基于图像伪装与双向差值扩展的密文域可逆信息隐藏算法

数字图像在云环境下的安全性问题已成为信息安全领域的研究热点之一。为解决传统密文域可逆信息隐藏算法缺乏伪装性,容易受到恶意攻击与信息隐藏空间容量小的问题,提出了基于图像伪装加密与双向差值扩展的大容量密文域可逆信息隐藏算法。该算法首先利用矢量量化与离散小波变换两种技术对原始图像进行伪装加密,从而保证隐蔽性,使得图像在云环境中安全传递;其次采用基于双向差值扩展的信息隐藏技术对伪装加密图像进行秘密信息的嵌入,以实现高容量的信息隐藏。实验结果表明,所提算法不仅实现了图像伪装,而且最终得到的含密伪装图像与原始图像在视觉上无明显差别,峰值信噪比达到40 dB以上,对原始图像起到了很好的伪装效果;同时实现了高容量的秘密信息嵌入,图像平均嵌入率接近0.6 bpp,表现出了良好的实验性能。     

基于Peano曲线扫描的大容量密文域可逆信息隐藏方案

针对现有密文域可逆信息隐藏算法中存在嵌入率低、安全性不足等问题进行了研究,提出了一种利用图像像素间相关性的大容量密文域可逆信息隐藏方案.首先利用图像位平面间相关性减小冗余,再使用Peano曲线对位平面进行扫描,利用游程霍夫曼编码对每个位平面进行压缩,而后利用图像高位信息对低位空间进行填充,最后用填充消息作为隐藏密钥对秘密信息异或加密实现嵌入.实验结果表明,该方法可完全可逆地恢复原始图像,平均最大嵌入容量达2.53 bpp.     

基于码分多址复用的双重加密可逆信息隐藏

针对多数密文域可逆信息隐藏算法嵌入容量小、加密算法单一的问题,提出一种双重加密的方法,并利用码分多址复用（CDMA）的思想嵌入秘密信息。加密时将图像分块,先对像素块进行多粒度置乱加密,再对块中每个像素的中间2位用流密码加密。信息嵌入采用码分多址的思想,选取k个长为4的相互正交的矩阵嵌入k层秘密信息,利用矩阵的正交性实现秘密信息多层嵌入,在提高嵌入容量的同时保证了对像素点的较小改变。对不满足嵌入条件的像素块嵌入伪比特,可避免使用位置图。拥有信息提取密钥的合法接收者可以提取秘密信息;拥有图像解密密钥可以近似恢复原始图像;拥有两种密钥既可提取秘密信息又可无损恢复原始图像。实验结果表明,512×512灰度图像Lena在峰值信噪比（PSNR）大于36 dB时最大嵌入容量133 313 bit。所提算法增强了加密图像安全性,在保证可逆性的同时大大提高密文域可逆信息隐藏嵌入容量。     

基于自适应哈夫曼编码的密文可逆信息隐藏算法

随着云存储和隐私保护的发展,密文域可逆信息隐藏作为一种可以在密文中嵌入秘密信息,保证嵌入后的信息可以无错误提取,并能无损恢复原始明文图像的技术,越来越受到人们的关注.本文提出了一种基于自适应哈夫曼编码的密文域可逆信息隐藏算法,对不同的图像采用不同的哈夫曼码字编码腾出空间来嵌入秘密信息.首先利用自然图像相邻像素间的相关性对原始明文图像进行像素值预测,从最高有效位到最低有效位,对原始像素值和预测像素值的相同比特位进行自适应的哈夫曼编码标记.然后,利用流密码对原始明文图像进行加密.最后在腾出的空间,通过位替换来自适应的嵌入秘密信息.由于哈夫曼编码和解码的可逆性,合法接收者可以对原始明文图像和秘密信息实现分离的无损恢复和提取.实验结果表明,与现有的几种方法相比,本文提出的方法具有更好的安全性和更高的嵌入率,在BOSSBase、BOWS-2和UCID三个数据集上的平均嵌入率比MPHC算法分别提高了0.09bpp、0.062 bpp和0.06bpp,在最佳情况下比MPHC算法能分别高出0.958 bpp、0.797 bpp和0.320 bpp,最差情况下的嵌入率比MPHC算法也分别高出了 0.01 bpp、0.039 bpp和0.061 bpp.     

