基于（k, n）门限的用户友好的可视秘密共享方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到信息安全技术领域，是一种信息隐藏的可视秘密共享方法，称为 (k，η)门限的用户友好的可视秘密共享方法，可用于图像保护，图像共享，图像实时传输等。
【背景技术】
[0002] 1979年，Blakley和Shamir分别提出了秘密共享的概念。秘密共享方法是将秘密 分成不同的份额，其中任意的大于等于特定数量的份额可以恢复出秘密，反之则不能。由于 图像在生活中广泛的使用，1995年，Naor和Shamir把秘密共享方法引入到图像处理领域， 并提出了第一个可视秘密图像共享方法。可视秘密共享方法将秘密图像分成不同的份额， 其中任意大于等于特定数量的份额可以恢复出秘密图像，反之则不能。秘密图像共享方法 为秘密图像在传输或存储过程中的安全性提供了一种有效的方法，尤其是在军事，商业，金 融等领域。秘密图像共享方法现在分为两种。第一种是可视秘密共享，即将一定数量的份额 叠加在一起便可以通过视觉看出秘密图像。第二种是可计算的秘密图像共享，即通过计算 机处理一定数量的份额才可以恢复出秘密图像。由于可计算的秘密图像共享需要很复杂的 算法和操作，而且恢复过程很复杂，所以可视秘密共享获得了大量的研究。在前期的可视秘 密共享中，将秘密图像转换成的份额是有像素膨胀的，转换之后的图像的尺寸比原图像大 得多。由于像素膨胀的存在，使得秘密图像不可能被无失真的恢复。1987年，Kafri和Keren 提出基于随机网格的可视秘密共享方法，但是当时没有引起足够的重视，2006年之后，很多 方法开始使用基于随机网格的可视秘密共享方法，这种方法既没有像素膨胀也不需要制作 复杂的编码本。但是这种方法在产生共享图像的过程中，由于所产生的共享图像均为无意 义的随机网格图像，所以容易引起攻击者的注意，进而破坏共享图像或者泄露秘密图像，同 时恢复后的秘密图像对比度也不高。同时很多人提出的了基于门限方案的可视秘密共享方 法和一般访问结构的可视秘密共享方法，从安全性和适用范围扩展了这一方法，但是由于 产生的随机网格的图像无意义，安全性仍然有缺陷。2011年之后，基于用户友好的可视秘 密共享方法第一次被正式提出，将秘密图像产生的随机网格图像嵌入封面图像中，从而形 成有意义的份额，成为用户友好的方法。与单一的随机网格图像相比，用户友好的共享图像 在恢复后的视觉效果上与共享图像一模一样，因此它可以防止引起恶意攻击者的注意和破 坏。但是该方法只适用于（n，n)的门限方案，而且叠加之后图像对比度特别低，图像颜色特 别黑。在用户友好的可视秘密共享方法中，对比度是一个衡量性能好坏的重要指标，一般有 共享图像对比度和恢复后秘密图像的对比度两个系数，一般情况下共享图像越多，恢复后 的秘密图像对比度越低，黑色像素也越多。
[0003] 文南犬"Thresholdvisualsecretsharingbyrandomgrids.TheJournalof SystemsandSoftware, 2011，84 (2011) 1197 - 1208. " 提出了一个（k，n)门限的基于随机 网格的可视秘密共享方法，使可视秘密共享方法在传输的安全和防欺骗上得到提升，其中k 代表门限值即解密所需最少参与者数，η代表共享图像数即参与者人数，其中η。该方 法的主要步骤是：第一，参考传统基于随机网格的可视秘密共享方法，并且对秘密图像的像 素进行操作；第二，根据采用的随机网格方法，对秘密图像的像素进行操作，产生k个所要 求的像素；第三，剩余的n-k的像素按照掷硬币的方法决定其像素值；第四，将所求出的η 位像素随机分配给η幅图像，且每幅图所选择的空间位置必须一致；第五，继续完成上述操 作，直到所有秘密图像的像素都被取出，最终得到η幅随机网格图像，且至少k幅图像叠加 才能得出秘密图像。但是，该方法存在一些缺陷：第一，该方法的对比度很低。该方法由于 使用随机取得n-k像素，导致叠加图像之后的对比度特别低。第二，该方法安全性特别低， 随机产生的随机网格都是无意义的，不方便管理，这在传输和存储过程中很容易引起恶意 攻击者的注意，从而破坏图像的完整性，导致无法恢复出秘密图像，有时甚至会被盗取共享 份额，造成秘密图像泄漏。
【发明内容】
