一种密文域多比特可逆信息隐藏方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及信息隐藏、信息加密与密文域数据处理技术，具体为一种密文域多比 特可逆信息隐藏方法。
【背景技术】
[0002] 信息隐藏自20世纪90年代诞生W来，在信息安全领域发挥的作用日益增强。但是 多数隐写算法在嵌入隐秘信息的同时，永久性地损坏了原始载体信号中的数据，引入了一 定的失真。但是运些失真在一些对数据认证要求较高，同时需要无失真恢复出原始载体的 应用场合是不可接受的，如远程医学诊断、云环境下的加密数据标注、军事与法律事务中 等。在军事，医学等领域中，不仅隐秘信息具有极高的价值，同样原始载体信号也是不可或 缺的。例如，对于医学图片任何一处修改都可能成为医疗事故诉讼中的关键，唯有保证在提 取隐秘信息后能够无损还原原始图片，才能避免引起的不必要的麻烦;对于军事图像，可逆 信息隐藏技术的意义更为明显，如遥感图像在军事领域中具有很高的价值，如果在嵌入信 息的过程中，损坏了原始图像导致重要信息丢失，那么引起的后果是难W估计的。在司法领 域、用户权限多级管理领域，其同样具有很好的发展前景。为了保证载体信号可W被无损还 原出来，可逆信息隐藏的概念被提出，要求在提取隐藏信息后可W无差错恢复出原始载体。
[0003] 可逆信息隐藏根据载体是否加密分为密文域与非密文域可逆信息隐藏，其中密文 域可逆信息隐藏是指用于嵌入的载体图像是经过加密的，嵌入信息后仍然可W无差错解密 出载体图像的技术。加密是当前隐私保证与信息安全的重要手段之一，信息加密成密文呈 现的是混乱无序、无意义的状态，未授权者只能看到随机的噪点信号，而无法获取明文的真 实信息。但是现在越来越需要能够直接对加密数据进行管理。例如存储在远程云端的数字 图像，为了隐私保护，通常对图像进行加密存储，信息隐藏技术可W通过在宿主中嵌入额 外的信息，如用户信息、版权信息等来方便地管理运些密文;在医学影像中，图像被加密用 来保护病人的隐私，同时可W在密文图像中嵌入病人的病历或个人信息用于档案资料的管 理;在保持加密图像的完整性时，计算加密图像的哈希值、循环冗余校验码(CRC)或其他纠 错信息并直接嵌入到加密图像中去。因此，密文域可逆隐写对于云环境下的重要信息可W 起到双重保险的作用，密文域可逆信息隐藏作为加密信号处理与隐写技术的结合，是当前 云环境隐私数据保护的研究热点之一。
[0004] 现有的密文域可逆信息隐藏方法中，可分离的可逆隐写更强调了用户提取隐藏信 息与可逆恢复载体数据两过程的可分离，运点对于用户的隐私保护与云环境下信息安全与 数据管理具有更大实用意义。但是现有的密文域可逆信息隐藏技术在实现可分离隐写的前 提下，有效保证数据大容量嵌入、载体数据可逆恢复、不可检测性等方面存在诸多难点与问 题，因为现代加密算法要求明文的极小改变也将扩散到整个密文空间，而可逆算法的设计 往往独立于加密算法，使得嵌入过程中修改的加密数据越多，解密结果失真会越大。另外加 密数据具有统计意义上均匀分布的特性，现有的密文域可逆隐写算法在保证嵌入前后统计 特征不变，即抵抗隐写分析能力方面的研究还比较初级。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种能够满足可分离隐写的前提下，有 效保证数据大容量嵌入、载体数据可逆恢复和嵌入信息不可检测性的密文域多比特可逆信 息隐藏方法。
[0006] 本发明是通过W下技术方案来实现：
[0007] -种密文域多比特可逆信息隐藏方法，包括如下步骤，
[000引步骤一，参数设置与数据预处理；
[0009] 1.1构造多项式环巧,= C/W >，其生成的多项式为f (X) =xD+l;其中，q> 2n2，n = 2k，k为选取的一个安全参数且k > 1，k为自然数；
[0010] 1.2将明文消息通过随机序列rale {0,1}进行随机置乱，将B进制数的隐藏信息通 过随机序列ra2 e {0，1}进行随机置乱，其中，B为2的整数幕；
[0011] 步骤二，加密与信息嵌入；
[0012] 2.1根据随机选取的一个环多项式向量，与随机序列rale {0，1巧日随机序列ra2e {〇, 1}分别得到私钥中的解密密钥和隐写密钥；
