专利名称：一种基于信息隐藏的无线图像传感网安全节能通信方法
技术领域：
本发明涉及一种基于数字图像信息隐藏技术应用于无线多媒体传感器网络的安全节能通信方法，属于无线多媒体传感器网络安全与通信领域。
背景技术：
众所周知，物联网由感知层、网络层和应用层组成。前两层是基础，第三层是应用，网络层有因特网、移动通信网和卫星通信网等成熟的通信网络作为支撑，已有很多高效、可靠、安全的通信技术能够把感知层采集的数据传输到目的地。然而，感知层是物联网的重要基础，怎样才能把感知层采集的数据(例如无线传感器网络采集的数据)高效、可靠、安全的传输给基站(汇聚节点)在很大程度上制约着物联网的发展。 无线传感器网络是物联网感知层最核心的支撑网络，而无线多媒体传感器网络是一种既能感知并传输简单的标量数据，又能感知并传输图像、视频等多媒体数据的特殊无线传感器网络，有助于对目标物体、目标区域更为全面、准确的监测，从而更好的完成监测任务。在无线多媒体传感器网络中如何将采集的数据进行高效安全的传输成为当前一个急需解决的问题，但目前大多数方法主要采用传统的加密算法来实现安全传输，没有充分考虑无线多媒体传感器网络硬件以及多媒体数据自身的特点。密码学主要采用替换、置乱等技术将秘密信息原有的特性打乱，从而隐藏秘密信息原来的内容，但正是由于打乱后的这些内容的杂乱无章性，在传输过程中极易引起攻击者的注意，从而采用截获、篡改、甚至破译等攻击方式，严重影响信息的安全通信，因而只能靠增加密钥长度和加密算法复杂度来提高秘密数据的安全性。同时，对密钥进行管理也需要大量的开销，这仅在具有高性能处理器和足够能量的互联网上才能广泛应用。在无线多媒体传感器网络中，由于节点计算能力、存储能力、电源能量、通信能力都有限，密码学技术不能得到广泛而充分的应用。而信息隐藏技术则是将秘密信息嵌入到攻击者不感兴趣的公共载体中，其原理相当于生态环境中的变色龙进行自我保护是一样的，使攻击者无法察觉出秘密信息的所在，并且隐藏算法的复杂度远小于加密算法的复杂度。因此，在多媒体传感器网络中可利用多媒体数据的冗余性，将秘密信息嵌入其中进行透明传输，既能保证秘密信息的安全性，还能提高采集数据的传输效率。特别的，本发明专利将针对无线多媒体传感网中的图像传感网提出一种信息隐藏的安全传输节能方法。
发明内容
技术问题本发明针对现有无线多媒体图像传感器网络数据传输的问题，提出了一种基于信息隐藏的无线图像传感网安全节能通信方法，即利用数字图像信息隐藏技术将秘密信息嵌入到数字图像中，实现图像数据的安全节能通信，延长传感器网络的生命周期。技术方案采集周期定义采集数据的一段固定时间间隔，可周期性重复。每个无线图像传感器网络的节点由数据采集模块、数据处理模块、电源模块和无线通信模块四部分组成(具体案例可见
图1)。各个模块分工合作，既相互独立又相互联系，数据处理模块根据在一个采集周期内数据采集模块采集数据的秘密性决定载体图像、秘密图像和其他秘密标量数据，然后对秘密信息进行信息隐藏后传给无线通信模块直接发送或通过其他节点转发给基站，基站就可以通过其他网络传给服务器，进而实现监测与控制，网络体系结构图可见图2。方法流程以一个采集周期为例，具体步骤如下I)网络中需要进行数据安全传输的图像传感节点利用自身的数据采集模块采集若干图像数据分别标记为CpC2、…匕(n为根据传输需求设定的某一正整数)和一些实时标量数据分别标记为SpS2、…Sm (m为根据传输需求设定的某一正整数)，同时将采集的数 据一并传送给自身的数据处理模块。2)该图像节点的数据处理模块根据用户请求选取k个载体图像分别标记为Crt、cr2,-crk (k为小于n的正整数)，统称为C，其他剩余的图像数据和实时标量数据统称为秘密信息M，为保证隐写图像的质量，C的数据量要大于M的数据量。3)该图像节点的数据处理模块对秘密信息M依据现有的某种加密算法进行预处理，得到加密后的比特流Bits(V)V = 1,2, -,L (L为秘密信息M的比特数)。4)该图像节点的数据处理模块采用一种二维加权灰色关联分析方法再分别对k个载体图像进行预处理，假设载体图像矩阵化为(；(i，j)i=l，2，…，MC(MC是图像矩阵的行)j=l, 2，…，NC (NC是图像矩阵的列)r = r1； r2,…rk,该二维加权灰色关联分析方法的处理过程如下1.对载体图像(；进行8X8的分块，如果不能刚好分块的载体多余部分先不做处理。ii选取载体图像中图像纹理丰富的区域作为嵌入区域，选取标准如下设定灰关联度阈值T，依次对每个分块算出二维加权灰色关联度X，选取X〈T的块作为嵌入区域，记为EmbedBlock。其中\的求法如下/1+ +和/Iy9分别为每个分块的水平、垂直与对角方向的灰色关联度，且a+b+c = I (a、b、c的值根据人眼的方向敏感性和实际需求而定)，设Xu (U= 1,2,…，8)为每一分块中任意一水平灰度序列，X。为参考序列，Xu'，X0 /为Xu，X。对应的初值像序列，xu/ (p = 1,2,…，8)，X0/ (p=1,2,…，8)是序列Xu' 中的灰度值元素，则根据两序列的灰色关联度公式
