面向多应用场景的加密图像可逆信息隐藏方法研究

摘要

现如今云存储十分流行，大大节约本地空间。然而数据外包存储也会导致个人企业的隐私泄漏。用户为了保护隐私信息，以图像为例，可以对其“加密”。而云端在接收到密文图像后，为了方便密文图像的管理查询、所属方认证以及保障原始数据真实性，可以嵌入用户ID以及认证标注等水印信息。在向密文图像嵌入水印信息后，云端不能对图像造成永久失真，需要同时保证水印信息的正确提取和密文图像的无损复原。
　　加密图像可逆信息隐藏技术，能够在密文图像中进行水印信息的嵌入，并能确保在水印正确提取后，可以无损地重构出密文图像，同时能正确解密得到明文图像，保障用户数据的完整性、真实性。已有的方法只针对云端嵌入不可视水印展开研究，云端采用的可逆隐藏技术必须与发送方（接收方）采用的加密（解密）技术对应，这在现实场景中不太适用。不仅如此，已有的方法没有考虑到以下场景:(1)云端被认为是“半诚信式”的，用户也需要嵌入水印对数据进行完整性真实性认证;(2)云端需要嵌入可视水印例如公司LOGO、用户信息，从而可以更加轻松地识别出密文数据的所属方。
　　本文全面考虑上述多种场景，对不同场景下的加密图像可逆信息隐藏技术进行研究，内容列举如下:
　　1.基于嵌入混乱相结合的用户端可逆信息隐藏算法
　　论文针对用户端嵌入不可视水印的场景，面对既要加密图像内容，又要实现大嵌入率下的可逆信息隐藏的两个要求，首先精准预测像素降低预测误差的信息量，而后在进行信息嵌入过程的同时混乱图像内容，严重破坏图像内容质量，达到加密目的。论文提出的局部线性预测模板，预测效果精准，使得大量嵌入信息成为可能。
　　2.基于可逆图像变换的云端密文域可逆信息隐藏算法
　　论文针对已有的云端嵌入不可视水印场景下的方法缺陷，提出一种与“用户端无关”的云端密文域可逆信息隐藏算法，具有实际应用价值。该方法以可逆图像变换为基础，将被保护的明文秘密图像以另外一幅明文目标图像为参照进行变换，得到与目标图像内容相近的明文变换图像，秘密图像语义内容被目标图像内容掩盖保护。由于变换后的图像也是明文，所以云服务器端嵌入水印信息的方法可以是任意一种明文可逆信息隐藏算法，该算法独立于用户端发送方和接收方。
　　3.云端密文域可逆的可视水印算法
　　论文针对云端嵌入可视水印的场景，提出一种新颖的密文域可逆的可视水印算法。已有的可逆可视水印算法都是针对明文图像，通过记录原始图像和嵌入水印的载秘图像的差值达到可逆性。由于密文图像像素之间完全没有相关性，导致预测误差仍然是随机分布，产生的大量差值难以被可逆地嵌入到图像中。本文的做法是在原始明文图像中预留部分空间，该空间在加密后用来嵌入可视水印，从而避免差值的记录。预留空间的像素可以采用明文可逆信息隐藏方法嵌入非水印区域中，从而得以无损重构。

目录

声明

摘要

表格索引

插图索引

算法索引

主要符号对照表

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 明文图像可逆信息隐藏技术

1．2．2 密文图像可逆信息隐藏技术

1．2．3 可擦除的可视水印技术

1．3 论文的研究内容与创新点

1．4 论文的结构安排

第二章 基于嵌入混乱相结合的用户端可逆信息隐藏算法

2．1 引言

2．2 局部线性预测LLP

2．3 二维图像的嵌入混乱相结合算法

2．3．1 算法描述

2．3．2 实验结果与分析

2．4 ECG的嵌入混乱相结合算法

2．4．1 ECG存储数据格式

2．4．2 算法描述

2．4．3 实验结果与分析

2．5 本章小结

第三章 基于可逆图像变换的云端密文域可逆信息隐藏算法

3．1 引言

3．2 密文可逆隐藏框架对比

3．3 可逆图像变换

3．3．1 图像分块匹配

3．3．2 图像分块平移变换

3．4 算法描述

3．4．1 传统可逆信息隐藏嵌入信息方法

3．4．2 UES嵌入信息方法

3．5 实验结果与分析

3．5．1 可逆图像变换实验结果

3．5．2 传统可逆信息隐藏方法实验结果

3．5．3 UES方法实验结果

3．6 本章小结

第四章 云端密文域可逆的可视水印算法

4．1 引言

4．2 算法描述

4．2．1 生成加密图像

4．2．2 可视水印嵌入密文图像

4．2．3 水印提取和原始图像重构

4．3 实验结果与分析

4．4 本章小结

5．1 工作总结

5．2 未来展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果