一種基于數(shù)獨(dú)的漸進(jìn)式秘密圖像加密共享方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明一種基于數(shù)獨(dú)的漸進(jìn)式秘密圖像加密共享方法，屬于信息安全和圖像處理領(lǐng)域，涉及一種基于數(shù)獨(dú)的使用有意義的影子圖像的漸進(jìn)式秘密圖像加密共享方法。該方法利用數(shù)獨(dú)來(lái)進(jìn)行秘密圖像加密共享和還原，利用數(shù)獨(dú)中每個(gè)區(qū)塊、每行和每列內(nèi)數(shù)字不重復(fù)的特點(diǎn)，在秘密圖像加密共享過(guò)程中生成了有意義的高質(zhì)量的影子圖像；此方法包括兩個(gè)部分，一部分是秘密圖像加密共享過(guò)程，即將秘密圖像分別藏入若干張載體圖像中，生成若干張對(duì)應(yīng)的影子圖像；另一部分是秘密圖像的還原過(guò)程。該方法具有復(fù)雜度低，易于操作的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明生成了有意義高質(zhì)量的影子圖像，降低了藏有秘密圖像信息的影子圖像在互聯(lián)網(wǎng)中傳播的危險(xiǎn)，能夠漸進(jìn)式還原出秘密圖像。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于數(shù)獨(dú)的漸進(jìn)式秘密圖像加密共享方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信息安全領(lǐng)域和圖像處理領(lǐng)域，具體的涉及一種基于數(shù)獨(dú)的使用有意義的影子圖像的漸進(jìn)式秘密圖像加密共享方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)對(duì)整個(gè)社會(huì)的科學(xué)與技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與文化帶來(lái)了巨大的推動(dòng)，也使我們的日常生活發(fā)生了深刻的革命性變化，每天都會(huì)有越來(lái)越多的信息通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，其中不乏涉及到個(gè)人隱私、商業(yè)機(jī)密甚至國(guó)家安全等不可泄露的信息。因此，信息安全在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的時(shí)代占有越來(lái)越重要的地位。同時(shí)，由于圖像信息的生動(dòng)形象的特點(diǎn)，圖像在互聯(lián)網(wǎng)上的傳播也日益頻繁。但由于網(wǎng)絡(luò)的不安全性，這些圖像信息在傳輸過(guò)程中可能丟失或被破壞，一些惡意攻擊者也可能試圖利用網(wǎng)絡(luò)竊取傳輸?shù)男畔?lái)達(dá)到自己不正當(dāng)?shù)哪康?，而他們一旦竊取成功，就會(huì)對(duì)消息傳遞者造成無(wú)法估計(jì)的損失，如果這些信息關(guān)系到政府部門(mén)或國(guó)家機(jī)關(guān)的重大決策，后果不堪設(shè)想。因此如何確保機(jī)密圖像在互聯(lián)網(wǎng)上的安全傳輸成了一個(gè)備受關(guān)注的世界性課題，而秘密圖像共享方案作為機(jī)密圖像信息安全傳輸及保護(hù)的重要機(jī)制引起了研究者的廣泛關(guān)注。
[0003]秘密圖像共享是在秘密共享的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其本質(zhì)是將秘密共享技術(shù)應(yīng)用到圖像上，從而實(shí)現(xiàn)秘密圖像在互聯(lián)網(wǎng)傳輸過(guò)程中不被竊取或破壞。秘密共享是信息安全和數(shù)據(jù)保密的一項(xiàng)重要技術(shù)，它在重要信息的傳輸過(guò)程中起著非常關(guān)鍵的作用。秘密共享技術(shù)解決了機(jī)密信息存一份以保持其高度機(jī)密性，還是存多份以確保其不因意外因素而損毀的問(wèn)題。
