一種密文域多比特可逆信息隱藏方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及信息隱藏、信息加密與密文域數(shù)據(jù)處理技術(shù)，具體為一種密文域多比 特可逆信息隱藏方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 信息隱藏自20世紀(jì)90年代誕生W來，在信息安全領(lǐng)域發(fā)揮的作用日益增強。但是 多數(shù)隱寫算法在嵌入隱秘信息的同時，永久性地損壞了原始載體信號中的數(shù)據(jù)，引入了一 定的失真。但是運些失真在一些對數(shù)據(jù)認證要求較高，同時需要無失真恢復(fù)出原始載體的 應(yīng)用場合是不可接受的，如遠程醫(yī)學(xué)診斷、云環(huán)境下的加密數(shù)據(jù)標(biāo)注、軍事與法律事務(wù)中 等。在軍事，醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中，不僅隱秘信息具有極高的價值，同樣原始載體信號也是不可或 缺的。例如，對于醫(yī)學(xué)圖片任何一處修改都可能成為醫(yī)療事故訴訟中的關(guān)鍵，唯有保證在提 取隱秘信息后能夠無損還原原始圖片，才能避免引起的不必要的麻煩;對于軍事圖像，可逆 信息隱藏技術(shù)的意義更為明顯，如遙感圖像在軍事領(lǐng)域中具有很高的價值，如果在嵌入信 息的過程中，損壞了原始圖像導(dǎo)致重要信息丟失，那么引起的后果是難W估計的。在司法領(lǐng) 域、用戶權(quán)限多級管理領(lǐng)域，其同樣具有很好的發(fā)展前景。為了保證載體信號可W被無損還 原出來，可逆信息隱藏的概念被提出，要求在提取隱藏信息后可W無差錯恢復(fù)出原始載體。
[0003] 可逆信息隱藏根據(jù)載體是否加密分為密文域與非密文域可逆信息隱藏，其中密文 域可逆信息隱藏是指用于嵌入的載體圖像是經(jīng)過加密的，嵌入信息后仍然可W無差錯解密 出載體圖像的技術(shù)。加密是當(dāng)前隱私保證與信息安全的重要手段之一，信息加密成密文呈 現(xiàn)的是混亂無序、無意義的狀態(tài)，未授權(quán)者只能看到隨機的噪點信號，而無法獲取明文的真 實信息。但是現(xiàn)在越來越需要能夠直接對加密數(shù)據(jù)進行管理。例如存儲在遠程云端的數(shù)字 圖像，為了隱私保護，通常對圖像進行加密存儲，信息隱藏技術(shù)可W通過在宿主中嵌入額 外的信息，如用戶信息、版權(quán)信息等來方便地管理運些密文;在醫(yī)學(xué)影像中，圖像被加密用 來保護病人的隱私，同時可W在密文圖像中嵌入病人的病歷或個人信息用于檔案資料的管 理;在保持加密圖像的完整性時，計算加密圖像的哈希值、循環(huán)冗余校驗碼(CRC)或其他糾 錯信息并直接嵌入到加密圖像中去。因此，密文域可逆隱寫對于云環(huán)境下的重要信息可W 起到雙重保險的作用，密文域可逆信息隱藏作為加密信號處理與隱寫技術(shù)的結(jié)合，是當(dāng)前 云環(huán)境隱私數(shù)據(jù)保護的研究熱點之一。
[0004] 現(xiàn)有的密文域可逆信息隱藏方法中，可分離的可逆隱寫更強調(diào)了用戶提取隱藏信 息與可逆恢復(fù)載體數(shù)據(jù)兩過程的可分離，運點對于用戶的隱私保護與云環(huán)境下信息安全與 數(shù)據(jù)管理具有更大實用意義。但是現(xiàn)有的密文域可逆信息隱藏技術(shù)在實現(xiàn)可分離隱寫的前 提下，有效保證數(shù)據(jù)大容量嵌入、載體數(shù)據(jù)可逆恢復(fù)、不可檢測性等方面存在諸多難點與問 題，因為現(xiàn)代加密算法要求明文的極小改變也將擴散到整個密文空間，而可逆算法的設(shè)計 往往獨立于加密算法，使得嵌入過程中修改的加密數(shù)據(jù)越多，解密結(jié)果失真會越大。另外加 密數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計意義上均勻分布的特性，現(xiàn)有的密文域可逆隱寫算法在保證嵌入前后統(tǒng)計 特征不變，即抵抗隱寫分析能力方面的研究還比較初級。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種能夠滿足可分離隱寫的前提下，有 效保證數(shù)據(jù)大容量嵌入、載體數(shù)據(jù)可逆恢復(fù)和嵌入信息不可檢測性的密文域多比特可逆信 息隱藏方法。
[0006] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0007] -種密文域多比特可逆信息隱藏方法，包括如下步驟，
[000引步驟一，參數(shù)設(shè)置與數(shù)據(jù)預(yù)處理；
[0009] 1.1構(gòu)造多項式環(huán)巧,= C/W >，其生成的多項式為f (X) =xD+l;其中，q> 2n2，n = 2k，k為選取的一個安全參數(shù)且k > 1，k為自然數(shù)；
