本發(fā)明涉及云計(jì)算環(huán)境中圖像信息的安全技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

云存儲(chǔ)環(huán)境中，圖像所有者為了保證圖像信息的安全和自己的隱私，通常情況下選擇先將圖像加密后再上傳至云服務(wù)器，而服務(wù)器在不知道圖像信息的情況下，需要對(duì)圖像信息進(jìn)行隱藏，接收方收到的是隱藏后包含嵌入信息的密文圖像，能夠提取信息并恢復(fù)原圖，所以在密文圖像信息隱藏需要進(jìn)一步研究；并且這項(xiàng)研究在云計(jì)算環(huán)境下，對(duì)于信息的存儲(chǔ)和傳輸安全有很高的價(jià)值。

在現(xiàn)有技術(shù)中，有利用圖像像素之間的相關(guān)性，通過修改和壓縮LSB來實(shí)現(xiàn)信息嵌入，奇異值分解(SVD)，能夠很好的表現(xiàn)出圖像內(nèi)的代數(shù)特性，在圖像處理中，特別是水印方面有很好的運(yùn)用意義，比如有方法將奇異值分解結(jié)合離散小波變換，提出一種彩色圖像自適應(yīng)算法，對(duì)水印的透明性和魯棒性有很好的協(xié)調(diào)性；同時(shí)奇異值分解的精度比較高，本方法將其應(yīng)用到加密圖像的信息隱藏中，發(fā)明了一種云環(huán)境下，基于奇異值分解的圖像密文圖像信息隱藏方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了加密圖像在云環(huán)境下的信息隱藏算法，本算法基于奇異值分解，云端執(zhí)行對(duì)密文圖像某些比特面的奇異值分解，并保存灰度字典，然后將數(shù)據(jù)嵌入到原來的比特面中來實(shí)現(xiàn)信息的隱藏。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：針對(duì)云環(huán)境下加密圖像的信息隱藏算法，過程如下：該方法分為密文圖像生成、圖像隱藏兩部分內(nèi)容，具體如下：圖像擁有者利用加密密鑰key₁對(duì)圖像加密，密鑰自己保留，密文圖像上傳到云端信息隱藏模塊后密文圖像首先被分解為多層LSB層和MSB層，其中MSB層保留，LSB層進(jìn)行奇異值分解，在分解后的矩陣中利用嵌入密鑰key₂進(jìn)行信息嵌入，然后在與MSB層合并形成嵌入信息后的密文圖像，實(shí)現(xiàn)信息的隱藏，然后這些包含了嵌入信息的密文圖像可以發(fā)送到接收者，再按照方案進(jìn)行解密還原出原始圖像。

本發(fā)明的有益效果是：在云傳輸和云存儲(chǔ)環(huán)境下，在滿足隱藏信息視覺不可見性的要求下，本發(fā)明在高嵌入率下依然能保持還原圖像的低信噪比，嵌入量可以靈活調(diào)整，對(duì)于沒有或者部分持有加密密鑰和嵌入密鑰的瀏覽者，是無法恢復(fù)原始圖像信息的，也就是圖像所有者在不需要暴露加密密鑰的情況下，進(jìn)行后續(xù)運(yùn)算，充分保障了信息的隱私安全。

附圖說明

圖1表示信息隱藏流程圖

圖2表示圖像還原流程圖

具體實(shí)施方式

以下，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

一、密文圖像生成

設(shè)圖像F，其大小為m×n，F(xiàn)的像素點(diǎn)為F(i，j)在F的灰度圖像中，B_i，j有8個(gè)比特，分別為B_{i，j，0}、B_{i，j，1}、...、B_{i，j，7}，將其表示為：

其中k表示8個(gè)比特的位置信息，k＝0,1,…，7

(1)、對(duì)圖像進(jìn)行加密處理，使用加密密鑰key₁產(chǎn)生長(zhǎng)為m×n×8的偽隨機(jī)序列S：

0≤i≤m-1；0≤j≤n-1；

(2)、將圖像F的原始比特位和偽隨機(jī)序列進(jìn)行異或運(yùn)算：

將C_i，j，k轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，得到加密后的密文圖像M_F：

通過信道將密文圖像發(fā)送到云端服務(wù)器信息隱藏模塊，圖像所有者保留密鑰key₁，由于云端沒有密鑰，所以無法得到原始圖像，隱私得到保障。

二、圖像隱藏

云端信息隱藏模塊在接收到密文圖像后，開始對(duì)圖像進(jìn)行隱藏處理。

(1)、圖像分層

首先，將密文圖像按照最高和最低比特位分為三層(或者兩層，依據(jù)恢復(fù)圖像的信噪比要求選擇)LSB層和MSB層；MSB層暫時(shí)保留，不做處理；LSB層進(jìn)行奇異值分解。

