一种基于搜索最佳密钥的数字图像隐写方法与流程

本发明涉及一种基于搜索最佳密钥的数字图像隐写方法。

背景技术：

隐写术是利用文本、声音、图像以及视频等多媒体中的冗余和人类感官冗余，把信息隐藏在多媒体中，通过公共网络传送出去而实现了的隐蔽通信。隐写术不但隐藏了通信的内容，同时隐藏了通信的事实。由于网络上图像的大量存在以及图像数据的冗余大、可嵌入秘密信息的容量也大等特点，目前主流的隐写术是以图像为载体的。图像隐写算法的目的是把尽可能多的秘密信息嵌入图像中，并不被隐写分析者发现，因此视觉不可感知性能、抗统计检测性、隐藏容量是图像隐写系统最重要的性能。采用改进嵌入算法，或者选择适合的隐写载体，或者对秘密信息进行预处理等策略可以提高隐写系统的性能。

实验可以验证秘密信息经过des加密预处理的隐写系统，对于lsb类隐写算法，评价隐写系统抗统计检测性和安全性的指标直方图失真与相对熵有较大提升；而对于dct变化域的隐写算法、基于游程长度隐写算法、基于改进的像素差与菱形编码的隐写算法情况是不确定的。经过des加密的秘密信息嵌入到有的载体图像中，隐写系统的抗统计检测性和安全性会提升，但嵌入到有的载体图像的隐写系统的抗统计检测性和安全性反而会降低。这说明了加密后的秘密信息是具有伪随机特性的比特流，它对于有的隐写系统来讲能提高隐写系统的抗统计检测性和安全性，但对于另外的隐写系统来说反而会降低隐写系统的抗统计检测性，因此它不是最佳分布的比特流，也就是说我们无法单独判断一个比特流分布是否优劣。这种不确定其实也蕴含了提高隐写系统抗统计检测性的潜在的可能性，对于秘密信息加密预处理并没有给系统带来性能上增益，那么具有其它随机特征分布比特流可能会使隐写系统的抗统计检测性有所提高，这就必须综合考虑到隐写系统的另外两个因素：隐写算法与载体图像，提高性能的根本在于秘密信息是否充分发挥隐写算法的优势，达到与载体图像无缝融合或近似于无缝融合的最佳匹配关系，而达到这种最佳匹配关系可以通过对秘密信息进行适合的预处理。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种基于搜索最佳密钥数字图像隐写方法，该方法能优化隐写系统的性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于搜索最佳密钥的数字图像隐写方法，将原始秘密信息进行加密，然后将加密后的密文信息通过隐写算法嵌入到载体图像中，形成最终的隐写图像，其特征在于：所述原始秘密信息通过如下步骤进行加密：

步骤(1)、原始秘密信息分组：把原始秘密信息进行编码转化成长度为n的比特流，用a＝(e1,e2,…,en)表示，其中ei∈{0,1}，i＝1,2,…,n，然后把长度为n的比特流分成长度为l的k组，其中k＝n/l，分组以后的比特流a＝(a1,a2,…,ak)，其中第m组秘密信息为am＝(el(m-1)+1,el(m-1)+2,…,el(m-1)+l)，m＝1,2,…,k；

步骤(2)、生成2^l个长度为l的密钥：分别把0，1，…，2^l-1共2^l个数转化成长度为l的二进制数作为2^l个密钥，其中第x个密钥用keyx＝(ex1,ex2,…,exl)表示，其中exh∈{0,1}，x＝1,2,…,2^l，h＝1,2,…,l；

步骤(3)、对原始秘密信息加密：将原始秘密信息中的全部k组秘密信息分别用步骤(2)生成的2^l个长度为l的密钥中一个密钥进行异或加密，产生原始秘密信息的一个版本的密文信息；采用同样方法，利用其余的2^l-1个密钥分别对原始秘密信息中的全部k组秘密信息进行异或加密，得到原始秘密信息的其余2^l-1个版本的密文信息；

步骤(4)、将步骤(3)得到的2^l个版本的密文信息分别嵌入到预先给出的测试载体图像中，分别得到2^l个版本的测试隐写图像，然后根据测试载体图像来评估2^l个版本的测试隐写图像的隐写性能，得到隐写性能最佳时原始秘密信息所使用的密钥，将该密钥作为原始秘密信息的最佳密钥；

步骤(5)、将原始秘密信息与步骤(4)得到的最佳密钥进行异或加密，得到原始秘密信息的密文信息；

步骤(6)、将步骤(5)得到的密文信息作为最终进行隐写的密文信息。

作为改进，所述步骤(4)中秘密信息的最佳密钥通过如下方式获得：

步骤(4-1)、设置三个参数：测试密钥的编号j，最佳隐写性能指标ξ最佳和取得最佳隐写性能参数对应密钥的编号j最佳；将j和j最佳的初始值均设为1，最佳隐写性能指标ξ最佳的值根据测试隐写性能指标需要预先设定；

