基于LSB图像隐藏系统的设计与实现

文中运用Matlab实现了基于空域KIB（Least Significant Bit）灰度图像隐藏与提取系统。图像隐藏系统由置乱模块、加密模块和嵌入模块组成。置乱模块采用基于行列置换的置乱算法，经过多次迭代处理，将原始图像变换为灰度均衡的灰度图像，迭代的次数作为密钥一。加密模块借鉴通信系统中常用的伪随机序列加密的方法，运用软件产生m序列对置乱后的图像进行加密处理。m序列的初始值作为密钥二。经过置乱、加密后的图像进入嵌入模块，采用最低位隐藏方法将数据信息嵌入到载体图像中。图像信息提取系统则由解隐藏、解密和反置乱三部分组成。     

基于LSB图像隐藏系统的设计与实现

文中运用Matlab实现了基于空域LSB(Least Significant Bit)的灰度图像隐藏与提取系统。图像隐藏系统由置乱模块、加密模块和嵌入模块组成。置乱模块采用基于行列置换的置乱算法,经过多次迭代处理,将原始图像变换为灰度均衡的灰度图像,迭代的次数作为密钥一。加密模块借鉴通信系统中常用的伪随机序列加密的方法,运用软件产生m序列对置乱后的图像进行加密处理。m序列的初始值作为密钥二。经过置乱、加密后的图像进入嵌入模块,采用最低位隐藏方法将数据信息嵌入到载体图像中。图像信息提取系统则由解隐藏、解密和反置乱三部分组成。     

抵抗唯密文攻击的可分离加密域可逆信息隐藏

为提高密文图像安全性和算法的可逆性,提出一种抵抗唯密文攻击的可分离加密域可逆信息隐藏算法.图像拥有者将图像不重叠地分块后,采用不同密钥分别异或加密块内像素的高3位和低5位,再进行块置乱得到密文图像.信息隐藏者利用像素波动性和无损压缩技术获得较大的嵌入容量,以位翻转方式隐藏附加信息,并通过记录像素波动性实现算法的完全可逆.图像接收者既可无差错提取信息,又可无损恢复原始图像.选取Uncompressedcolor image database图像集中的图像进行实验,结果表明,在数量为20, 50, 70, 100的密文图像集上实施唯密文攻击所得流密码正确率均为50%左右,有效地提高了算法抵抗唯密文攻击的能力;与3种同类算法相比,该算法的隐藏容量分别提升了145.69%, 148.21%, 240.85%,且得到的解密图像质量均提高约5 dB.     

基于均匀置乱与可逆隐藏的双重图像保密算法

加密和隐藏是实现图像保密的2种重要方式,将加密后的图像再隐藏在一幅正常图像中,可以实现对图像的双重保密.基于传统图像置乱变换存在密钥量小和置乱效果差的缺点,提出一种图像位置均匀置乱算法,在密钥量显著提高的前提下,置乱效果得到极大改善,而且加密速度快.在此基础上,对加密后的图像进行隐藏处理.针对目前隐藏算法只保证秘密信息可恢复的特点,提出一种基于图像相邻像素对差值的可逆隐藏算法,在恢复秘密信息的同时也能准确恢复载体图像.仿真实验得出:该算法具有可行性和有效性.     

基于多混沌映射算法的图像可逆化加密仿真

原图像经过对矩阵元素随机打乱可得到加密图像,加密后的图像可以有效防止已知攻击。可逆映射可以高效地实现像素置乱,但由于离散混沌序列的初始条件较为敏感,因此像素扩散置乱难度较大。为此提出基于多混沌映射算法的图像可逆化加密方法,在图像加密过程中,采用扩散置乱和Arnold变换置乱图像,通过Logistic映射系统和Chen系统生成离散混沌序列,置乱后图像中红、绿、蓝三基色分别执行异或运算,从而输出加密图像。在图像解密过程中,分别对扩散置乱、Arnold变换以及图像加密执行逆映射,输出解密图像,完成图像可逆化加密。实验结果表明,所提方法密钥敏感性和原图与解密图像像素值分布更均匀、相邻像素相关性更低,鲁棒性更强。     

