[發明專利]一種基于網絡拓撲結構圖的隱寫方法

有效

• 申請號: 201710711957.0
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107612678B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 田暉;董浩;盧璥;陳永紅;王田;蔡奕僑
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: H04L9/06
• 分類號: H04L9/06;H04L9/08;H04L29/06;H04L12/24
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

1.一種基于網絡拓撲結構圖的隱寫方法，其特征在于，包括：

(1)準備步驟：建立載體庫，即收集大量的互不相同的網絡拓撲結構圖，對其進行加密存儲，使其僅對發送方隱寫算法可見；通信雙方預先約定網絡拓撲結構圖中涉及的各圖元的隱寫特征集，即對各圖元E_i，根據其可隱藏特性，分別建立載體特征集φ_i＝{b_i,1,b_i,2,…,b_i,t}，其中，t是該圖元所能隱藏的總的比特位數；約定標識載體隱寫順序信息的位數為l₁，且該信息隱藏于各載體的第x個圖元；約定嵌入信息的最初l₂位標識隱秘信息的總長度L；約定用于生成載體選擇順序和生成圖元嵌入順序的偽隨機數生成器；約定所采用的加密算法，隱寫密鑰key，生成加密密鑰和圖元嵌入順序偽隨機序列種子的哈希算法H；

(2)嵌入隱秘信息步驟：發送方利用約定的哈希算法H生成密鑰k₁＝H(key)，并用以對隱秘信息M進行加密得到M^*，再將加密的隱秘信息M^*的長度L與密鑰k₁的前l₂位g(k₁,l₂)作按位異或運算得到進而得到待嵌入信息M’＝L^*+M^*；隨機選擇若干個拓撲結構圖，作為載體拓撲結構圖序列F＝{f₁,f₂,…,f_r}，使得待嵌入信息M’能夠被全部嵌入；對于序列F中的每個載體拓撲結構圖f_i(i＝1,2,…,r)，將其序號i與密鑰k₁的前l₁位g(k₁,l₁)作按位異或運算得到載體嵌入順序標識序列按順序將待嵌入信息M’隱藏到F中的各個載體拓撲結構圖：對于每個載體拓撲結構圖f_i，利用約定的哈希算法H生成圖元嵌入順序偽隨機序列的種子并通過約定的偽隨機數生成器生成圖元的嵌入順序序列O_i＝{o_i,1,o_i,2,…,o_i,n}，并按此順序將所有待嵌入信息隱藏到各圖元中，其中，對于約定的第x個圖元，需首先嵌入該載體拓撲結構圖f_i的載體嵌入順序標識序列I^*；在所有信息嵌入完成后，將所有載密網絡拓撲結構圖發送給接收方；其中，表示按位異或運算，r表示載體拓撲結構圖的個數，n表示載體f_i中圖元的個數；

(3)提取隱秘信息步驟：接收方收到所有載密網絡拓撲結構圖后，首先利用約定的哈希算法H生成密鑰k₁＝H(key)；從約定的各載密拓撲結構圖的第x個圖元中提取出前l₁位的載體嵌入順序標識序列I^*，并取載體密鑰k₁的前l₁位g(k₁,l₁)，與I^*作按位異或運算得到嵌入順序將各載密拓撲結構圖按其嵌入順序進行排列得到載密拓撲結構圖序列F^*＝{f^*₁,f^*₂,…,f^*_r}；按順序從各載密拓撲結構圖中提取嵌入的信息M’：對于每個載密拓撲結構圖f^*_i，利用約定的哈希算法H生成圖元嵌入順序偽隨機序列的種子并通過約定的偽隨機數生成器生成圖元的嵌入順序序列O_i＝{o_i,1,o_i,2,…,o_i,n}，并按此順序提取所有圖元中隱藏的信息，其中對于第一個載密拓撲結構圖中提取的前l₂位信息L^*，取密鑰k₁的前l₂位g(k₁,l₂)，與之作按位異或運算后得到加密隱秘信息M^*的長度當已提取的加密隱秘信息M^*的總長度等于L時，結束提取，并將提取的加密隱秘信息M^*以密鑰k₁解密得到所需傳遞的隱秘信息M；其中，r表示載密拓撲結構圖的個數，接收方收到的載密拓撲結構圖個數應與發送方發送的載體拓撲結構個數一致，故以r同時表示載體拓撲結構圖和載密拓撲結構圖個數；

