能解密原秘密；而少于k个影子图像时无法 获得任何秘密。
[0003]数字图像是最重要的媒体类型之一，研究者们广泛研究将秘密分享技术应用于数字 图像对象，秘密图像分享(SIS)技术蓬勃发展。相对于数据，在秘密图像分享领域数 字图像的特殊性在于：(1)数字图像的特殊文件存储结构。以灰度BMP格式数字图像为 例，其像素值取值空间为[0，255]，所以在秘密图像分享方案中应充分考虑秘密值、分 享值及相关参数的取值范围，避免分享或恢复过程出现信息丢失，导致无法恢复秘密图 像的情况。(2)数字图像由大量像素点组成，秘密分享每次仅针对一个或几个像素值进 行分享操作，因此，方案设计过程中应当重视分享和恢复算法的高效性。(3)相邻像素 值之间有关联性。图像相邻像素点之间存在连贯性和关联性，这可能造成图像秘密信息 的泄露。因此秘密图像分享方案要同时考虑单次分享安全性和视觉安全性。(4)图像传 递最终靠人眼视觉系统识别，由于人眼的低通滤波特性，不要求无损恢复图像(5)图像 是特殊的数据，秘密图像分享方案可经简单改变应用于一般数据的秘密分享场合。秘密 图像分享方案进行性能评估指标包括：秘密图像的恢复质量，有无像素扩张，(k,n)门 限，秘密图像恢复复杂度，影子图像可理解，渐进性，秘密图像类型等。
[0004]秘密分享的主流原理包括：基于多项式的(k,n)门限秘密分享方案，基于中国剩余 定理的秘密分享方案，可视加密方案。本技术方案是基于多项式的秘密分享方案。下面 介绍基于多项式的(k,n)门限秘密分享方案。
[0005]现有技术中的多项式秘密分享方案将秘密嵌入一个随机的k
‑
1次多项式，在解密时 这个多项式可以由拉格朗日插值法重构，从而获取嵌入多项式的秘密信息。已知秘密信 息s，将其分享为n个影子份额sc1,sc2,
…
,sc
n
，具体的方案如下：
[0006](1)在初始化阶段，确定门限(k,n)的值，其中，k≤n。选择一个大素数p，满 足p＞n且p＞s，令GF(p)是一个有限域，所有的元素都是GF(p)的元素，且所有的 运算在有限域GF(p)中进行。
[0007](2)在分享阶段，为了将s加密成为影子值sc
i
，在有限域GF(p)内随机生成一个 k
‑
1次的多项式：
[0008]f(x)＝a0+a1x+
…
+a
k
‑1x
k
‑1[0009]其中，将秘密s嵌入到多项式第一个系数中，即a0＝s，其余的系数a1，
…
，a
k
‑1在有 限域GF(p)中随机选取。然后计算
[0010]sc1＝f(1),
…
,sc
k
＝f(k),
…
,sc
n
＝f(n)
[0011]取(i,sc
i
)作为一个影子对，其中i作为一个信息标签或者序号标签，sc
i
作为一个 影子像素值。将n个影子份额分别分发给n个参与者即完成秘密分享。
[0012](3)在恢复阶段，在获取n个参与者中持有的任意k个秘密对其中， 可以构建如下的线性方程组：
[0013][0014]因为i
l
(1≤l≤k)均不相同，所以可由拉格朗日插值公式构造如下的多项式：
[0015][0016]从而可得秘密s＝f(0)。如果k
‑
1个参与者想要获得秘密，可构造出k
‑
1个方 程并组成线性方程组，其中分享多项式的k个系数是未知数。由于标签i
l
不同，每一个 影子份额都对应一个唯一的多项式满足公式线性方程组，所以已知k
‑
1个影子无法求 解含有k个未知数的线性方程组，从而得不到关于秘密的任何信息，因此这个方案是完 善的。