基于预测误差双重编码的大容量密文域可逆信息隐藏算法

针对目前密文域可逆信息隐藏算法嵌入容量较小的问题,提出了基于预测误差双重编码的大容量密文域可逆可分离信息隐藏算法。首先为了预留秘密信息的嵌入空间,图像拥有者利用基于预测误差的哈夫曼编码及扩展游程编码对图像进行预处理,然后加密图像;数据嵌入者在加密后的图像中嵌入秘密信息;接收者根据信息隐藏密钥可以准确无误地提取秘密信息,根据解密密钥可以无损恢复图像,两者无顺序要求。实验结果表明,预测误差双重编码的应用有效地提高了嵌入容量。     

基于位平面分割的密文域可逆信息隐藏算法

针对传统密文域可逆信息隐藏算法嵌入率低的问题,为提高嵌入容量,提出一种基于位平面分割的可逆信息隐藏算法。首先对高位平面进行定长游程编码压缩,压缩结果进行流加密并作为其头部信息,利用压缩冗余嵌入数据;然后对中位平面进行Logistic混沌加密;最后将低位平面进行位翻转,利用AGM（Adaptive Group Modification）方法嵌入数据。实验表明,该方法实现简单,嵌入率不超过0.5bpp时,解密后携秘图像的PSNR≈47.8dB,实现了解密与提取的可分离,提取后再解密图像可100%恢复。     

基于插值预测误差的密文域可逆信息隐藏

针对传统的图像预测误差算法预测精度弱、嵌入容量较低以及在密文域应用局限等问题。结合Paillier同态加密算法,提出了一种基于插值预测误差的密文域可逆信息隐藏算法。该方案首先对原始载体图像进行采样,然后引入权重,利用采样像素点对非采样像素点进行预测,而后采样像素点利用序列密码进行加密,非采样像素点利用Paillier同态算法加密,最后在加密后的图像上进行秘密信息的嵌入。实验仿真结果表明,该方案在保证预测精度的前提下,可以达到的最高嵌入容量为1.2 bpp,同时具有一定的安全性保证。     

自适应编码的高容量密文可逆信息隐藏算法

随着数字信息技术的普及,密文可逆信息隐藏（reversible data hiding in encrypted images,RDHEI）逐渐成为云存储中隐私保护的研究热点.RDHEI作为一种能在密文中嵌入额外信息,并正确提取嵌入信息和无损恢复原始图像的技术,受到研究者的广泛关注.为了能在加密图像中嵌入充足的额外信息,提出了一种自适应编码的高容量RDHEI算法.首先,计算原始图像不同预测误差的出现概率并自适应的生成哈夫曼编码;然后,利用流密码加密原始图像,根据像素预测误差对应的哈夫曼码字对加密后像素进行标记;最后,以位替换方式将信息嵌入到已标记像素的预留空间中.经实验验证：该算法在正确提取嵌入信息的同时,无损地恢复了原始图像.与同类算法相比,该算法充分利用了图像本身的纹理特性,有效地提高了图像嵌入率.在UCID,BOSSBase和BOWS-2这3个图像集上,该算法的平均嵌入率达到3.162 bpp,3.917 bpp以及3.775 bpp,与当前性能最佳算法相比,提升了0.263 bpp,0.292 bpp以及0.280 bpp.     

基于Paillier的可分离密文域可逆信息隐藏

为了提高信息嵌入率和实现直接解密后无损恢复原始图像,提出了基于Paillier的可分离密文域可逆信息隐藏算法.首先图像拥有者利用Paillier算法对图像进行加密后上传云服务器;而后信息隐藏者在云服务器中生成三个零矩阵,通过构造尺寸大小为2×2的填充分块进行信息嵌入;接收方根据不同的密钥,实现信息提取与图像解密的可分离.实验结果表明,相比于传统的可逆嵌入算法,该算法直接解密后不会存在失真的现象,并且最大嵌入率可达到2 bpp.     

基于位平面无损压缩的密文域可逆信息隐藏

针对密文域可逆信息隐藏算法中嵌入率不高,可逆性不强,鲁棒性差的问题,提出一种密文图像位平面无损压缩的可逆信息隐藏算法。首先介绍二进制数据位压缩编码方式,使用该方式将低位平面信息存储于压缩后的高位平面中。而后加密图像,采用比特替换的方式在低位平面嵌入秘密信息,最后按位重组图像。接收方提取秘密信息和恢复图像的操作相互独立。实验证明,该算法具有较高的嵌入率,可逆恢复的载体图像质量较好,能够有效抵抗一定程度的噪声及数据丢失攻击。     

Separable reversible data hiding in encrypted images based on flexible preservation of the differences

To better protect the security of users’ private data in the cloud environment, the technology for separable reversible data hiding in encrypted images has been attracting increasing attention from researchers. In this paper, we propose a separable reversible data hiding scheme in encrypted images based on the flexible preservation of differences. This scheme has three parts: 1) For the content owner, the original image is divided into non-overlapping blocks, for which block-mean is computed. Then the differences between the values of every pixel and the block-mean are obtained and an initial label map is generated. Because most of the differences tend to concentrate around 0, we use two bits to dynamically record the range of the differences to vacate space for hiding. Further, introducing the block-mean differences also serves to vacate more space, for which the label map is amended accordingly. Finally, the image with free space is encrypted into the encrypted image using an encryption key. 2) For the data hider, the secret bits are embedded into the encrypted image by directly replacing the spare bits without obtaining any information of the original image. 3) For the receiver, he/she can achieve the desired information according to the key in his/her possession. Experimental results show that our proposed scheme is able to achieve an average embedding capacity as large as 1.785 bpp and 1.709 bpp when block size is set to 2?×?2 and 2?×?4, respectively. Comparison with those of previous schemes, the proposed scheme has excellent embedding capacity, especially for smoother images.