步骤(4-2)、将原始秘密信息采用第j个密钥进行异或加密，得到第j版本的密文信息；

步骤(4-3)、将第j版本的密文信息嵌入到预先选择的测试载体图像中，得到第j版本的测试隐写图像；

步骤(4-4)、通过第j版本的测试隐写图像与测试载体图像的比较，得到第j版本的测试隐写图像的评测隐写性能指标ξj，判断ξj是否优于步骤(4-1)中设定的最佳隐写性能指标ξ最佳；若ξj优于ξ最佳，则将ξj赋值给ξ最佳，并将j赋值给j最佳；否则保持现有的ξ最佳和j最佳不变；

步骤(4-5)、判断j是否小于2^l，如是，执行(4-6)，如不是，则输出j最佳后结束；

步骤(4-6)、将j的值加1，重复执行步骤(4-2)至步骤(4-5)。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在用于图像隐写的密文信息生成方法中通过搜索秘密信息的最佳密钥，这种方法具有较好的普适性，适用于每种隐写算法，经过搜索秘密信息的最佳密钥后能提高隐写性能，另外解密的计算复杂度较低，也适用于移动通信终端。

附图说明

图1为本发明实施例中基于搜索最佳密钥的数字图像隐写方法结构示意图；

图2为图1系统中搜索秘密信息中的最佳密钥的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明的基于搜索最佳密钥的数字图像隐写方法，将原始秘密信息进行加密，然后将加密后的密文信息通过隐写算法嵌入到载体图像中，形成最终的隐写图像，其特征在于：所述原始秘密信息通过如下步骤进行加密：

步骤(1)、原始秘密信息分组：把原始秘密信息进行编码转化成长度为n的比特流，用a＝(e1,e2,…,en)表示，其中ei∈{0,1}，i＝1,2,…,n，然后把长度为n的比特流分成长度为l的k组，其中k＝n/l，分组以后的比特流a＝(a1,a2,…,ak)，其中第m组秘密信息为am＝(el(m-1)+1,el(m-1)+2,…,el(m-1)+l)，m＝1,2,…,k；

步骤(2)、生成2^l个长度为l的密钥：分别把0，1，…，2^l-1共2^l个数转化成长度为l的二进制数作为2^l个密钥，其中第x个密钥用keyx＝(ex1,ex2,…,exl)表示，其中exh∈{0,1}，x＝1,2,…,2^l，h＝1,2,…,l；

步骤(3)、对原始秘密信息加密：将原始秘密信息中的全部k组秘密信息分别用步骤(2)生成的2^l个长度为l的密钥中一个密钥进行异或加密，产生原始秘密信息的一个版本的密文信息；采用同样方法，利用其余的2^l-1个密钥分别对原始秘密信息中的全部k组秘密信息进行异或加密，得到原始秘密信息的其余2^l-1个版本的密文信息；

步骤(4)、将步骤(3)得到的2^l个版本的密文信息分别嵌入到预先选择的测试载体图像中，分别得到2^l个版本的测试隐写图像，然后根据载体图像与2^l个版本的测试隐写图像来评价相应的隐写性能，得到隐写性能最佳时原始秘密信息所使用的密钥，将该密钥作为原始秘密信息的最佳密钥；

步骤(5)、将原始秘密信息与步骤(4)得到的最佳密钥进行异或加密，得到原始秘密信息的密文信息；

步骤(6)、将步骤(5)得到的密文信息作为最终进行隐写嵌入的密文信息。

作为改进，所述步骤(4)中秘密信息的最佳密钥通过如下方式获得：

步骤(4-1)、设置三个参数：测试密钥的编号j，最佳隐写性能指标ξ最佳和取得最佳隐写性能参数对应密钥的编号j最佳；将j和j最佳的初始值均设为1，最佳隐写性能指标ξ最佳的值根据测试隐写性能指标需要预先设定；

步骤(4-2)、将原始秘密信息采用第j个密钥进行异或加密，得到第j版本的密文信息；

步骤(4-3)、将第j版本的密文信息嵌入到预先给出的测试载体图像中，得到第j版本的测试隐写图像；

步骤(4-4)、通过第j版本的测试隐写图像与测试载体图像的比较，得到第j版本的测试隐写图像的评测隐写性能指标ξj，判断ξj是否优于步骤(4-1)中设定的最佳隐写性能参数值ξ最佳；若ξj优于ξ最佳，则将ξj赋值给ξ最佳，并将j赋值给j最佳；否则保持现有的ξ最佳和j最佳不变；

步骤(4-5)、判断j是否小于2^l，如是，执行(4-6)，如不是，则输出j最佳后结束；

步骤(4-6)、将j的值加1，重复执行步骤(4-2)至步骤(4-5)。

步骤(4-4)中的评测隐写性能指标ξj的参数有很多，如秘密信息嵌入量，载体图像与隐写图像的直方图失真；当秘密信息嵌入量越多时，而载体图像与隐写图像的直方图失真越小时，隐写性能越优；嵌入秘密信息后的隐写图像不容易被检测出时，隐写性能越佳，可以通过比较评测隐写性能指标ξj中的参数判断是否优于设定的最佳隐写性能参数值。