本發(fā)明涉及圖像信息安全，加密信號(hào)處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

圖像可逆水印技術(shù)是一種利用數(shù)字圖像的冗余，將秘密信息嵌入到數(shù)字圖像載體當(dāng)中，并在接收端能夠正確提取水印信息及百分之百恢復(fù)出原始圖片的技術(shù)；該技術(shù)多用于數(shù)字圖像的版權(quán)保護(hù)、完整性認(rèn)證、篡改定位及恢復(fù)等方面，并廣泛應(yīng)用于對(duì)保密性、安全性以及保真度要求較高的數(shù)字圖像。隨著云計(jì)算的飛速發(fā)展，云技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，用戶可以通過聯(lián)網(wǎng)將資料上傳到云端，當(dāng)需要用到已上傳的資料或網(wǎng)絡(luò)中的其他資源時(shí)再通過網(wǎng)絡(luò)從云端下載到客戶端進(jìn)行使用，這使得使用云技術(shù)的用戶節(jié)省了實(shí)際的物理存儲(chǔ)空間，并能快捷地獲得網(wǎng)絡(luò)中的其他服務(wù)。因此，云技術(shù)為用戶提供了極大的便利；但是由于云端在多方面存在著安全隱患一旦云端被入侵，用戶資料將直接被攻擊者竊取，從而造成隱私泄露。因此，用戶的資料都會(huì)先進(jìn)行加密，然后再上傳到云端，顯然，在數(shù)據(jù)量龐大的云端中加密文件的有效管理成為了亟需解決的問題。

考慮到用戶上傳到云端的多媒體信息以圖片文件為主，加密域中的圖像可逆水印技術(shù)已成為了該研究方向的重點(diǎn)。有研究者提出先對(duì)密文圖像進(jìn)行分塊，每個(gè)塊再分成兩個(gè)子集，然后翻轉(zhuǎn)其中一個(gè)子集的最低有效位嵌入1比特的水印信息，而在接收端，分別翻轉(zhuǎn)兩子集中像素的，通過計(jì)算對(duì)應(yīng)圖像塊的平滑度，從而提取出水印數(shù)據(jù)，還有方法是在加密前預(yù)留出嵌入隱秘信息的空間，還有方法是了對(duì)加密的圖像進(jìn)行可逆信息隱藏，以數(shù)據(jù)嵌入產(chǎn)生的方塊作為相應(yīng)圖像恢復(fù)的依據(jù)，并加入了LDPC進(jìn)行糾錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)了嵌入數(shù)據(jù)和圖像的恢復(fù)。但是這些方法都面臨嵌入容量低或者失真度高或者安全性不足的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述不足，本發(fā)明提出了一種嵌入容量高、安全性強(qiáng)的可逆水印算法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種密文圖像的可逆水印算法，該方法對(duì)密文圖像進(jìn)行整數(shù)小波變換后，根據(jù)秘鑰直接將水印信息嵌入到圖像的高頻區(qū)子帶中，再通過相應(yīng)的逆變換及乘法逆元方法移除數(shù)據(jù)擴(kuò)展后得到含水印的密文圖片；在 接收端，進(jìn)行相同的變換后，根據(jù)密鑰直接提取水印，并在解密后完成原始圖像的無損恢復(fù)。

本發(fā)明的有益效果是：嵌入容量高，保密性強(qiáng)，水印的提取是可逆的，能實(shí)現(xiàn)圖像無損或近無損嵌入和提取水印。

具體實(shí)施方式

以下，詳細(xì)描述本發(fā)明，其具體的實(shí)施步驟如下：

步驟1：圖像加密

圖像、視頻等信息在上傳到云端前，先要進(jìn)行加密處理，加密后，選取λ為私鑰，(N，g)為公鑰，對(duì)明文圖像F進(jìn)行加密，密文圖像為C，設(shè)隨機(jī)大質(zhì)數(shù)p、q，N＝p*q；λ＝lcm(p-1，q-1)，是中所有與N²互質(zhì)的整數(shù)集合，是小于N²的整數(shù)集合，則密文圖像C的加密公式為：

C＝E[F，r]＝g^Fr^NmodN²

步驟2：密文圖像高頻DWT小波變換

密文圖像進(jìn)行整數(shù)條件的小波變換，圖像進(jìn)行DWT變換，為解決小數(shù)問題，依據(jù)整數(shù)約束條件：

Δa_k(i，j)+Δb_k(i，j)+Δc_k(i，j)+Δd_k(i，j)＝mod(2^k)

以為擴(kuò)展因子，對(duì)密文圖像進(jìn)行k層高頻整數(shù)小波變換，得到各級(jí)系數(shù)子帶：

E[A₁]，E[B₁]，E[C₁]，…，E[A_k]，E[B_k]，E[C_k]，E[D_k]