[0004]為了避免因某一份影子圖像被竊取而對(duì)秘密圖像造成泄露的威脅，Chen和Lin提出了一種秘密圖像共享方案，該方案將秘密圖像分成η份同等重要的部分。除此之外，在秘密圖像傳輸?shù)倪^(guò)程中可以使用η個(gè)不同的通道(每一份使用一個(gè)通道)，如果被惡意破壞者竊聽(tīng)了最多A-1個(gè)通道G1 (…(rk ( η),也不會(huì)造成秘密圖像信息泄露，與此同時(shí)，最多n_rk個(gè)通道的斷開(kāi)也不會(huì)影響到秘密圖像的無(wú)損還原。它最大的優(yōu)勢(shì)在于使用不同數(shù)量的影子圖像還原得到的秘密圖像的質(zhì)量不同，也就是說(shuō)，使用數(shù)量越多的影子圖像還原得到的秘密圖像的質(zhì)量越高，更容易被應(yīng)用在實(shí)際環(huán)境中，例如對(duì)安全問(wèn)題要求苛刻的圖像信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)，避免因泄露少量影子圖像而造成秘密圖像的泄露。但是，這個(gè)方案得到的影子圖像的品質(zhì)不是很高，會(huì)導(dǎo)致其在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)存在一定風(fēng)險(xiǎn)，并且其嵌入秘密圖像和還原秘密圖像的方法不是很簡(jiǎn)潔，有待改進(jìn)。
[0005]總之，圖像秘密共享存在著很多難以解決的問(wèn)題，例如影子圖像無(wú)意義和失真，算法過(guò)于復(fù)雜。好的圖像秘密共享方案應(yīng)該做到影子圖像不超過(guò)原始圖像大小，影子圖像是有意義的并且有著好的視覺(jué)質(zhì)量，當(dāng)然方法的簡(jiǎn)潔性也要好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，發(fā)明一種基于數(shù)獨(dú)(Sudoku)的利用有意義的影子圖像的漸進(jìn)式秘密圖像共享方法，該方法將秘密圖像分別藏入到若干張載體圖像中，得到相同數(shù)量的影子圖像，這些影子圖像與原圖在視覺(jué)上幾乎無(wú)區(qū)別；在還原過(guò)程中，使用不同數(shù)量的影子圖像會(huì)得到效果不同的還原后的秘密圖像。這樣生成的有意義質(zhì)量高的影子圖像，在很大程度上降低了影子圖像在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中被懷疑的可能性，有效防止了被惡意破壞者所竊取。而以上優(yōu)點(diǎn)在于我們的方法使用是基于數(shù)獨(dú)的漸進(jìn)式秘密圖像共享方法，這一創(chuàng)新在于利用數(shù)獨(dú)的特性， [0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于數(shù)獨(dú)的漸進(jìn)式秘密圖像共享方法，其特征是，該方法利用數(shù)獨(dú)來(lái)進(jìn)行秘密圖像的加密共享和還原；此方法包括兩個(gè)部分，一部分是秘密圖像加密共享過(guò)程，即將秘密圖像分別藏入若干張載體圖像中，生成若干張對(duì)應(yīng)的影子圖像；另一部分是秘密圖像的還原過(guò)程，即將秘密圖像從影子圖像中還原出來(lái)；下面是上述兩個(gè)部分的詳細(xì)的過(guò)程描述:
[0008]I)秘密圖像加密共享過(guò)程
[0009]設(shè)使用的數(shù)獨(dú)為stu，大小為N2xN2;在準(zhǔn)備階段，我們使用該數(shù)獨(dú)生成一個(gè)256X256的魔幻矩陣M，具體的方法是:
[0010]For i=0 to 255
[0011]For j=0 to 255
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種基于數(shù)獨(dú)的漸進(jìn)式秘密圖像加密共享方法，其特征是，該方法利用數(shù)獨(dú)來(lái)進(jìn)行秘密圖像的加密共享和還原，利用數(shù)獨(dú)中每個(gè)區(qū)塊、每行和每列內(nèi)數(shù)字不重復(fù)的特點(diǎn)，在秘密圖像加密共享過(guò)程中生成了有意義的高質(zhì)量的影子圖像；此方法包括兩個(gè)部分，一部分是秘密圖像加密共享過(guò)程，即將秘密圖像分別藏入若干張載體圖像中，生成若干張對(duì)應(yīng)的影子圖像；另一部分是秘密圖像的還原過(guò)程，即將秘密圖像從影子圖像中還原出來(lái)，秘密圖像還原的過(guò)程具有漸進(jìn)性的特點(diǎn)；下面是上述兩個(gè)部分的詳細(xì)的過(guò)程描述: 1)秘密圖像加密共享過(guò)程 設(shè)使用的數(shù)獨(dú)為Stu，大小為N2xN2;在準(zhǔn)備階段，我們使用該數(shù)獨(dú)生成一個(gè)256X256的魔幻矩陣M，具體的方法是:
For i=0 to 255
For j=0 to 255
