一种基于EMD-3的多载体密图分存和重构方法与流程

技术特征：

1.一种基于EMD-3的多载体密图分存方法，其特征在于包括以下步骤：

第1步：输入待嵌入的p比特公开图像输入待隐藏的q比特密图S＝(si,j)m×n,si,j∈{0,1,…,2^q-1-1}，其中

第2步：记S的MD5值和SHA-1值分别为16进制序列SMD5＝<m0,m1,…,m31>和SSHA-1＝<s0,s1,…,s39>，由SMD5和SSHA-1奇数和偶数索引元素构造16进制序列Sms＝<ms0,ms1,…,ms71>，从Sms抽取出It个元素构成序列Sh＝<h0,h1,…,hIt-1>，其中It为[24,70]范围内的偶数；

第3步：将Sh划分为奇数序列Sodd和偶数序列Seven，然后将Sodd和Seven映射为10进制小数G0∈[3.57,4]；

第4步：由G0和用户给定的密钥参数G1∈(0,1)产生(0,1)范围内的随机数，为消除暂态效应，将迭代的前IT＞0次结果抛弃，从第IT次开始生成随机数；

第5步：将第4步生成的6个连续随机数l0,l1,l2,l3,l4,l5∈(0,1)映射为[0,m)范围内的随机整数a,b,e和[0,n)范围内的随机整数c,d,f,其中m,n对应为公开图像的大小；

第6步：反复执行第5步，直至筛选出可用于将公开图像置乱为置乱图像的l组置乱参数ak,bk,ck,dk,ek,fk，并将置乱为其中k＝0,1,…,l-1；

第7步：由Sodd和Seven转换为10进制数G2∈(0,1)和用户给定的参数G3∈[3.57,4]生成m·n个随机数作为矩阵R＝(ri,j)m×n,ri,j∈(0,1)，在迭代时，同样将前IT＞0次结果抛弃，从第IT次开始生成随机数；

第8步：利用ri,j和G0生成9个随机数rr0,rr1,…,rr8，在迭代时，同样将前IT＞0次结果抛弃，从第IT次开始生成随机数，其中i＝0,1,…,m-1,j＝0,1,…,n-1；

第9步：将rr0,rr1,…,rr8和Sms映射为起始控制参数Starti,j∈[0,l-1]，由ri,j和G3产生3l个随机数：RR0,RR1,…,RR3l-1，其中前l个随机数映射为报数间隔序列Gapi,j＝<Ga0,Ga1,…,Gal-1>,Ga0,Ga1,…,Gal-1∈[0,l-1]，中间l个随机数映射为报数终值序列Mi,j＝<mm0,mm1,…,mml-1>,mm0,mm1,…,mml-1∈[0,l-1]，最后l个随机数作为报数方向序列Di,j＝<D0,D1,…,Dl-1>,D0,D1,…,Dl-1∈(0,1)，在迭代时，同样将前IT＞0次结果抛弃，从第IT次开始生成随机数；

第10步：将Starti,j,Gapi,j,Mi.j和Di,j作为控制参数产生l个元素的索引顺序序列Sindex＝<ind0,ind1,…,indl-1>,indu∈{0,1,…,l-1}；

第11步：记置乱图像对应位置元素构成的向量为Si,j，将长度为l的基向量Gl＝<3⁰,3¹,…,3^l-1>置乱为G′l，结合G′l将秘密像素si,j嵌入到Si,j中；

第12步：反复执行第8步～第11步，直至将秘密图像S＝(si,j)m×n的所有像素嵌入到置乱后的公开图像中，其中k＝0,1,…,l-1；

第13步：对进行逆置乱，从而将秘密图像S＝(si,j)m×n隐藏到公开图像中。

2.如权利要求1所述的一种基于EMD-3的多载体密图分存方法，其特征在于：在第2步中由SMD5和SSHA-1奇数和偶数索引元素构造16进制序列Sms＝<ms0,ms1,…,ms71>的具体方法为式(1)：

Sms＝odd(SMD5)||even(SSHA-1)||odd(SSHA-1)||even(SMD5)＝<smi>72 (1)；

在第2步中从Sms抽取出It个元素构成序列Sh＝＜h0,h1,…,hIt-1>的具体方法为按式(2)将Sms,SMD5,SSHA-1映射为初始值xinit和变换参数ainit,binit，将xinit作为式(3)的初始值x0，按式(3)将序列Stemp＝＜0,1,…,It-1>映射为索引位置序列Sx＝<x0,x1,…,xIt-1>，从而按式(4)由Sms抽取出Sh＝<h0,h1,…,hIt-1〉；

式(2)中，函数adjust()为随机整数生成函数，用于以输入随机数为随机种子筛选得到(0,len(Sms))范围内的随机整数ainit且满足gcd(ainit,len(Sms))＝1；

xn+1＝(ainitxn+binit)modlen(Sms) (3)