其中，K表示小波分解層數(shù)；

步驟3：DWT變換后高頻子帶系數(shù)高、低位分解

經(jīng)DWT變換后得到k層小波系數(shù)組，然后將高頻子帶E[D_k]中的小波系數(shù)分為兩部分：

一部分：高位部分，即絕對(duì)值權(quán)值大于或等于2^k；

另一部分：低位部分，即絕對(duì)值權(quán)值小于2^k；

可以表示為：

其他

設(shè)其中絕對(duì)值大于2^k的部分為它描述的是E[D_k]的高位，用[D_k]_ε來描述E[D_k]的低位。

步驟4：定義水印和水印嵌入

令即ω等于低位部分，將ω作為水印，首先先將ω進(jìn)行貓臉變換也就是置亂處理，變換后記為ω^～，按照?qǐng)D像加密的方法，對(duì)ω^～進(jìn)行加密，加密后得到水印密文，用E[2^2kω^～]來表示:

進(jìn)行如下運(yùn)算實(shí)現(xiàn)水印嵌入，其中f為數(shù)據(jù)中的正負(fù)號(hào)標(biāo)志：

用取代k層DWT變換中的E[D_k]系數(shù)部分，然此時(shí)各級(jí)系數(shù)子帶為：

進(jìn)行小波反變換得到：

就是加入可逆水印后的密文圖像；因?yàn)槭钦麛?shù)，所以在進(jìn)行小波逆變換的時(shí)候，擴(kuò)展因子由于加密的同態(tài)性，被完全移除。

步驟5：圖像的恢復(fù)

步驟5.1：將和[D_k]_ε定義為水印提取的密鑰；

步驟5.2：對(duì)含水印的密文圖像進(jìn)行整數(shù)DWT變換，按照水印的嵌入逆運(yùn)算，提取出高頻分量

步驟5.3：利用水印提取私鑰和水印嵌入公鑰去除水印，去除水印的方法如下：

步驟5.4：去除符號(hào)標(biāo)志：

E[2^2kω^～]＝E[2^2kω^～]^f×f

步驟5.5：利用乘法逆元除去擴(kuò)展因子2^2k得到E[ω^～]，解密水印圖像，進(jìn)行 置亂還原，恢復(fù)原始水印ω；

步驟5.6：還原小波變換系數(shù)矩陣，進(jìn)行小波逆變換得到原始圖像。

本發(fā)明所述步驟2，小波變換的目的是為了得到各級(jí)系數(shù)子帶，由此，涉及到的定義及計(jì)算方法如下：

對(duì)密文圖像進(jìn)行DWT小波分解，小波分解方式和重構(gòu)的一般方法為：

小波分解：

小波重構(gòu)：

密文圖像小波變換后，在高頻子帶嵌入水印，但是水印的嵌入可能會(huì)導(dǎo)致小波逆變換時(shí)候出現(xiàn)小數(shù),在圖像進(jìn)行k層高頻DWT小波變換后得到各級(jí)子帶為a_k(i，j)，b_k(i，j)，c_k(i，j)，d_k(i，j)，對(duì)應(yīng)小波逆變換的條件是：

Δa_k(i，j)+Δb_k(i，j)+Δc_k(i，j)+Δd_k(i，j)＝mod(2^k)

所以，對(duì)于k層的高頻小波重構(gòu)，結(jié)果為整數(shù)的條件是小波分量的和為2^k的整數(shù)倍，也就是說對(duì)應(yīng)高頻分量d_k(i，j)的改變量是2^k的倍數(shù)；

由此，我們對(duì)小波變換進(jìn)行擴(kuò)展，選擇為擴(kuò)展因子，也就是說每進(jìn)行一次一維小波變換，數(shù)據(jù)就會(huì)造成倍的擴(kuò)展，每進(jìn)行一次二維小波變換就會(huì)造成2倍的數(shù)據(jù)擴(kuò)展，如此，就能滿足上述小波逆變換結(jié)果為整數(shù)的條件，方法為：

選擇為擴(kuò)展因子，對(duì)密文圖像進(jìn)行k層高頻整數(shù)小波變換，得到各級(jí)系數(shù)子帶為：

E[A₁]，E[B₁]，E[C₁]，…，E[A_k]，E[B_k]，E[C_k]，E[D_k]

其中，K表示小波分解層數(shù)。

本發(fā)明，水印ω可以用其他水印圖像代替(如企業(yè)logo，個(gè)性圖案)，不局 限于用圖像自身數(shù)據(jù)，具體算法也一樣，先對(duì)水印進(jìn)行貓臉變換后加密，得到的密文數(shù)據(jù)按照水印嵌入計(jì)算方法，進(jìn)行嵌入，解密也一樣為加密的逆運(yùn)算。

以上只是對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)說明，并不因此局限該發(fā)明的保護(hù)范圍，其保護(hù)范圍由權(quán)利要求書確定。