M[i] [j]=stu[i mod N2] [j mod N2]， 得到矩陣后，進(jìn)行如下步驟: 步驟1，將數(shù)組[0，255]平均分成N2個(gè)數(shù)組，由于不可能完全均分，最后一個(gè)數(shù)組可以


256包含多一些，也就是說(shuō)前N2-1個(gè)數(shù)組分別包含L J個(gè)數(shù)字，最后一個(gè)數(shù)組包含剩下的數(shù)


Λ字，并計(jì)算出每個(gè)數(shù)組的平均值；其中，數(shù)組分別定義為Ai,每個(gè)數(shù)組的平均值為Hi, i=l,.2,…，N2 ； 步驟2，取出秘密圖像S的第一個(gè)像素值，假設(shè)為s，其中s eAk，其平均值為Hk，ke [I,N2];然后，分別取出Iiost1和host2的第一個(gè)像素，假設(shè)為a和b ;此時(shí)，分別將a和b作為矩陣M的橫縱坐標(biāo)固定一個(gè)數(shù)獨(dú)中NX N的block，然后將該block里k對(duì)應(yīng)的橫縱坐標(biāo)a’和b’分別放入空的圖像中，從而得到兩個(gè)影子圖像Shadow1和Shadow2中相應(yīng)位置像素的像素值；同時(shí)，將Hk放入空?qǐng)D像S’中相應(yīng)的位置； 步驟3,利用S’和載體圖像host3生成影子圖像Shadow3 ;首先，將步驟2中的數(shù)組Ak



256繼續(xù)均分成N2個(gè)數(shù)組，和步驟I類(lèi)似，前N2-1個(gè)數(shù)組分別包含L J個(gè)數(shù)字，最后一個(gè)數(shù)






/V組包含剩下的數(shù)字；其中，細(xì)分后的數(shù)組定義為Aki，每個(gè)數(shù)組的平均值為Hki，i=l，2，…，N2 ；假設(shè)s屬于A(yíng)km，其平均值為Hkm ;然后取出host3的第一個(gè)元素，假設(shè)為c ;此時(shí)，將c作為矩陣的縱坐標(biāo)，步驟2中的Hk作為橫坐標(biāo)，固定一個(gè)數(shù)獨(dú)中I XN2的block，然后將該block里m對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)c’放入第三個(gè)影子圖像Shadow3中相應(yīng)的位置；同時(shí)，將Hkm放入到一空?qǐng)D像S”中相應(yīng)的位置； 步驟4，利用步驟3的方法，使用S”和新的載體圖像host4生成第四張影子圖像Shadow4 ;以此類(lèi)推，直到生成第「1gy2 256 1 + 1張影子圖像； 上述步驟循環(huán)執(zhí)行512X512次，完成對(duì)秘密圖像每一個(gè)像素值的操作，生成新的完整的多張有意義的影子圖像； 2)秘密圖像還原過(guò)程 步驟1，按照秘密圖像分享過(guò)程步驟I的方法，將數(shù)組[0，255]平均分成N2個(gè)數(shù)組，其中，數(shù)組分別定義為Ai,每個(gè)數(shù)組的平均值為Hi, i=l,2,…，N2 ；步驟2,分別取出影子圖像Shadow1和Shadow2的第一個(gè)元素,假設(shè)為p和q，然后，以分別將a和b作為矩陣M的橫縱坐標(biāo)即可固定一個(gè)矩陣中的數(shù)值，假設(shè)為X，將Hx放入空?qǐng)D像S1; 步驟3，將數(shù)組Ax均分成N2個(gè)數(shù)組，其中，細(xì)分后的數(shù)組定義為Axi，每個(gè)數(shù)組的平均值為Hxi, i=l,2, ...,N2 ;然后取出影子圖像Shadow3的第一個(gè)元素，假設(shè)為r,此時(shí)將Hx和r分別作為橫縱坐標(biāo)在矩陣M中即可固定一個(gè)數(shù)值，假設(shè)為y，將Hxy放入空?qǐng)D像S2 ； 步驟4，利用步驟3的方法，重復(fù)該過(guò)程直至處理完最后一張影子圖像； 上述步驟循環(huán)執(zhí)行512X512次，完成對(duì)每一個(gè)像素值的操作，還原出完整的秘密圖像；分別使用兩張、三張或更多的影子圖像直至全部數(shù)量的影子圖像會(huì)還原得到不同質(zhì)量的秘密圖像，并且他們的質(zhì)量會(huì)越來(lái)越高，直至和原始圖像無(wú)區(qū)別；除了在視覺(jué)方面進(jìn)行辨認(rèn)外，用PSNR表示峰值信噪比，它的定義如下：
【文檔編號(hào)】G06T1/00GK103544674SQ201310486331
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】王智慧, 底亞峰, 王祎, 張真誠(chéng) 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)