针对云环境下加密图像的信息隐藏算法的制作方法

本发明涉及云计算环境中图像信息的安全技术领域。

背景技术：

云存储环境中，图像所有者为了保证图像信息的安全和自己的隐私，通常情况下选择先将图像加密后再上传至云服务器，而服务器在不知道图像信息的情况下，需要对图像信息进行隐藏，接收方收到的是隐藏后包含嵌入信息的密文图像，能够提取信息并恢复原图，所以在密文图像信息隐藏需要进一步研究；并且这项研究在云计算环境下，对于信息的存储和传输安全有很高的价值。

在现有技术中，有利用图像像素之间的相关性，通过修改和压缩LSB来实现信息嵌入，奇异值分解(SVD)，能够很好的表现出图像内的代数特性，在图像处理中，特别是水印方面有很好的运用意义，比如有方法将奇异值分解结合离散小波变换，提出一种彩色图像自适应算法，对水印的透明性和鲁棒性有很好的协调性；同时奇异值分解的精度比较高，本方法将其应用到加密图像的信息隐藏中，发明了一种云环境下，基于奇异值分解的图像密文图像信息隐藏方法。

技术实现要素：

本发明提出了加密图像在云环境下的信息隐藏算法，本算法基于奇异值分解，云端执行对密文图像某些比特面的奇异值分解，并保存灰度字典，然后将数据嵌入到原来的比特面中来实现信息的隐藏。

本发明所采用的技术方案是：针对云环境下加密图像的信息隐藏算法，过程如下：该方法分为密文图像生成、图像隐藏两部分内容，具体如下：图像拥有者利用加密密钥key₁对图像加密，密钥自己保留，密文图像上传到云端信息隐藏模块后密文图像首先被分解为多层LSB层和MSB层，其中MSB层保留，LSB层进行奇异值分解，在分解后的矩阵中利用嵌入密钥key₂进行信息嵌入，然后在与MSB层合并形成嵌入信息后的密文图像，实现信息的隐藏，然后这些包含了嵌入信息的密文图像可以发送到接收者，再按照方案进行解密还原出原始图像。

本发明的有益效果是：在云传输和云存储环境下，在满足隐藏信息视觉不可见性的要求下，本发明在高嵌入率下依然能保持还原图像的低信噪比，嵌入量可以灵活调整，对于没有或者部分持有加密密钥和嵌入密钥的浏览者，是无法恢复原始图像信息的，也就是图像所有者在不需要暴露加密密钥的情况下，进行后续运算，充分保障了信息的隐私安全。

附图说明

图1表示信息隐藏流程图

图2表示图像还原流程图

具体实施方式

以下，结合附图对本发明进行详细说明。

一、密文图像生成

设图像F，其大小为m×n，F的像素点为F(i，j)在F的灰度图像中，B_i，j有8个比特，分别为B_i，j，0、B_i，j，1、...、B_i，j，7，将其表示为：

其中k表示8个比特的位置信息，k＝0,1,…，7

(1)、对图像进行加密处理，使用加密密钥key₁产生长为m×n×8的伪随机序列S：

0≤i≤m-1；0≤j≤n-1；

(2)、将图像F的原始比特位和伪随机序列进行异或运算：

将C_i，j，k转换为十进制数，得到加密后的密文图像M_F：

通过信道将密文图像发送到云端服务器信息隐藏模块，图像所有者保留密钥key₁，由于云端没有密钥，所以无法得到原始图像，隐私得到保障。

二、图像隐藏

云端信息隐藏模块在接收到密文图像后，开始对图像进行隐藏处理。

(1)、图像分层

首先，将密文图像按照最高和最低比特位分为三层(或者两层，依据恢复图像的信噪比要求选择)LSB层和MSB层；MSB层暂时保留，不做处理；LSB层进行奇异值分解。

(2)、奇异值分解

将三层LSB层分为m×n大小的图像块(本方法为4×4大小)，将每一块G_i的三层LSB层转化为十进制数中的0～7，得到一个4×4整数矩阵P_i，对矩阵进行奇异值分解：

得到U_i和矩阵，将他们作为原始密文矩阵P_i的恢复字典存储在云端，由于云端没有密文图像的密钥key₁，所以不用进行加密。

由于奇异值矩阵E_i是对角矩阵，其中元素并不全为整数，但是通过软件分解出的酉矩阵精度达到0.001，取整后变化十分微小，所以对E_i取整；取整后得到E′_i矩阵相对于图像密文矩阵P_i，有很多的元素为0，这些元素所在位置就可以嵌入信息。按分块的顺序将所有的恢复字典存放在云端，而把所有奇异值发送给信息隐藏模块；虽然这些奇异值是用来恢复密文图像的，但是信息隐藏模块没有密钥key₁，所以奇异值也不用进行加密处理。云系统接收到这些奇异值后，对于每一个4×4的图像块，只有4个值被保留，相当于原来图像信息被压缩，产生很多值为0的空位，这些空位进行嵌入容量＝4×4矩阵的比特位数减4个奇异值所占用的比特位数。

由于本方案是直接对密文的比特位进行处理，所以对于所有像素值为[0，255]的灰度图像，固定分块大小和比特层数之后，嵌入信息的长度都是一样的。

(3)、信息嵌入

将奇异值转换为二进制的比特序列，与需要嵌入的信息合并，得到三层LSB层，使用密钥key₂对每一层的比特面进行置乱处理，得到新的三层LSB层，然后与首次分层的MSB层合并得到包含嵌入信息的图像G′_i，将图像块合并得到新的密文图像M′_F，存储或者发送给接收者。

通过以上过程，实现了云环境下，密文图像信息的隐藏，图像拥有者隐私得到保障。此种隐藏方法是半无损甚至是无损的，护肤后的图像信噪比较其他方法更低。

(4)、信息恢复

接收者或者其他第三方想获得图像的方法是同时拥有密文密钥key₁和嵌入密钥key₂才能准确的复原图像，复原过程可见附图2，首先将密文图像M′_F分块，对应当前块G′_i，得到三层LSB层，根据嵌入密钥key₂，提取出三层LSB层的奇异值所对应的字节和嵌入的字节信息，将这些字节信息转化为整数奇异值矩阵E′_i，发送至云端，云端将E′_i与存储的U_i和矩阵作为奇异值分解

得到对应当前密文块G′_i的十进制数矩阵P′_i，然后恢复为G′_i的三层LSB层，重复处理每一块，然后将这些信息发送到接收方，接收方利用key₁与MSB层结合完全恢复图像，得到原始图像。

整个过程，除了图像拥有者和合法接收者拥有密钥key₁和key₂，可以恢复原始图像外，第三方没有完整的密钥信息，不能完全恢复原始图像，图像拥有者隐私信息安全得到保障。