所述的嵌入隱秘信息步驟包括如下過程：

(2.1)嵌入準備：發送方利用約定的哈希算法H生成密鑰k₁＝H(key)，并用以對隱秘信息M進行加密得到M^*，再將加密的隱秘信息M^*的長度L與密鑰k₁的前l₂位g(k₁,l₂)作按位異或運算得到進而得到待嵌入信息設定嵌入信息索引e初始值為0，即e＝0；執行過程(2.2)；

(2.2)確定載體嵌入順序標識序列：在隱秘信息嵌入之前，隨機選擇若干個拓撲結構圖，作為載體拓撲結構圖序列F＝{f₁,f₂,…,f_r}，使得待嵌入信息M’能夠被全部嵌入；對于序列F中的每個載體拓撲結構圖f_i(i＝1,2,…,r)，將其序號i與密鑰k₁的前l₁位g(k₁,l₁)作按位異或運算得到該載體的嵌入順序標識序列執行過程(2.3)；

(2.3)確定載體拓撲結構圖中圖元的嵌入順序：對于各載體拓撲結構圖f_i，利用約定的哈希算法H生成圖元嵌入順序偽隨機序列的種子并通過約定的偽隨機數生成器生成圖元的嵌入順序序列O_i＝{o_i,1,o_i,2,…,o_i,n}，其中o_i,j(j＝1,2,…,n)表示載體f_i中第j個用于嵌入的圖元的編號；執行過程(2.4)；

(2.4)嵌入隱秘信息：按照過程(2.3)得到的序列O_i將所有待嵌入信息隱藏到各載體拓撲結構圖中；令k＝o_i,j，對于第i個載體拓撲結構圖f_i的第o_i,j個圖元，將待嵌入信息隱藏到其載體特征集φ_k＝{b_k,1,b_k,2,…,b_k,t}的過程為：

當o_i,j＝x時，先將載體拓撲結構圖f_i的嵌入順序標識序列I^*嵌入到該圖元的前l₁個載體比特中，再從該圖元特征集φ_k的第l₁+1個載體比特開始嵌入隱秘信息：計算待嵌入的隱秘信息長度λ＝l₂+L-e；當λt-l₁時，該圖元中嵌入信息的過程可形式化表述為

其中，⊙表示替換操作，⊙(α,β)表示用α替換β；嵌入完成后，更新嵌入信息索引e＝e+t-l₁；重復步驟(2.4)；當λt-l₁時，該圖元中嵌入信息的過程可形式化表述為

嵌入完成后，更新嵌入信息索引e＝l₂+L并結束嵌入過程，執行過程(2.5)；

當λ＝t-l₁時，該圖元中嵌入信息的過程可形式化表述為

嵌入完成后，更新嵌入信息索引e＝l₂+L并結束嵌入過程，執行過程(2.5)；

當o_i,j≠x時，從該圖元特征集φ_k的第1個載體比特開始嵌入隱秘信息；計算待嵌入的隱秘信息長度λ＝l₂+L-e；當λt時，該圖元中嵌入信息的過程可形式化表述為

嵌入完成后，更新嵌入信息索引e＝e+t；重復步驟(2.4)；當λt時，該圖元中嵌入信息的過程可形式化表述為

嵌入完成后，更新嵌入信息索引e＝l₂+L并結束嵌入過程，執行過程(2.5)；當λ＝t時，該圖元中嵌入信息的過程可形式化表述為

嵌入完成后，更新嵌入信息索引e＝l₂+L并結束嵌入過程，執行過程(2.5)；

(2.5)發送載密拓撲結構圖：將嵌入完成后的載密拓撲結構圖全部發送給接收方；

所述的提取隱秘信息步驟包括如下過程：

(3.1)提取準備：接收方收到所有載密拓撲結構圖后，利用約定的哈希算法H生成密鑰k₁＝H(key)；設定提取信息索引e初始值為0，即e＝0；執行過程(3.2)；

(3.2)確定載密拓撲結構圖的嵌入順序：對于各載密拓撲結構圖，從約定的第x個圖元中提取載體嵌入順序標識序列，即從第x個圖元對應的載體特征集φ^*_x＝{b^*_x,1,b^*_x,2,…,b^*_x,t}中提取出前l₁位的嵌入順序標識序列：并取載體密鑰k₁的前l₁位g(k₁,l₁)，與I^*作按位異或運算得到嵌入順序將各載密拓撲結構圖按其嵌入順序i進行排列得到載密拓撲結構圖序列F^*＝{f^*₁,f^*₂,…,f^*_r}；執行過程(3.3)；

