可分离的密文域可逆信息隐藏

该文提出了一种可分离的密文域可逆信息隐藏方案,通过对LWE(Learning With Errors)公钥密码算法加密后数据的再编码,在密文的可控冗余中嵌入隐藏信息。嵌入信息后,使用隐写密钥可以有效提取隐藏信息,使用解密密钥可以无差错恢复出加密前数据,提取过程与解密过程可分离。理论推导论证了本方案信息提取过程与嵌入后明文解密过程的可分离性与结果的正确性,仿真实验结果表明与现有算法相比,本方案在实现可分离的的密文域可逆信息隐藏的基础上充分保证了密文域隐写后的可逆性,并且方案的实现与原始载体种类无关,适用性较强。     

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。     

基于矢量直方图迁移的视频加密域可逆隐写方案

针对压缩域视频隐藏算法嵌入容量低、不可见性差的问题,提出了一种H.264/AVC加密域的可逆隐写方案。首先由嵌入容量和载体大小决定参考帧间隔参数,并根据需要决定是否对载体进行加密;然后,根据待嵌视频帧数生成嵌入密钥;最后通过压缩视频中矢量直方图迁移,实现运动矢量上的可逆信息嵌入。所提方案通过指定解码参考帧,克服了由于运动矢量修改而造成的失真累加效应。所提方案兼容基于运动矢量的视频加密算法,视频的解密和信息提取分别依赖解密密钥和嵌入密钥,两者之间相互分离,在视频密文域或者解密后的明文域中均能提取信息并无损恢复视频载体。信息的安全性依赖于嵌入密钥,密钥长度可以根据需要控制,最大长度等于可嵌入信息的帧数。实验表明该方案计算复杂度低,安全度高,并可以根据嵌入负载调整容量和不可见性,与BCH码可逆嵌入方案相比PSNR值提高3~5 dB,平均嵌入容量增加5~10倍。     

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.     

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.     

基于同态加密的密文域可逆信息隐藏技术研究

为了提高嵌入容量和实现解密与提取信息的可分离性,文章将希尔伯特曲线和同态加密的特性运用到密文域可逆信息隐藏中。首先,图像拥有者对原始图像进行预处理,并在加密后构造密文镜像点。然后,信息隐藏者通过同态加法对目标像素点进行秘密信息嵌入。最后,接收方不仅可以提取秘密信息,还可以无损地恢复原始图像。实验证明,文章方案不但能够实现解密与提取信息的可分离性,而且在保证图像质量的前提下,最大嵌入容量可达到69120bits.     

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。     

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.     

Separable reversible data hiding in encrypted images based on scalable blocks

This paper proposes a new separable reversible data hiding method for encrypted images. Proposed scheme employs the pixel redundancy of natural images to construct embedding space. First, cover image is divided into multiple blocks with different scales. According to the pixel average value of each block, the lowest two bits of every pixel are vacated as reserved rooms. Subsequently, the whole image is encrypted by using stream cipher and the secret messages are finally embedded into the reserved rooms by the embedding key. Proposed scheme is separable in the sense that the recipient can achieve different function by the following ways: (a) If the recipient has only decryption key, an approximation plaintext image containing the embedded information can be obtained. (b) If the recipient has only embedded key, secret messages can be extracted correctly. (c) If the recipient has both decryption key and embedded key, he can not only extract the secret messages, but recover the original cover image perfectly. Extensive experiments are performed to show that our proposed schemes outperform existing reversible data hiding schemes in terms of visual quality, embedding capacity and security performance, even if a large-scale image database is used.

     

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.     

Reversible data hiding in compressed and encrypted images by using Kd-tree

In this paper, a joint scheme and a separable scheme for reversible data hiding (RDH) in compressed and encrypted images by reserving room through Kd-tree were proposed. Firstly, the plain cover image was losslessly compressed and encrypted with lifting based integer wavelet transform (IWT) and set partition in hierarchical tree (SPIHT) encoding. Then, several shift operations were performed on the generated SPIHT bit-stream. The shifted bit-stream was restructured into small chunks and packed in the form of a large square matrix. The binary square matrix was exposed to Kd-tree with random permutations and reserving uniform areas of ones and zeros for secret data hiding. After that, a joint or a separable RDH scheme can be performed in these reserved spaces. In the joint RDH scheme, the secret data were embedded in the reserved spaces before encrypting with multiple chaotic maps. Thus, secret data extraction and cover image recovery were achieved together. In the separable RDH scheme, the secret data were embedded in the reserved spaces after encrypting with multiple chaotic maps. Since message extraction and cover image recovery are performed separately, anyone who has the embedding key can extract the secret message from the marked encrypted copy, while cannot recover the cover image. A complete encoding and decoding procedure of RDH for compressed and encrypted images was elaborated. The imperceptibility analysis showed that the proposed methods bring no distortion to the cover image because there was no change to the original cover image. The experimental results showed that the proposed schemes can perform better for secret data extraction and can restore the original image with 100% reversibility with much more embedding capacity and security. The proposed schemes significantly outperform the state-of-the-art RDH methods in the literature on compressed and encrypted images.

     

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.

     

基于位平面压缩的密文医学图像可逆信息隐藏算法

针对目前医学图像可逆信息隐藏算法嵌入容量小、需要对图像进行感兴趣区域（ROI）划分、接收方操作不灵活等缺点,结合医学图像特点,提出了一种基于位平面压缩的可分离式密文域信息隐藏算法。首先,将256级灰度医学图像分解成8个位平面,压缩高4个位平面,用峰值点像素值填充压缩后的空间,重构图像;然后,对重构的图像头部、中部、尾部分别加密;最后,在尾部根据嵌入密钥选取位置,通过直方图平移算法嵌入信息,接收方可根据密钥持有情况实现信息提取与图像恢复的可分离操作。实验结果表明,通过压缩图像预留空间来存放信息避免了辅助信息的传输,能有效提高嵌入容量,同时具有较高的安全性。     

小波域基于差分统计量直方图平移的图像鲁棒可逆信息隐藏算法

随着互联网技术的飞速发展和5G时代的到来,数字多媒体的交流和传播变得越来越便捷。为了解决网络环境下,数字图像的版权保护、完整性认证和篡改定位等问题,本文提出了一种小波域基于差分统计量直方图平移的图像鲁棒可逆信息隐藏算法,其主要思想为：1）对载体图像进行Haar小波变换;2）对变换后所得到的低频子带进行分块并计算分块的差分统计量以构造差分统计量的直方图;3）通过平移直方图将秘密信息嵌入到图像的低频子带中,并通过Haar小波逆变换得到带秘密信息的图像;4）在接收方,通过计算低频子带的分块差分统计量可以将秘密信息准确地提取出来,并且通过执行直方图平移的逆操作可以无损地还原出原始的低频子带,从而无失真地恢复出原始载体图像;5）带秘密信息的图像在遭到一定程度的图像处理操作的攻击后,被嵌入的秘密信息仍然可以被有效地提取出来,例如压缩因子为30的JPEG压缩和标准差为30的加性高斯噪声。与现有的几种鲁棒可逆信息隐藏算法相比,本文算法有更强的鲁棒性。实验结果验证了本文算法的有效性。     

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。