数字图像信息隐藏预处理技术研究

多图像信息合并和图像信息加密是图像信息隐藏或图像信息传输的预处理重要环节。首先,提出基于图像逐行扫描算法的思想和基于图像位平面特性的两种多图像合并与恢复算法;然后,提出基于混沌序列的像素位置置乱加密和基于异或运算的像素值变换加密的双重加密算法。理论分析和实验结果表明,这些算法实现简单、有效可行、安全性好。     

基于密文医学图像的可逆信息隐藏算法

针对现有算法嵌入容量低以及应用于医学图像时效果不稳定的问题,提出一种基于斜线分组和梯度算子的密文医学图像的可逆信息隐藏算法。算法利用按位异或操作对医学图像加密,接着对密文图像分块,每块再斜线分为4组,根据待嵌入2比特信息翻转对应像素组的最低3位有效位（3LSBs）。接收端先解密图像,然后根据信息隐藏密钥和梯度算子恢复原始图像并提取信息。实验结果显示,算法能无损地恢复原始医学图像,准确地提取嵌入信息,在分块大小相同的情况下,有更好的嵌入容量,更高的PSNR值和更低的信息提取错误率。     

基于预测误差自适应编码的图像加密可逆数据隐藏

针对现有算法中加密图像存在安全隐患,及选用编码不佳导致图像压缩率较低的问题,提出了一种基于预测误差自适应编码的图像加密可逆数据隐藏算法.图像加密阶段,设计了一种基于误差维持的图像加密算法,首先对3×3的图像块做块间置乱和像素调制加密,然后根据图像块中心像素值将非中心像素分组置乱.数据嵌入阶段,根据图像自身预测误差分布自适应编码,使用编码表对像素进行标记分类后,将编码表与附加数据共同隐藏在加密图像中生成携密加密图像.实验结果表明:加密阶段分组置乱操作,使原始图像与加密图像中特征值差异块数增多,难以确定加密前后图像中各图像块间的对应关系,提高了加密图像的安全性,且图像整体的预测误差分布保持不变;相较于现有算法,平均嵌入率提高0.49 bpp以上,且能无损提取附加数据、恢复原始图像.     

图像加密域可分离可逆信息隐藏算法的系统设计与实现

改进了一种图像加密域可分离可逆信息隐藏的算法,设计并实现了一个图像加密域的可分离可逆信息隐藏软件系统。在此系统中,内容拥有者对未压缩的原始图像使用加密密钥进行加密。然后,信息隐藏者使用信息隐藏密钥把加密图像的最低位平面进行压缩,在压缩所得的空余空间里嵌入额外数据。最后得到包含嵌入信息的加密图像：拥有信息隐藏密钥的接收方,尽管不知道原始图片内容也可以提取出隐藏信息;拥有加密密钥的接收方可以获得原始图像的近似图,但是不能提取隐藏信息;如果同时拥有加密密钥和信息隐藏密钥,那么既可以提取出隐藏信息,也可以利用自然图像的空间相关性恢复出图像的相似图像。实例测试的结果表明,算法具有嵌入容量大、操作更灵活的优点。     

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。     

密文域高嵌入率图像全位面可逆数据隐藏

目的 针对现有的加密域可逆信息隐藏算法未能充分利用图像的全部位平面的问题,提出了一种密文域高嵌入率图像全位面可逆数据隐藏。方法 对载体图像进行加密,然后将隐蔽信息嵌入到加密图像中,进行隐蔽传输,发送给接收者。本文将灰度图像的8个位平面都用来进行数据嵌入,并把每个位平面划分成不重叠的块,分为非连续块（块内像素值0,1都存在）和连续块（块内为全0或全1像素值）,按块进行重排列且将排列前的块标签嵌入到重排列图像中,使用流密码对图像进行加密。在数据嵌入阶段,提出了带修正信息的像素预测方法用于非连续块的嵌入。连续块中,保持块内右下角像素值不变,用于连续块的恢复,其他位置嵌入数据;非连续块中,对预测正确的像素嵌入数据,预测错误的像素保持不变。结果 实验过程实现了多种密文域可逆数据隐藏算法,本文进行大量对比实验,并在BOSSbase和BOWS-2数据集上进行验证,与其他方法比较,本文方法在BOSSbase和BOWS-2数据集上的嵌入率分别提升了42.1%和43.3%。结论 提出的加密图像可逆数据隐藏方案,通过对不同性质的块采用不同方法进行数据嵌入,利用图像全位面信息,使得方案能够获得更高的嵌入率,表明了本文方法的有效性。     