(2)、奇異值分解

將三層LSB層分為m×n大小的圖像塊(本方法為4×4大小)，將每一塊G_i的三層LSB層轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)中的0～7，得到一個(gè)4×4整數(shù)矩陣P_i，對(duì)矩陣進(jìn)行奇異值分解：

得到U_i和矩陣，將他們作為原始密文矩陣P_i的恢復(fù)字典存儲(chǔ)在云端，由于云端沒有密文圖像的密鑰key₁，所以不用進(jìn)行加密。

由于奇異值矩陣E_i是對(duì)角矩陣，其中元素并不全為整數(shù)，但是通過軟件分解出的酉矩陣精度達(dá)到0.001，取整后變化十分微小，所以對(duì)E_i取整；取整后得到E′_i矩陣相對(duì)于圖像密文矩陣P_i，有很多的元素為0，這些元素所在位置就可以嵌入信息。按分塊的順序?qū)⑺械幕謴?fù)字典存放在云端，而把所有奇異值發(fā)送給信息隱藏模塊；雖然這些奇異值是用來恢復(fù)密文圖像的，但是信息隱藏模塊沒有密鑰key₁，所以奇異值也不用進(jìn)行加密處理。云系統(tǒng)接收到這些奇異值后，對(duì)于每一個(gè)4×4的圖像塊，只有4個(gè)值被保留，相當(dāng)于原來圖像信息被壓縮，產(chǎn)生很多值為0的空位，這些空位進(jìn)行嵌入容量＝4×4矩陣的比特位數(shù)減4個(gè)奇異值所占用的比特位數(shù)。

由于本方案是直接對(duì)密文的比特位進(jìn)行處理，所以對(duì)于所有像素值為[0，255]的灰度圖像，固定分塊大小和比特層數(shù)之后，嵌入信息的長(zhǎng)度都是一樣的。

(3)、信息嵌入

將奇異值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的比特序列，與需要嵌入的信息合并，得到三層LSB層，使用密鑰key₂對(duì)每一層的比特面進(jìn)行置亂處理，得到新的三層LSB層，然后與首次分層的MSB層合并得到包含嵌入信息的圖像G′_i，將圖像塊合并得到新的密文圖像M′_F，存儲(chǔ)或者發(fā)送給接收者。

通過以上過程，實(shí)現(xiàn)了云環(huán)境下，密文圖像信息的隱藏，圖像擁有者隱私得到保障。此種隱藏方法是半無損甚至是無損的，護(hù)膚后的圖像信噪比較其他方法更低。

(4)、信息恢復(fù)

接收者或者其他第三方想獲得圖像的方法是同時(shí)擁有密文密鑰key₁和嵌入密鑰key₂才能準(zhǔn)確的復(fù)原圖像，復(fù)原過程可見附圖2，首先將密文圖像M′_F分塊，對(duì)應(yīng)當(dāng)前塊G′_i，得到三層LSB層，根據(jù)嵌入密鑰key₂，提取出三層LSB層的奇異值所對(duì)應(yīng)的字節(jié)和嵌入的字節(jié)信息，將這些字節(jié)信息轉(zhuǎn)化為整數(shù)奇異值矩陣E′_i，發(fā)送至云端，云端將E′_i與存儲(chǔ)的U_i和矩陣作為奇異值分解

得到對(duì)應(yīng)當(dāng)前密文塊G′_i的十進(jìn)制數(shù)矩陣P′_i，然后恢復(fù)為G′_i的三層LSB層，重復(fù)處理每一塊，然后將這些信息發(fā)送到接收方，接收方利用key₁與MSB層結(jié)合完全恢復(fù)圖像，得到原始圖像。

整個(gè)過程，除了圖像擁有者和合法接收者擁有密鑰key₁和key₂，可以恢復(fù)原始圖像外，第三方?jīng)]有完整的密鑰信息，不能完全恢復(fù)原始圖像，圖像擁有者隱私信息安全得到保障。