[0017]随着社交网络影响力的不断提高，Facebook、Twitter、Instagram、Wechat和新 浪微博等在人们日常生活中的深入渗透，照片分享已经成为用户与朋友交流的一种流行 活动。截止2022年2月已有350亿张照片被上传到Facebook上。利用社交网络上的 图像传递或储存信息，可以实现秘密信息的隐蔽传输和存储，满足国家和社会便捷安全 通信的需求，对保障信息安全具有重要价值。目前秘密图像分享(Secret Image Sharing， SIS)可以解决以图像为媒介的隐蔽通信和隐蔽存储的问题。秘密图像分享技术利用秘 密共享的思想，将秘密拆分存储以阻止秘密图像分享技术利用秘密共享的思想，将秘密 拆分存储以阻止秘密过于集中，而达到分散风险和容忍入侵(丢失)的目的，该技术把 秘密信息加密成为多个影子图像(shadow，shadow image或share)并分发给多个参与 方，只有授权参与方的子集合可以一起解密，而非授权子集合无法解密。一般基于秘密 图像分享的隐蔽通信是多通道的，能够解决单一图像隐写面临的不能实现多通道隐蔽通 信、权限控制以及丢失容忍等的问题。
[0018]然而，在大规模社交网络环境下，受社交网络性能和后台服务器的限制，经过社交 网络有损信道的图像会被执行重压缩等有损操作，造成影子图像质量降低和信息损失。 而传统的秘密图像分享技术是针对无损信道设计的，导致传统的技术在社交网络环境下 不再适用。将已有的秘密图像分享技术应用与公共互联网上的社交网络时，分发者将秘 密图像分享为若干个影子图像交由若干个参与者；参与者将持有的影子图像上传至其社 交网
络账号如Facebook、Twitter、微信等社交平台，影子图像会经过公共互联网的信道的传输；上传的影子图像会被进行重压缩等有损操作，造成影子图像质量降低和信息损失；恢复者收到有损的影子图像后若想成功恢复，就需要设计鲁棒的秘密图像分享方案生成对JPEG重压缩鲁棒的影子图像。
[0019]对抗JPEG重压缩的鲁棒秘密分享方案是将秘密图像分享应用于社交网络的必经之路和基础。另外，应追求更好的秘密图像分享属性，如影子图像可理解、恢复的秘密图像的高图像质量等。
[0020]传统的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于对抗JPEG重压缩的秘密图像分享方法，其特征在于，待分享的秘密图像为JPEG图像，所述JPEG图像包含的秘密信息为经量化的DCT(Discrete Cosine Transform，离散余弦变换)系数，所述JPEG重压缩指对所述JPEG图像进行分享处理后执行的压缩处理，所述方法在分享所述JPEG图像的同时对抗所述压缩处理；所述方法包括：步骤S1、提取获取到的n+1张图像进行预处理，以提取所述n+1张图像中的每一张图像的完整DCT系数列表，所述n+1张图像包括1张所述待分享的秘密图像和n张载体图像；步骤S2、基于n+1张所述完整DCT系数列表，确定所述待分享的秘密图像的待分享DCT系数列表、所述n张载体图像对应的n张待使用DCT系数列表，并根据所述待分享DCT系数列表和所述n张待使用DCT系数列表中的最大DCT系数值确定素数p；步骤S3、利用所述待分享DCT系数列表、所述n张待使用DCT系数列表、所述素数p和门限值k，通过计算获取与所述n张待使用DCT系数列表对应的且包含所述待分享的秘密图像的秘密信息的n张分享值列表；步骤S4、对于所述n张分享值列表中每张分享值列表，均执行：依据其各个分享值形成B
×
B个影子DCT块，并对所述B
×
B个影子DCT块进行解压缩处理以获取B
×
B个影子图像空域块；步骤S5、判断基于n张分享值列表得到的共n
×
B
×
B个影子图像空域块中的每个图像空域块中的元素值是否都在指定范围内，若是，对于所述每张分享值列表对应的B
×
B个影子图像空域块，将其作为对抗所述JPEG重压缩的B
×
B个影子DCT块；步骤S6、对于所述每张分享值列表对应的对抗所述JPEG重压缩的B
×