Sh＝Draw(Sms,Sx) (4)

式(4)中，Draw()为序列抽取函数，执行的功能是以Sx＝<x0,x1,…,xIt-1〉中的元素为索引，将Sms中的第xi个元素msxi作为序列Sh的第i个元素hi，其中i＝0,1,…,It-1。

3.如权利要求1所述的一种基于EMD-3的多载体密图分存方法，其特征在于：在第3步中将Sh划分为奇数序列Sodd和偶数序列Seven的具体方法为式(5)：

在第3步中将Sodd和Seven映射为10进制小数G0∈[3.57,4]的具体方法为式(6)，其中符号“\”表示整数除法：

在第4步中由G0和用户给定的密钥参数G1∈(0,1)产生(0,1)范围内的随机数的具体方法为式(7)，其中G0为系统参数μ，G1为初始值；

xn+1＝μxn(1-xn) (7)；

在第5步中将第4步生成的6个连续随机数l0,l1,l2,l3,l4,l5∈(0,1)映射为[0,m)范围内的随机整数a,b,e和[0,n)范围内的随机整数c,d,f的具体方法为按式(8)将l0,l1,l2,l3,l4,l5依次转换为[0,m)范围内的整数a,b,e和[0,n)范围内的整数c,d,f：

在第6步中筛选出可用于将公开图像置乱为置乱图像的l组置乱参数ak,bk,ck,dk,ek,fk的具体方法为式(9)：

式(9)中，“|”表示或，p＝gcd(m,n)为m,n的最大公因子且m＝pz1，n＝pz2。

4.如权利要求1所述的一种基于EMD-3的多载体密图分存方法，其特征在于：在第6步中将置乱为的具体方法为式(10)：

在第13步中对进行逆置乱的具体方法为式(22)：

5.如权利要求1所述的一种基于EMD-3的多载体密图分存方法，其特征在于：在第7步中由Sodd和Seven转换为10进制数G2∈(0,1)的具体方法为式(11)：

在第7步中生成m·n个随机数作为矩阵R＝(ri,j)m×n,ri,j∈(0,1)的具体方法为式(7)，其中G2为初始值，G3为系统参数μ；

在第7步中利用ri,j和G0生成9个随机数rr0,rr1,…,rr8的具体方法为式(7)，其中ri,j为初始值，G0为系统参数；

在第9步中将rr0,rr1,…,rr8和Sms映射为起始控制参数Starti,j∈[0,l-1]的具体方法为式(12)；

在第9步中由ri,j和G3产生3l个随机数：RR0,RR1,…,RR3l-1的具体方法为式(7)，其中ri,j为初始值，G3为系统参数；

在第9步中前l个随机数映射为报数间隔序列Gapi,j＝<Ga0,Ga1,…,Gal-1>,Ga0,Ga1,…,Gal-1∈[0,l-1]的具体方法为式(13)：

在第9步中，中间l个随机数按式(15)进行量化作为报数终值序列Mi,j＝<mm0,mm1,…,mml-1>,mm0,mm1,…,mml-1∈[0,l-1]的具体方法为式(14)：

6.如权利要求1所述的一种基于EMD-3的多载体密图分存方法：在第10步中将Starti,j,Gapi,j,Mi.j和Di,j作为控制参数产生l个元素的索引顺序序列Sindex＝<ind0,ind1,…,indl-1>,indu∈{0,1,…,l-1}的具体方法为式(15)：

Sindex＝fJosephus(l,Starti,j,Gapi,j,Mi,j,Di,j) (15)

式(15)中，函数fJosephus()为约瑟夫遍历的映射函数，用于按约瑟夫遍历映射中的报数先后顺序产生l个元素的索引顺序序列Sindex，其具体执行的功能是以Starti,j作为报数起始位置索引，进行l次间隔报数，由Gapi,j序列中的第u个元素Gau确定第u次间隔报数跳过的元素数，由Di,j序列中的第u个元素Du确定第u次报数的报数方向，其中Du≥0.5为顺时针，反之为逆时针，由Mi.j序列中的第u个元素mmu确定第u次报数终止值，将报数终止值对应的索引位置作为Sindex的第u个元素indu并剔除该索引位置，其中u＝0,1,…l-1。

7.如权利要求1所述的一种基于EMD-3的多载体密图分存方法，其特征在于：在第11步中将长度为l的基向量Gl＝<3⁰,3¹,…,3^l-1>置乱为G′l的具体方法为式(16)：