(3.3)確定載密拓撲結構圖中圖元的嵌入順序：對于每個載密拓撲結構圖f^*_i，利用約定的哈希算法H生成圖元嵌入順序偽隨機序列的種子并通過約定的偽隨機數生成器生成圖元的嵌入順序序列O_i＝{o_i,1,o_i,2,…,o_i,n}，其中o_i,j(j＝1,2,…,n)表示載體f^*_i中第j個用于嵌入的圖元的編號；執行過程(3.4)；

(3.4)提取載密拓撲結構圖中的隱秘信息：按照過程(3.3)得到的序列O_i提取載密拓撲結構圖f^*_i各圖元中隱藏的信息；對于載密拓撲結構圖f^*_i的第o_i,j個圖元，如o_i,j＝x，因為其前l₁個比特已用于隱藏表示載體嵌入順序的標識序列，所以從該圖元的載體特征集φ^*_k＝{b^*_k,1,b^*_k,2,…,b^*_k,t}的第l₁+1個載體比特開始提取信息；否則，從其載體特征集φ^*_k的第1個載體比特開始提取信息；其中k＝o_i,j；具體過程為：

對于第一個拓撲結構圖載體中第一個用于隱藏信息的圖元，即i＝1且j＝1時，須首先從其特征集φ^*_k中提取約定的前l₂位長度信息L^*：

將提取到的L^*與密鑰k₁的前l₂位g(k₁,l₂)作按位異或運算得到所嵌入信息M^*的總長度繼而順序提取該圖元中嵌入的隱秘信息：計算待提取的隱秘信息長度λ＝L-e；如o_i,j＝x，從該圖元特征集φ^*_k的第l₁+l₂+1個載體比特開始提取嵌入的隱秘信息：當λt-l₁-l₂時，該圖元中提取隱秘信息的過程可形式化表述為

提取完成后，更新提取信息索引e＝e+t-l₁-l₂；重復步驟(3.4)；當λt-l₁-l₂時，該圖元中提取隱秘信息的過程可形式化表述為

提取完成后，更新提取信息索引e＝L并結束提取，執行過程(3.5)；當λ＝t-l₁-l₂時，該圖元中提取隱秘信息的過程可形式化表述為

提取完成后，更新提取信息索引e＝L并結束提取，執行過程(3.5)；如o_i,j≠x，從該圖元特征集φ^*_k的第l₂+1個載體比特開始提取嵌入的隱秘信息：當λt-l₂時，該圖元中提取隱秘信息的過程可形式化表述為

提取完成后，更新提取信息索引e＝e+t-l₂；重復步驟(3.4)；當λt-l₂時，該圖元中提取隱秘信息的過程可形式化表述為

提取完成后，更新提取信息索引e＝L并結束提取，執行過程(3.5)；當λ＝t-l₂時，該圖元中提取隱秘信息的過程可形式化表述為

提取完成后，更新提取信息索引e＝L并結束提取，執行過程(3.5)；

對于其他圖元，即i≠1或j≠1時，直接提取所嵌入的隱秘信息；計算待提取的隱秘信息長度λ＝L-e；當o_i,j＝x時，從該圖元特征集φ^*_k的第l₁+1個載體比特開始提取嵌入的隱秘信息：當λt-l₁時，該圖元中提取隱秘信息的過程可形式化表述為

提取完成后，更新提取信息索引e＝e+t-l₁；重復步驟(3.4)；當λt-l₁時，該圖元中提取隱秘信息的過程可形式化表述為

提取完成后，更新提取信息索引e＝L并結束提取，執行過程(3.5)；當λ＝t-l₁時，該圖元中提取隱秘信息的過程可形式化表述為

提取完成后，更新提取信息索引e＝L并結束提取，執行過程(3.5)；當o_i,j≠x時，從該圖元特征集φ^*_k的第1個載體比特開始提取嵌入的隱秘信息：當λt時，該圖元中提取隱秘信息的過程可形式化表述為

提取完成后，更新提取信息索引e＝e+t；重復步驟(3.4)；當λt時，該圖元中提取隱秘信息的過程可形式化表述為

提取完成后，更新提取信息索引e＝L并結束提取，執行過程(3.5)；當λ＝t時，該圖元中提取隱秘信息的過程可形式化表述為

提取完成后，更新提取信息索引e＝L并結束提取，執行過程(3.5)；

(3.5)解密所提取的隱秘信息：對于過程(3.4)所提取得到的加密隱秘信息M^*，以密鑰k₁解密，得到所傳遞隱秘信息的明文形式M。