B个影子DCT块，确定对抗所述JPEG重压缩的1张影子图像，共得到对抗所述JPEG重压缩的n张影子图像，发送方通过向接收方发送对抗所述JPEG重压缩的n张影子图像实现分享所述秘密图像的同时对抗所述JPEG重压缩；其中，n、p、k、B均为正整数，k≤n，且门限值k表征恢复所述秘密图像所需的最少影子图像的数量。2.根据权利要求1所述的一种用于对抗JPEG重压缩的秘密图像分享方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述预处理具体包括，对所述n+1张图像中的每一张图像均执行：通过熵解码提取当前图像经量化后的DCT系数矩阵，所述DCT系数矩阵包含M
×
M个DCT系数，对所述DCT系数矩阵进行分块处理，分为B
×
B个DCT块，每个所述DCT块包含A
×
A个DCT系数，其中M＝B
×
A；对每个包含A
×
A个DCT系数的DCT块，以之字顺序提取前C个DCT系数，以获取每个所述DCT块的DCT系数列表，从而构建所述当前图像的完整DCT系数列表，每个所述DCT块的DCT系数列表长度为C，所述当前图像的完整DCT系数列表的长度为C
×
B
×
B；其中，M、A、C均为正整数。3.根据权利要求2所述的一种用于对抗JPEG重压缩的秘密图像分享方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：判断所述n+1张完整DCT系数列表中的最小DCT系数是否大于0；若是，则将所述n+1张完整DCT系数列表中的1张所述待分享的秘密图像的完整DCT系数列表作为所述待分享DCT系数列表，将所述n+1张完整DCT系数列表中的n张所述载体图像的完整DCT系数列表作为所述n张待使用DCT系数列表；
若否，则对所述n+1张完整DCT系数列表中的全部DCT系数进行值平移，所述值平移的平移量为所述最小DCT系数的绝对值，将经所述值平移后的1张所述待分享的秘密图像的完整DCT系数列表作为所述待分享DCT系数列表，将经所述值平移后的n张所述载体图像的完整DCT系数列表作为所述n张待使用DCT系数列表；获取所述待分享DCT系数列表和所述n张待使用DCT系数列表中的最大DCT系数值，取大于所述最大DCT系数的最小素数作为所述素数p。4.根据权利要求3所述的一种用于对抗JPEG重压缩的秘密图像分享方法，其特征在于，所述待分享DCT系数列表的长度、所述n张待使用DCT系数列表中的每一张列表的长度、所述n张分享值列表中的每一张列表的长度均为C
×
B
×
B；所述步骤S3具体包括：对于所述n张分享值列表中每一张列表中的每个位置，利用公式f(x)＝s+a1x+a2x2+
…
+a
k
‑1x
k
‑1(mod p)计算其DCT影子值；其中，f(x)为所述n张分享值列表中当前列表中的当前位置上的DCT影子值，s为所述待分享DCT系数列表中与所述当前列表中的当前位置对应的位置上的DCT系数，a1、a2、...、a
k
‑1为任意选取的随机数，x为选定值，modp表示模p运算；判断f(x)的高δ位与所述n张待使用DCT系数列表中与所述当前列表中的当前位置对应的位置上的DCT系数的高δ位是否相等，其中若是，则将所述DCT影子值f(x)作为所述当前位置的n张分享值列表中当前列表中的当前位置上的分享值；若否，则调节a1、a2、...、a
k
‑1并重新计算f(x)，直到其高δ位与所述n张待使用DCT系数列表中与所述当前列表中的当前位置对应的位置上的DCT系数的高δ位相等，并获取当前位置上的分享值。5.根据权利要求4所述的一种用于对抗JPEG重压缩的秘密图像分享方法，其特征在于，在所述步骤S3...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜越，杨国正，刘京菊，于龙，刘林涛，李龙龙，陈佳，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：