[发明专利]一种基于全排列变换的加密图像数据隐藏方法

说明书

本发明提出了一种基于全排列变换技术的加密图像数据隐藏方法，可以将重要信息藏匿于加密图像中。本发明在每个大小为p×q的加密图像块中，将加密图像块划分为n个子块进行全排列生成该加密图像块的全排列列表，并通过替换图像块的排列来嵌入多位秘密数据。在接收方恢复加密块时，可以使用经过训练的矢量量化(VQ)码本从加密块的全排列列表中预测原始排列，从而恢复图像并提取信息。对于每个像素块，本发明所提出的方案把全排列技术和VQ码本相结合，可以显着提高秘密信息嵌入能力并有效减轻了接收方的硬件负担。

技术领域

本发明研究的是加密域信息隐藏领域，提出了一种基于全排列转换的加密图像数据隐藏方法，可以将重要信息藏匿于加密图像之中。

背景技术

随着云存储和云计算技术的快速发展，越来越多的用户通过基于云的社交网络应用程序来处理他们的图像。然而，一些未经授权的攻击者可能会在传输过程中截获、泄漏甚至篡改敏感图像数据，从而导致用户安全受到威胁。图像加密和数据隐藏技术的结合可以作为一种潜在的解决方案来保护信息的隐私，同时实现消息的传输。

图像加密是一种通常使用加密密钥将明文图像加密为密文图像的技术，只有拥有解密密钥的接收者才能解密图像。数据隐藏技术分为两种主要类型，可逆数据隐藏和不可逆数据隐藏。可逆数据隐藏(RDH)技术可以提取秘密数据并恢复原始图像而不会失真。不可逆数据隐藏(IRDH)只能提取秘密数据，不能无损还原原始图像。

近年来，加密图像中的可逆数据隐藏(RDHEI)变得越来越重要，RDHEI技术可以有效防止未经授权的恶意用户监视、拦截、中断和篡改所传输的数据。RDHEI方案中通常有三个假设用户：内容所有者、数据隐藏者和接收者。整个过程是内容所有者用图像加密密钥对原始图像进行加密，然后数据隐藏者将时间戳、水印和版权信息等秘密数据嵌入到加密图像中。具有数据隐藏密钥的接收器可以提取嵌入的数据，并且可以使用图像加密密钥获得解密后的图像。现有的空间RDHEI方案主要可分为两类：1)图像加密前保留备用空间(RRBE)和2)图像加密后腾出备用空间(VRAE)。图1显示了RDHEI的一般过程，并简要说明了RRBE和VRAE之间的区别。

在RRBE方案中，在图像加密之前预留了备用空间，即在明文图像中预留了备用空间。由于有意义的图像在相邻像素之间具有一定的相关性，因此可以为数据嵌入保留这些冗余空间。很明显，RRBE方案在图像加密之前需要大量复杂的预处理来压缩原始图像。但是，很难要求每个内容所有者在上传之前对图像进行特定的预处理，此时VRAE方案就是比较合适的方法。

在VRAE方案中，内容所有者只需对原始图像进行加密。用于嵌入数据的空闲空间在加密图像的过程中被释放。由于加密图像的相邻像素之间几乎没有相关性，一些早期的VRAE方案无法恢复原始图像并无损提取嵌入数据。为了提高嵌入率和避免错误，近年来提出了一些基于像素块的VRAE方案。在这些方案中，首先将原始图像划分为不重叠的块，并且每个块都使用相同的密钥进行加密。如此做法保留了块中像素之间的相关性。

发明内容

在本文中，我们提出了一种基于全排列的RDHEI方案(P-RDHEI)，可以直接应用于加密图像。在每个大小为p×q的加密图像块中，将图像块划分为n个子块进行全排列生成该图像块的排列列表，并通过替换相应索引值对应的图像块的排列来嵌入多位秘密数据。接收方可以使用VQ码本从排列列表中预测原始排列，从而恢复图像并提取信息。与传统的VRAE方案相比，所提出的P-RDHEI方案使用全排列显着提高了嵌入率，可以将0.9562bpp的秘密数据嵌入到加密图像中。提出的P-RDHEI方案在VQ码本较大的情况下可以实现无损的数据提取和图像恢复。和其他方案相比，P-RDHEI方案只需要VQ码本即可完成图像的提取和恢复功能，有效减轻了接收方的硬件负担。加密图像和嵌入的加密图像是完全加密的。由于我们提出的方案只改变了每个块中像素的顺序，原始图像的统计属性和纹理没有暴露出来。

本发明具体采用的技术方案如下：

一种基于全排列变换的加密图像数据隐藏方法，其步骤如下：