[發明專利]基于Hachimoji DNA和Julia分形的彩色圖像可逆隱藏方法

有效

• 申請號: 202210506487.5
• 申請日: 2022-05-11
• 公開（公告）號: CN115037845B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 高鐵杠;王坤姝;夏曉帆;桂蘇穎
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H04N1/32
• 分類號: H04N1/32;G06T1/00;H04L9/00;H04L9/20
• 代理公司: 天津耀達律師事務所 12223
• 代理人: 侯力

一種基于Hachimoji DNA和Julia分形的彩色圖像可逆隱藏方法。水印嵌入首先使用含8個堿基HDNA序列、TSS?CML和Julia集圖像對水印圖像進行加密，得到加密的HDNA水印。然后，將載體圖像分解為大小相等的非重疊塊，并從中隨機選取塊進行奇異值分解。再通過修改奇異值矩陣第一列元素的方法進行HDNA水印嵌入，并對所有選定塊進行SVD逆運算，最終得到含有水印的載體圖像。水印提取為嵌入的逆過程。與現有的圖像加密方法相比，本發明可以在不依賴原始圖像的情況下，從可能受到攻擊的圖像中恢復水印，不僅具有良好的不可感知性，而且對常見的圖像處理攻擊、幾何攻擊和一些復合攻擊具有很強的魯棒性，可以廣泛應用于生物基因、醫學、軍事等領域。

技術領域

本發明屬于信息安全技術領域，是一種利用Hachimoji DNA技術、Julia分形、時空混沌和奇異值分解的彩色圖像信息隱藏方案，特別涉及一種基于Hachimoji DNA和Julia分形的彩色圖像可逆隱藏算法。

背景技術

隨著計算機網絡的快速發展，數字圖像因其特有的直觀、形象、信息量豐富等特點而倍受青睞，在日常生活中用網絡進行數字圖像傳輸已經變得非常普遍。然而，由于網絡的開放性和自身協議中存在的某些缺陷，數字圖像在網絡上傳輸的安全問題已經成為信息安全領域的一個重要研究課題。其中，數據數字水印技術通過在文本、圖像、音頻和視頻中隱藏標識、時間戳和其他專有信息，用于保護知識產權。隨著泄露事件和入侵數量的頻增，在多媒體信息產業中隱私保護和知識產權的重要性也日益凸顯。

近年來，基于DNA技術和混沌理論的信息隱藏方法引起了人們的廣泛關注和深入研究。由于并行性高、存儲空間大以及超低功耗的特點，大量研究人員將DNA結構運用在生物學、化學、數學、計算機科學等領域。基于混沌理論的方法由于具有密鑰空間大、對初值敏感性高和混沌特性更加復雜等優點，也被廣泛應用于圖像隱私保護中。但傳統的DNA技術都是利用4位堿基進行DNA編碼和DNA運算，規則簡單，且編碼后的長度較長，導致算法的安全性較低，所需的存儲空間較大。新型的Hachimoji DNA的引入，可以加強編碼和運算的復雜性，縮短序列長度，有效的改善了傳統技術的弊端。此外，結合Julia分形和改進的時空混沌系統，可以進一步的提高加密的混亂程度，增強安全性和魯棒性。

發明內容

本發明目的在于克服現有的基于DNA技術和混沌系統的圖像隱私保護算法的不足之處，結合密碼學理論和圖像處理的相關知識，提供一種基于Hachimoji DNA和Julia分形的彩色圖像可逆隱藏方法。該算法安全性高，魯棒性強，且具有很好的不可感知性和可逆性。

本發明的技術方案

一種基于HachimojiDNA和Julia分形的彩色圖像可逆隱藏方法，利用HachimojiDNA技術、Julia分形、時空混沌和奇異值分解等技術實現。附圖1所示為本發明的彩色圖像可逆隱藏算法流程圖，其具體包括如下步驟：

步驟1：對于輸入大小為M×N×3的彩色載體圖像I，大小為m×n×3的彩色水印圖像W,分別分離載體圖像I和水印圖像W的紅、綠、藍三基色分量得到三個大小為M×N的載體圖像矩陣I_R、I_G、I_B和三個大小為m×n的水印圖像矩陣W_R、W_G、W_B，其中M,N＞＞m,n。結合密鑰α、β、u₁(0)、u₂(0)、u₃(0)，產生TSS耦合映像格子的參數和初始值，通過迭代該時空混沌系統，產生密鑰流K₁、K₂、K₃和偽隨機數RN₁、RN₂、RN₃。