基于差值压缩与同态加密的密文图像可逆信息隐藏算法

摘要

随着云计算、移动互联网以及智能终端的兴起与普及，公共云平台成为数据存储和计算服务的重要提供者，越来越多的用户将多媒体数据存储到云端服务器。为了保护个人隐私与数据安全，在上传多媒体数据到云端前，用户往往希望能对其进行加密，但这不利于数据的进一步处理，如数据压缩、数据存储和信息检索等。为此，研究人员设计密文域信号处理技术，包括密文压缩、外包计算、密文检索和密文信息隐藏等技术。当前，如何在保护图像所有者隐私的前提下实现密文图像的标注、存储查询与使用管理是密文图像信息隐藏研究的热点问题。本文以密文图像为研究对象，利用差值压缩、同态加密和直方图平移等技术，研究密文图像可逆信息隐藏算法，主要研究工作概括如下。 一、设计基于差值压缩的密文图像可逆信息隐藏算法 该项工作的主要贡献有两点：（1）提出了一种基于图像块的图像加密方法，该方法能将明文图像相邻像素间的空间相关性迁移至密文图像；（2）设计了一种基于差值压缩的密文图像压缩方法，该方法能利用像素相关性高效地压缩密文图像。具体而言，在嵌入信息时，该算法先使用图像分块加密方法对图像进行加密，生成密文图像；接着对密文图像进行块差值压缩与块分类操作以确定可用图像块；然后以块为单位完成结构信息与秘密信息的嵌入；最后再完成辅助信息的嵌入。在提取信息时，先提取辅助信息，再以图像块为单位完成信息的提取与密文图像的恢复。实验结果表明该算法具有较大的嵌入容量，各方面性能均可满足大容量密文图像可逆信息隐藏的需求。 二、建立基于块像素差值直方图平移的密文图像可逆信息隐藏算法 该项工作的主要贡献有两点：（1）提出了一种基于同态加法特性的图像加密方法；（2）设计了一种基于块差值直方图平移的嵌入方法，能高效地完成信息嵌入。具体而言，在嵌入信息时，该算法先进行保持同态加法特性的加密操作，生成密文图像；然后构造块像素差值直方图，并利用直方图平移技术完成秘密信息与辅助信息的嵌入。在信息提取时，先提取辅助信息，再进行逆直方图平移完成信息的提取与密文图像的恢复。实验结果表明该算法在嵌入率、视觉质量和运行时间等方面的性能均优于多种文献算法。

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.2.1 图像加密技术

1.2.2 明文图像可逆信息隐藏技术

1.2.3 密文图像可逆信息隐藏技术

1.3 图像可逆信息隐藏的评价指标

1.4 本文研究内容

1.5 本文结构

第2章 基于差值压缩的密文图像可逆信息隐藏算法

2.1 算法描述

2.2 图像加密

2.3 差值压缩

2.4 信息嵌入

2.4.1 块分类

2.4.2 结构信息与秘密信息嵌入

2.4.3 辅助信息嵌入

2.5 信息提取与图像恢复

2.6 实验结果

2.6.1 信息嵌入结果

2.6.2 分块大小对算法性能的影响

2.6.3 安全性分析

2.6.4 性能对比

2.7 本章小结

第3章 基于块像素差值直方图平移的密文图像可逆信息隐藏算法

3.1 同态加密系统

3.2 算法描述

3.3 图像加密

3.4 信息嵌入

3.4.1 块分类

3.4.2 直方图平移与信息嵌入

3.4.3 辅助信息嵌入

3.5 信息提取与图像恢复

3.6 实验结果与分析

3.6.1 信息嵌入结果

3.6.2 分块大小对算法性能的影响

3.6.3 安全性分析

3.7 性能对比

3.8 本章小结

第4章 总结与展望

4.1 总结

4.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的科研工作及获奖情况

致谢

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