[0004] 本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于（k，η)门限方案的用户 友好的可视秘密共享方法，将该方法应用于灰度图中，以增强可视秘密图像的应用范围，提 高图像的传输和存储的安全性。
[0005] 实现本发明目的的主要技术原理是：
[0006] 首先利用直方图均衡化达到提高最终有意义的共享图像以及恢复后秘密图像对 比度的目的。具体方法是对图像分块处理，对分块后的图像的每一块的平均灰度等级进行 等效相似，求出与图像每小块灰度等效的灰度等级，提高共享之后的封面图像的对比度。采 用抖动方式进行灰度图像的半色调处理，产生抖动矩阵，该方法速度快，可以扩展该方法应 用到灰度图中。同时与（k，η)门限方法结合，并结合上述两种方式处理封面图像和秘密图 像，得到最后的有意义的共享图像，达到共享图像用户友好以及恢复后秘密图像的对比度 提尚的目的。
[0007]根据以上原理，该方法实现步骤包括如下：
[0008] (1)将要保护的二值秘密图像S进行（k，η)随机网格加密，得到k幅基础共享随 机网格图像，然后根据掷硬币的方法生成剩余的n-k幅基础共享随机网格图像，总共得到η 幅基础共享随机网格图像，其中k是门限值，η是参与者的数量；
[0009] (2)输入η幅灰度封面图像，首先将每幅灰度图像分成大小相同的小块，利用直方 图均衡化处理图像小块，再对每一图像小块的平均灰度等级进行等效相似，得到与每一图 像小块等效的灰度等级；
[0010] (3)对经步骤（2)直方图均衡化处理后的封面图像小块进行抖动半色调处理，首 先产生抖动矩阵，根据抖动矩阵，求出半色调处理后的封面共享图像；
[0011] ⑷设置堆叠比率δ，其中〇彡δ彡1，将步骤⑴产生的基础共享随机网格图像 和步骤（3)产生的封面共享图像先分块处理，将分块处理后的图像进行堆叠处理，生成用 户友好的最终共享图像。
[0012] (5)将步骤（4)中生成的η幅最终共享图像取出任意大于等于k幅最终共享图像 将他们叠加，得到恢复后的秘密图像。
[0013]本发明步骤（2)所述的利用直方图均衡化处理封面图像方法，按如下步骤进行：
[0014]2a)将封面图像Q，C2，…，Cn均转换分解为大小为hXw的像素小块，且hXw最小 不能小于2 ;
[0015] 2b)设Du为封面图像q的第j个数据块，求取同时满足公式⑴和⑵的β，令 Di,,的级数等于β，
[0016] β彡d彡β+1 (1)
[0018] 其中，Du代表在原封面图像Ci的第j个数据块，Du的平均灰度级为d，公式中4 代表的是在原始图像Q中灰度级为k的像素个数，βe{〇，l，...，hXw-l}是所有级数的 值，其值由分块的大小决定，其中1彡i彡n，1彡j彡（rXcV(hXw);
[0019] 2c)当所有分块的级数由步骤2b)中公式求出之后，标签矩阵Li，L2，…，Ln分别由 对应的封面图像心，C2，…，Cn获得，大小为（rXcV(hXw)，存储所有在封面图像q的分块 的级数，对图像分块处理，对每一块的平均灰度等级进行等效相似，求出与图像每小块hXw 灰度等效的灰度等级，其中i= 1，2,…，η。
[0020] 本发明步骤（3)中利用抖动矩阵进行半色调处理方法按如下步骤获得：
[0021] 3a)利用原始灰度封面图像(^，(：2，…，Cn重建η个抖动矩阵MuM2，…，Μη，尺寸为 hXw，抖动矩阵仏中的像素为Μ，其中t= 1，2,…，η，1彡i彡h, 1彡j彡w;
[0022] 3b)如果步骤⑵所求的标签矩阵1^的像素值L^j彡Mij，在j的坐标 (i，j)位置取黑色像素，否则在Pu的（i，j)位置取白色像素，其中t= 1，2,…，n， l^i^h,l^j^w；
[0023] 3c)结合所有半色调模式Pi,j产生最终所求的半色调图像，1 <i<r，1 <j<c 进而求出所有分块封面共享图像Pt，其中t= 1，2,…，η;
[0024] 3d)将分块矩阵转换为原始矩阵Pi，依次转换为最终大小为rXc的η个矩阵作为 所求的封面共享图像，其中i= 1，2,…，η。
[0025] 本发明与现有方法相比具有如下优点：
[0026] 1.由于本发明使用抖动半色调技术，因此可以将（k，n)方案应用到灰度封面图像 中，提尚方案的图像应用范围；
[0027] 2.由于本发明使用了直方图均衡化，获取更