式(16)中，gk＝3^k,即将Gl中的第k个元素映射到索引顺序序列Sindex第k个元素对应的位置；

在第11步中结合G′l将秘密像素si,j嵌入到Si,j中的具体方法为式(17)：

S′i,j＝EMD(si,j,Si,j,G′l) (17)；

式(17)中，函数EMD()用于通过调整置乱图像对应位置元素构成的向量Si,j来嵌入秘密元素si,j，基向量G′l中的每个元素则对应为Si,j中的每个元素的权重。

8.如权利要求7所述的一种基于EMD-3的多载体密图分存方法，其特征在于：在第11步中式(17)的具体实现方法为在于包括以下步骤：

第11.1步：记G′l＝<g′0,g′1,…,g′l-1>，按式(18)计算Si,j和G′l内积模3^l值：

第11.2步：将f与秘密像素si,j比较，若f＝si,j,则不变，否则按式(19)计算si,j和f模3^l差值d，如果d＜0，d＝3^l+d；

d＝(si,j-f)mod3^l (19)；

第11.3步：记序列G′l中第k个元素indk∈Sindex，按式(20)计算f(k)，按式(21)进行调整：

式(21)中，函数功能为：若则调整继续按式(20)计算f(k)，重新按式(21)进行调整；若则调整继续按式(20)计算f(k)，重新按式(21)进行调整；

第11.4步：反复执行第11.3步，直至序列中l个元素均调整完毕。

9.一种基于EMD-3的多载体密图重构方法，其特征在于包括以下步骤：

第1步：由用户输入嵌入秘密信息的公开图像待提取秘密图像S对应的MD5值SMD5＝<m0,m1,…,m31>和SHA-1值SSHA-1＝<s0,s1,…,s39>，抽取元素数It∈[24,70],Itmod2＝0和用户密钥G1∈(0,1)，G3∈[3.57,4]以及消除暂态效应的滤除迭代次数IT＞0；

第2步：由SMD5和SSHA-1构造16进制序列Sms＝＜ms0,ms1,…,ms71>，从Sms抽取出It个元素构成序列Sh＝<h0,h1,…,hIt-1>；

第3步：将Sh划分为奇数序列Sodd和偶数序列Seven，然后将Sodd和Seven映射为10进制小数G0∈[3.57,4]；

第4步：由G0和用户给定的密钥参数G1产生(0,1)范围内的随机数，为消除暂态效应，将迭代的前IT＞0次结果抛弃，从第IT次开始生成随机数；

第5步：将第4步生成的6个连续随机数l0,l1,l2,l3,l4,l5∈(0,1)映射为[0,m)范围内的随机整数a,b,e和[0,n)范围内的随机整数c,d,f；

第6步：反复执行第5步，直至筛选出可用于将用于将公开图像置乱为置乱图像的l组置乱参数ak,bk,ck,dk,ek,fk，并将置乱为其中k＝0,1,…,l-1；

第7步：由Sodd和Seven转换的10进制数G2∈(0,1)和用户给定的参数G3生成m·n个随机数作为矩阵R＝(ri,j)m×n,ri,j∈(0,1)，在迭代时，同样将前IT＞0次结果抛弃，从第IT次开始生成随机数；

第8步：利用ri,j和G0生成9个随机数rr0,rr1,…,rr8，在迭代时，同样将前IT＞0次结果抛弃，从第IT次开始生成随机数，其中i＝0,1,…,m-1,j＝0,1,…,n-1；

第9步：将rr0,rr1,…,rr8和Sms映射为起始控制参数Starti,j∈[0,l-1]，由ri,j和G3产生3l个随机数：RR0,RR1,…,RR3l-1，其中前l个随机数映射为报数间隔序列Gapi,j＝<Ga0,Ga1,…,Gal-1>,Ga0,Ga1,…,Gal-1∈[0,l-1]，中间l个随机数映射为报数终值序列Mi,j＝<mm0,mm1,…,mml-1>,mm0,mm1,…,mml-1∈[0,l-1]，最后l个随机数作为报数方向序列Di,j＝<D0,D1,…,Dl-1>,D0,D1,…,Dl-1∈(0,1)，在迭代时，同样将前IT＞0次结果抛弃，从第IT次开始生成随机数；

第10步：将Starti,j,Gapi,j,Mi.j和Di,j作为控制参数产生l个元素的索引顺序序列Sindex＝<ind0,ind1,…,indl-1>,indu∈{0,1,…,l-1}；

第11步：将长度为l的基向量Gl＝<3⁰,3¹,…,3^l-1>置乱为G′l，结合G′l从Si,j中提取出秘密像素值si,j；

第12步：反复执行第8步～第11步，直至得到完整密图S＝(si,j)m×n。

10.如权利要求9所述的一种基于EMD-3的多载体密图重构方法，其特征在于：在第11步中从Si,j中提取出秘密像素值si,j的具体方法按式(18)计算出f，然后将f作为提取出的si,j：