[發明專利]一種基于全排列變換的加密圖像數據隱藏方法

在審

• 申請號: 202210605832.0
• 申請日: 2022-05-30
• 公開（公告）號: CN114998084A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 池衡曉;張靖群;張真誠;許益綜
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學上虞科學與工程研究院有限公司
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明提出了一種基于全排列變換技術的加密圖像數據隱藏方法，可以將重要信息藏匿于加密圖像中。本發明在每個大小為p×q的加密圖像塊中，將加密圖像塊劃分為n個子塊進行全排列生成該加密圖像塊的全排列列表，并通過替換圖像塊的排列來嵌入多位秘密數據。在接收方恢復加密塊時，可以使用經過訓練的矢量量化(VQ)碼本從加密塊的全排列列表中預測原始排列，從而恢復圖像并提取信息。對于每個像素塊，本發明所提出的方案把全排列技術和VQ碼本相結合，可以顯著提高秘密信息嵌入能力并有效減輕了接收方的硬件負擔。

技術領域

本發明研究的是加密域信息隱藏領域，提出了一種基于全排列轉換的加密圖像數據隱藏方法，可以將重要信息藏匿于加密圖像之中。

背景技術

隨著云存儲和云計算技術的快速發展，越來越多的用戶通過基于云的社交網絡應用程序來處理他們的圖像。然而，一些未經授權的攻擊者可能會在傳輸過程中截獲、泄漏甚至篡改敏感圖像數據，從而導致用戶安全受到威脅。圖像加密和數據隱藏技術的結合可以作為一種潛在的解決方案來保護信息的隱私，同時實現消息的傳輸。

圖像加密是一種通常使用加密密鑰將明文圖像加密為密文圖像的技術，只有擁有解密密鑰的接收者才能解密圖像。數據隱藏技術分為兩種主要類型，可逆數據隱藏和不可逆數據隱藏。可逆數據隱藏(RDH)技術可以提取秘密數據并恢復原始圖像而不會失真。不可逆數據隱藏(IRDH)只能提取秘密數據，不能無損還原原始圖像。

近年來，加密圖像中的可逆數據隱藏(RDHEI)變得越來越重要，RDHEI技術可以有效防止未經授權的惡意用戶監視、攔截、中斷和篡改所傳輸的數據。RDHEI方案中通常有三個假設用戶：內容所有者、數據隱藏者和接收者。整個過程是內容所有者用圖像加密密鑰對原始圖像進行加密，然后數據隱藏者將時間戳、水印和版權信息等秘密數據嵌入到加密圖像中。具有數據隱藏密鑰的接收器可以提取嵌入的數據，并且可以使用圖像加密密鑰獲得解密后的圖像。現有的空間RDHEI方案主要可分為兩類：1)圖像加密前保留備用空間(RRBE)和2)圖像加密后騰出備用空間(VRAE)。圖1顯示了RDHEI的一般過程，并簡要說明了RRBE和VRAE之間的區別。

在RRBE方案中，在圖像加密之前預留了備用空間，即在明文圖像中預留了備用空間。由于有意義的圖像在相鄰像素之間具有一定的相關性，因此可以為數據嵌入保留這些冗余空間。很明顯，RRBE方案在圖像加密之前需要大量復雜的預處理來壓縮原始圖像。但是，很難要求每個內容所有者在上傳之前對圖像進行特定的預處理，此時VRAE方案就是比較合適的方法。

在VRAE方案中，內容所有者只需對原始圖像進行加密。用于嵌入數據的空閑空間在加密圖像的過程中被釋放。由于加密圖像的相鄰像素之間幾乎沒有相關性，一些早期的VRAE方案無法恢復原始圖像并無損提取嵌入數據。為了提高嵌入率和避免錯誤，近年來提出了一些基于像素塊的VRAE方案。在這些方案中，首先將原始圖像劃分為不重疊的塊，并且每個塊都使用相同的密鑰進行加密。如此做法保留了塊中像素之間的相關性。

發明內容

在本文中，我們提出了一種基于全排列的RDHEI方案(P-RDHEI)，可以直接應用于加密圖像。在每個大小為p×q的加密圖像塊中，將圖像塊劃分為n個子塊進行全排列生成該圖像塊的排列列表，并通過替換相應索引值對應的圖像塊的排列來嵌入多位秘密數據。接收方可以使用VQ碼本從排列列表中預測原始排列，從而恢復圖像并提取信息。與傳統的VRAE方案相比，所提出的P-RDHEI方案使用全排列顯著提高了嵌入率，可以將0.9562bpp的秘密數據嵌入到加密圖像中。提出的P-RDHEI方案在VQ碼本較大的情況下可以實現無損的數據提取和圖像恢復。和其他方案相比，P-RDHEI方案只需要VQ碼本即可完成圖像的提取和恢復功能，有效減輕了接收方的硬件負擔。加密圖像和嵌入的加密圖像是完全加密的。由于我們提出的方案只改變了每個塊中像素的順序，原始圖像的統計屬性和紋理沒有暴露出來。

本發明具體采用的技術方案如下：

一種基于全排列變換的加密圖像數據隱藏方法，其步驟如下：