,8 min min xQJ — xj + s max max X0J — xj
——；-^( B为根据实际需求设定的分辨系
8 产1 r — xuP + S max max x - x
数)，算出所有水平序列与参考序列的灰色关联度，而I；就是所有水平序列与参考序列的灰色关联度取平均值，垂直与对角方向的灰色关联度的求法与类似，所不同的是将水平灰度序列替换为垂直或者对角灰度序列。ii1.对每个分块进行DCT(Discrete Cosine Transform,离散余弦变换),得到64个系数，并对这些系数进行ZigZag扫描，假设一分块进行DCT后系数如下矩阵所示(标记为Yij i = I, 2, 3---8, j = 1，2，8),则ZigZag扫描如矩阵中的箭头所示,根据\的大小和每个分块DCT的特性选出可嵌入的中频系数F。
权利要求
1. 一种基于信息隐藏的无线图像传感网安全节能通信方法，其特征在于将数字图像信息隐藏技术应用于无线多媒体传感器网络安全节能通信，将节点分成数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块和电源模块，在数据处理模块设计一个轻量级、透明的、高鲁棒性和容量的数字图像信息隐藏算法对数据采集模块采集的信息进行透明传输，并将采集的信息分为两种，一种是有助于智能监测控制且不被为未授权用户看到的信息，另一种则是有助于智能监测控制但被为授权用户看到也无妨的信息，把后者作为载体，前者作为秘密信息经过加密后嵌入在载体中通过无线通信模块进行透明传输，电源模块则是对整个节点进行供电，控制节点的休眠与工作，具体如下.1.)网络中需要进行数据安全传输的图像传感节点利用自身的数据采集模块采集若干图像数据分别标记为Cp C2、…Cn和一些实时标量数据分别标记为S1、s2、…sm，同时将采集的数据一并传送给自身的数据处理模块；n为根据传输需求设定的某一正整数，m为根据传输需求设定的某一正整数。.2.)该图像节点的数据处理模块根据用户请求选取k个载体图像分别标记为Cn、(；2^·· Crk, k为小于η的正整数，统称为C，其他剩余的图像数据和实时标量数据统称为秘密信息 Μ，为保证隐写图像的质量，C的数据量要大于M的数据量。.3.)该图像节点的数据处理模块对秘密信息M依据现有的某种加密算法进行预处理， 得到加密后的比特流bits (v)v = I, 2，…，L ；L为秘密信息M的比特数。.4.)该图像节点的数据处理模块采用一种二维加权灰色关联分析方法再分别对k个载体图像进行预处理，假设载体图像矩阵化为(；(i，j)i=l，2，"％MC，MC是图像矩阵的行； j=l, 2，…，NC, NC是图像矩阵的列；r = r1； r2, "Tk,该二维加权灰色关联分析方法的处理过程如下1.对载体图像(；进行8X8的分块，如果不能刚好分块的载体多余部分先不做处理； 选取载体图像中图像纹理丰富的区域作为嵌入区域，选取标准如下设定灰关联度阈值Τ，依次对每个分块算出二维加权灰色关联度λ，选取λ〈Τ的块作为嵌入区域，记为 EmbedBlock ;其中λ的求法如下
全文摘要
本发明针对现有无线多媒体传感器网络中的通信问题，提出了一种基于数字图像信息隐藏的无线多媒体传感器网络安全节能通信方法。将节点分成数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块和电源模块，电源模块则是对整个节点进行供电，控制节点的休眠与工作，在数据处理模块设计一个安全、轻量级、透明的、高鲁棒性的数字图像信息隐藏算法对数据采集模块采集的信息进行透明传输，这样采集的信息只需把嵌入了秘密信息的载体发送给接收方即可，减少了数据通信能耗，而传感网中数据通信的能耗对传感网生命周期是至关重要的，所以这对多媒体传感网中的数据安全节能通信方面具有有益效果。
文档编号H04W84/18GK103024882SQ20121056432
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者黄海平, 黄世超, 王汝传, 杨晟, 孙力娟, 陈九天, 封娟, 沙超 申请人:南京邮电大学