[0013] 2.2根据随机选取的另一个环多项式向量，与在多项式环上生成的系数符合离散 高斯分布的环多项式，W及私钥生成得到公钥；
[0014] 2.3根据选取随机分布的多项式，W及在多项式环上生成的系数符合离散高斯分 布的环多项式和环多项式向量，使用公钥对置乱后的明文消息进行加密，得到加密密文；
[0015] 2.4将整个多项式环依次均匀的划分为I、n、虹和IV区域，各区域平均量化为B个 子区域;子区域的编号依次为〇，1，2,...，B-1;根据由加密密文和私钥得到的原始量化多项 式;通过修改加密密文完成信息嵌入；
[0016] 具体的，在同一个区域内，修改量化多项式中的系数，由其本身对应的子区域改变 到编号为隐藏信息数值的子区域，得到修改后的系数，完成加密密文的修改；
[0017]步骤立，解密与信息提取；
[0018] 根据由嵌入信息后的密文和私钥得到的嵌入后量化多项式，根据嵌入后量化多项 式系数的在多项式环上取值所在的不同区域;其中区域I和IV对应明文为0,区域n和I!!对 应明文为1，确定得到随机置乱后的明文，完成解密；
[0019] 根据由嵌入信息后的密文和私钥得到的嵌入后量化多项式，根据嵌入后量化多项 式系数的在多项式环上取值所在的不同子区域;根据子区域的编号对应隐藏信息数值，确 定得到随机置乱后的隐藏信息，完成信息提取。
[0020] 优选的，步骤一中，明文消息记为Ple {0,1}，隐藏信息记为mee {0,1};将Pl与随 机序列ralE{(U}异或生成用于加密的序列，并编码为环多项式m，并且环多项式m=m〇+虹X +. . .+mn-ixn-1，其系数HH e {0，1} ;me与随机序列ra2E {〇，U异或生成用于嵌入的序列，并编 码成系数为B进制数的用于嵌入的环多项式Sm= smo+smix+. . .+smn-ixn-i，其系数smie {0,1， 2,...,B-1}。
[0021] 优选的，步骤二中，解密密钥为(S，ral)，隐写密钥为(S，ra2);其中，S为随机选取 的一个环多项式向量，S E巧；^其中，表示(1维的环多项式向量空间，向量5的维数为(1， 其每个分量是一个Rq上的环多项式。
[0022] 进一步，步骤二中，公钥为(AF = ^?S + e)，其中，A为随机选取的另一个环多项 式向量，e为公钥生成噪声，e ERq, e中各系数服从X分布，所有噪声的分布统一记为 义 = 歹w，噪声分布的标准差a = o(^/^l雌リ/如，其中梦。4 = {「與」m〇dg|x~7V(〇，a2)}， 「qx」表示对qx取整。
[0023] 再进一步，步骤二中，密文为（《. = + 其中，d = O (Iogq)为环上多项式向量维数，X ERq为选取随机分布的多项式，ei加密噪声多项式，62为加 密噪声多项式向量，eiERq，& ，ei和62的系数服从X分布。
[0024] 再进一步，步骤二中，信息嵌入后的密文为(U,CS)，CS = CS0+CS1X+. . .+CSn-lXn-l，其 中，c'A ='￡?.卞声.'b '
( 0 , 1 '?成；& = c ,h = h〇+hix+. . .+hn-ixn-i;bt = (0〇，&，&，. . .，0n-l)，权￡{-1，1}用于确定嵌入过程中密文改变的正负；
[0025] 当Ive供[《/4」)1|心/2扎3《/4」)时，
[0026] Pi = 1;当 h,' € (k/ 4」，|_皆'。」)U 13兮 M」，汾时，= -1;
[0027] b=(b〇，bl，b2, . . .，bn-l)，bi的绝对值表示密文多项式中对应系数的改变量，定义 函数:Ui = L(X)，ie {0,1，. . .，B-1}，xeZ,/，表示置中元素 X位于子区域i;
[002引 贝 Ij:
[0029] bi = snu-L(hi)，bie{-B+l，-B+2，. ，8-^表示密文多项式中对应系数改 变量。
[0030] 再进一步，步骤S中解密时，
[0031] 解密密钥为（S，ral)，得到嵌入信息后的密文为(u，cs)，得到嵌入后量化多项式