     

A Steganography Based on Optimal Multi-Threshold Block Labeling

Hiding secret data in digital images is one of the major research fields in information security. Recently, reversible data hiding in encrypted images has attracted extensive attention due to the emergence of cloud services. This paper proposes a novel reversible data hiding method in encrypted images based on an optimal multi-threshold block labeling technique (OMTBL-RDHEI). In our scheme, the content owner encrypts the cover image with block permutation, pixel permutation, and stream cipher, which preserve the in-block correlation of pixel values. After uploading to the cloud service, the data hider applies the prediction error rearrangement (PER), the optimal threshold selection (OTS), and the multi-threshold labeling (MTL) methods to obtain a compressed version of the encrypted image and embed secret data into the vacated room. The receiver can extract the secret, restore the cover image, or do both according to his/her granted authority. The proposed MTL labels blocks of the encrypted image with a list of threshold values which is optimized with OTS based on the features of the current image. Experimental results show that labeling image blocks with the optimized threshold list can efficiently enlarge the amount of vacated room and thus improve the embedding capacity of an encrypted cover image. Security level of the proposed scheme is analyzed and the embedding capacity is compared with state-of-the-art schemes. Both are concluded with satisfactory performance.     

同态公钥加密系统的图像可逆信息隐藏算法

同态加密技术在加密信息、对信息进行隐私保护的同时,还允许密文数据进行相应的算术运算(如云端可直接对同态加密后的企业经营数据进行统计分析),已成为云计算领域的一个研究热点.然而,由于云存在多种安全威胁,加密后信息的安全保护和完整性认证问题仍然突出.另外,信息在加密后丢失了很多特性,密文检索成为了云计算需要攻克的关键技术.为了实现对加密图像的有效管理及其安全保护,本文提出了一种基于同态加密系统的图像可逆信息隐藏算法.该算法首先在加密前根据密钥选择目标像素,并利用差分扩展DE(Difference Expansion)的方法将目标像素的各比特数据嵌入到其它像素中.然后,利用Paillier同态加密系统对图像进行加密得到密文图像.在加密域中,利用待嵌入信息组成伪像素,加密后替换目标像素,完成额外信息的嵌入.当拥有相应的密钥时,接收方可以分别在密文图像或明文图像中提取出已嵌入的信息.当图像解密后,通过提取出自嵌入目标像素的各比特数据来恢复原始图像.实验仿真结果表明,该算法能够在数据量保持不变的前提下完成同态加密域中额外信息的嵌入,信息嵌入快速高效,并可分别从加密域和明文域中提取出嵌入的信息.     

结合Kd-树和熵编码的密文图像可逆数据隐藏

目的 密文图像可逆数据隐藏技术既可以保证载体内容不被泄露,又可以传递秘密信息,在军事、医疗等方面发挥着重要的作用。然而,以往的大多数方法存在图像冗余未被充分利用、数据嵌入容量不足等问题。为解决这些问题,提出了一种结合Kd-树和熵编码的高容量密文图像可逆数据隐藏算法。方法 该方法在图像加密之前需要对图像应用中值边缘检测(median-edge detector,MED)算法计算预测误差,并把得到的预测误差绝对值图像划分为两个区域:S0区域和S1区域。根据Kd-树标签算法和熵编码生成辅助信息,在对图像使用加密密钥K_e加密之后嵌入辅助信息,生成加密图像;在秘密数据嵌入阶段,根据附加信息和数据隐藏密钥嵌入秘密数据,生成载密图像;在解密阶段可以根据附加信息、图像加密密钥和数据隐藏密钥提取秘密数据并无损恢复图像。结果 实验测试了BOWS-2(break our watermarking system 2nd)数据集,平均嵌入容量为3.910 bit/像素。与现有的几种方法进行比较,该算法可以获得更高的秘密数据嵌入容量。结论 该方法在图像加密前腾出空间,与相关算法相比,实现了更高的嵌入容量,并且可以实现原始图像的无损恢复。     

自适应的密文彩色图像可逆数据隐藏算法

为了提高直方图平移算法嵌入率和图像感知质量,提出一种自适应的密文彩色图像可逆数据隐藏算法。利用Logistics混沌置乱加密算法对彩色图像进行加密;对加密后的图像块根据设定的波动阈值自适应地分成平滑块和陡峭块;对平滑块进行高平面位比特替换,对陡峭块进行直方图平移和多比特位嵌入来提升嵌入率和图像质量。实验结果表明,该算法具有较高嵌入容量且感知质量较好,当嵌入率为1.142bpp时,峰值信噪比可达35dB以上,并且抵抗噪声、剪切攻击时鲁棒性较好。