基于自适应MSB与差值预测的大容量密文域可逆信息隐藏算法

为提高密文域可逆信息隐藏（reversible data hiding in encrypted images,RDH-EI）的嵌入容量,提出了一种基于自适应MSB（most significant bit）与差值预测的RDH-EI方案。首先将图像进行分块,然后进行块级加密和置乱以抵抗对于加密图像的分析。在嵌入数据阶段,对于自适应MSB预测的方法进行改进,将没有嵌入数据的块,利用部分块内像素之间差值很小的特点采用自适应差值预测的方法嵌入数据,以块中左上角像素为目标像素,用于预测其他像素从而腾出更多的嵌入空间。实验结果表明,所提方法具有可逆性和可分离性,并且在自适应MSB预测方法的基础上进一步提高了嵌入容量,对于512×512大小的灰度图像,平均嵌入容量提高了大约7 445 bit。     

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.     

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。     

基于预测误差编码的加密域可逆数据隐藏算法

为提高加密图像可逆数据隐藏的嵌入容量与安全性,提出一种改进的加密域可逆数据隐藏算法。以分块加密方式保留图像块内相邻像素间的相关性,利用多元线性回归模型对图像块内特定像素进行预测,同时以位替换方式将预测误差码元和秘密信息同时嵌入目标像素中,通过差分对称编码提升编码效率并扩展嵌入空间,使得接收者在仅拥有加密密钥和嵌入密钥的情况下可无失真地恢复原始图像和提取秘密信息。实验结果表明,该算法在BOWS-2和UCID数据集上的平均嵌入率分别达到1.717和1.310 bit/pixel,在提高嵌入容量和安全性的同时实现了信息提取操作和图像恢复操作的完全分离。     

High-capacity image hiding scheme based on vector quantization

A novel grayscale image hiding scheme that is capable of hiding multiple secret images into a host image of the same size is proposed in this paper. The secret images to be hidden are first compressed by vector quantization with additional index compression process. Then, the compressed secret images are encrypted and embedded into the least-significant bits of the host pixels. To provide good image quality of the stego-image, the modulus function and the image property are employed to hide the secret bits into the host pixels and determine the number of hidden bits in each host pixel, respectively. According to the results, the proposed scheme provides a higher hiding capacity and a higher degree of security than that of the virtual image cryptosystem.     

基于多维混沌系统组合的图像加密新算法

提出了基于多维混沌系统同时对图像像素位置置乱和像素值加密的新算法。利用广义Arnold映射对图像像素位置进行置乱；利用三维Liu混沌系统产生的混沌序列得到整数密钥序列，对置乱图像像素值逐个进行加密。实验表明这种加密算法具有密钥空间大、安全性高的优越性，加密图像像素值具有类随机均匀分布特性，相邻像素具有零相关特性。     

图像空域可逆信息隐藏研究进展

可逆信息隐藏是信息隐藏技术的重要分支,它不仅能从含密载体中提取秘密信息,还能无损地还原原始载体。以图像空域为载体的可逆信息隐藏研究根据图像是否被加密可分为明文域和密文域。早期,该领域研究基本在明文域开展,在保证可逆嵌入的前提下,着重提高嵌入容量与减少嵌入失真。随着人们日益重视隐私保护和数据安全,密文域的信号处理引起广泛关注。密文域可逆信息隐藏结合加密技术和可逆信息隐藏技术,从而达到载体内容保护和秘密信息传递的双重目的。本文梳理现有的相关文献,分别对明文域和密文域的研究进行归纳与分析,按照时间先后顺序帮助理清各类方法的发展脉络及其关联。首先,概括明文域的经典方法,包括差值扩展、直方图平移、预测误差扩展和多直方图修改4种方法及其改进版本。其次,阐述密文域中基于加密后腾出空间、加密前预留空间和通过加密腾出空间3类方法的研究进展。再次,总结指出明文域的研究趋向于减少嵌入失真,而密文域的研究趋向于提高嵌入容量,其在鲁棒性及安全性方面的进展则相对缓慢。最后,结合当前研究面临的实际问题,如载体多元化、有损信道传输和安全性等,进一步展望未来的研究趋势。总之,可逆信息隐藏研究的有效性与实用性仍有待提高,面向不同应用需求时,亟需学者提出新的理论支撑与评价体系。