[0010] 1.2將明文消息通過隨機序列rale {0,1}進行隨機置亂，將B進制數(shù)的隱藏信息通 過隨機序列ra2 e {0，1}進行隨機置亂，其中，B為2的整數(shù)幕；
[0011] 步驟二，加密與信息嵌入；
[0012] 2.1根據(jù)隨機選取的一個環(huán)多項式向量，與隨機序列rale {0，1巧日隨機序列ra2e {〇, 1}分別得到私鑰中的解密密鑰和隱寫密鑰；
[0013] 2.2根據(jù)隨機選取的另一個環(huán)多項式向量，與在多項式環(huán)上生成的系數(shù)符合離散 高斯分布的環(huán)多項式，W及私鑰生成得到公鑰；
[0014] 2.3根據(jù)選取隨機分布的多項式，W及在多項式環(huán)上生成的系數(shù)符合離散高斯分 布的環(huán)多項式和環(huán)多項式向量，使用公鑰對置亂后的明文消息進行加密，得到加密密文；
[0015] 2.4將整個多項式環(huán)依次均勻的劃分為I、n、虹和IV區(qū)域，各區(qū)域平均量化為B個 子區(qū)域;子區(qū)域的編號依次為〇，1，2,...，B-1;根據(jù)由加密密文和私鑰得到的原始量化多項 式;通過修改加密密文完成信息嵌入；
[0016] 具體的，在同一個區(qū)域內(nèi)，修改量化多項式中的系數(shù)，由其本身對應(yīng)的子區(qū)域改變 到編號為隱藏信息數(shù)值的子區(qū)域，得到修改后的系數(shù)，完成加密密文的修改；
[0017]步驟立，解密與信息提?。?br>[0018] 根據(jù)由嵌入信息后的密文和私鑰得到的嵌入后量化多項式，根據(jù)嵌入后量化多項 式系數(shù)的在多項式環(huán)上取值所在的不同區(qū)域;其中區(qū)域I和IV對應(yīng)明文為0,區(qū)域n和I!!對 應(yīng)明文為1，確定得到隨機置亂后的明文，完成解密；
[0019] 根據(jù)由嵌入信息后的密文和私鑰得到的嵌入后量化多項式，根據(jù)嵌入后量化多項 式系數(shù)的在多項式環(huán)上取值所在的不同子區(qū)域;根據(jù)子區(qū)域的編號對應(yīng)隱藏信息數(shù)值，確 定得到隨機置亂后的隱藏信息，完成信息提取。
[0020] 優(yōu)選的，步驟一中，明文消息記為Ple {0,1}，隱藏信息記為mee {0,1};將Pl與隨 機序列ralE{(U}異或生成用于加密的序列，并編碼為環(huán)多項式m，并且環(huán)多項式m=m〇+虹X +. . .+mn-ixn-1，其系數(shù)HH e {0，1} ;me與隨機序列ra2E {〇，U異或生成用于嵌入的序列，并編 碼成系數(shù)為B進制數(shù)的用于嵌入的環(huán)多項式Sm= smo+smix+. . .+smn-ixn-i，其系數(shù)smie {0,1， 2,...,B-1}。
[0021] 優(yōu)選的，步驟二中，解密密鑰為(S，ral)，隱寫密鑰為(S，ra2);其中，S為隨機選取 的一個環(huán)多項式向量，S E巧；^其中，表示(1維的環(huán)多項式向量空間，向量5的維數(shù)為(1， 其每個分量是一個Rq上的環(huán)多項式。
[0022] 進一步，步驟二中，公鑰為(AF = ^?S + e)，其中，A為隨機選取的另一個環(huán)多項 式向量，e為公鑰生成噪聲，e ERq, e中各系數(shù)服從X分布，所有噪聲的分布統(tǒng)一記為 義 = 歹w，噪聲分布的標(biāo)準(zhǔn)差a = o(^/^l雌リ/如，其中夢。4 = {「與」m〇dg|x~7V(〇，a2)}， 「qx」表示對qx取整。
[0023] 再進一步，步驟二中，密文為（《. = + 其中，d = O (Iogq)為環(huán)上多項式向量維數(shù)，X ERq為選取隨機分布的多項式，ei加密噪聲多項式，62為加 密噪聲多項式向量，eiERq，& ，ei和62的系數(shù)服從X分布。
[0024] 再進一步，步驟二中，信息嵌入后的密文為(U,CS)，CS = CS0+CS1X+. . .+CSn-lXn-l，其 中，c'A ='￡?.卞聲.'b '
( 0 , 1 '?成；& = c ,h = h〇+hix+. . .+hn-ixn-i;bt = (0〇，&，&，. . .，0n-l)，權(quán)￡{-1，1}用于確定嵌入過程中密文改變的正負；
[0025] 當(dāng)Ive供[《/4」)1|心/2扎3《/4」)時，
[0026] Pi = 1;當(dāng) h,' € (k/ 4」，|_皆'?！?U 13兮 M」，汾時，= -1;
[0027] b=(b〇，bl，b2, . . .，bn-l)，bi的絕對值表示密文多項式中對應(yīng)系數(shù)的改變量，定義 函數(shù):Ui = L(X)，ie {0,1，. . .，B-1}，xeZ,/，表示置中元素 X位于子區(qū)域i;
[002引 貝 Ij:
[0029] bi = snu-L(hi)，bie{-B+l，-B+2，. ，8-^表示密文多項式中對應(yīng)系數(shù)改 變量。
[0030] 再進一步，步驟S中解密時，
[0031] 解密密鑰為（S，ral)，得到嵌入信息后的密文為(u，cs)，得到嵌入后量化多項式