基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏方法及系统

本发明涉及数据加密，尤其涉及一种基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏方法及系统。

背景技术：

1、随着网络通信技术的不断革新以及隐私保护需求的不断提高，要求信息在云空间以加密状态下进行传输、处理、存储以应对更复杂多样的应用需求。为了满足这个需求，作为加密技术与信息隐藏技术的交叉技术，密文域可逆信息隐藏(reversible data hidingin encrypted domain，rdh-ed)应运而生。密文域可逆信息隐藏能够让携密载体原始信息不被感知的情况下实现信息的嵌入，同时经提取以及解密操作后能够实现原始信息的无损恢复。

2、为保证秘密信息的无损传递，rdh-ed方案必须预留足够的冗余空间来实现秘密信息的嵌入。根据预留空间嵌入操作与加密操作的顺序关系，现有rdh-ed方案主要可分成三类：基于加密后预留空间(vacating room after encryption，vrae)、基于加密前预留空间(vacating room before encryption，vrbe)、以及基于加密过程中预留空间(vacatingroom in encryption，vrie)。但是，无论是vrae类rdh-ed还是vrbe类rdh-ed，嵌入性能始终受制于图像纹理的限制。对于纹理复杂的图像，由于无法突破信息熵的约束因此始终无法实现大容量信息嵌入。2016年，ke等人对lwe加密过程中的可控冗余进行研究，提出第一个vrie方案，该方案通过约束加密噪声的标准差产生可控冗余，然后引入通过对密文域的分区量化以及加密数据的重编码实现信息可逆嵌入。该方案嵌入性能与待嵌载体纹理无关，在保持一定嵌入性能基础上可适用数字载体对象更广。此外，该方案加密前后不需要任何处理操作，无论秘密信息提取与否，接受端只需要解密密钥便可实现原始信息的无损解密。然而，该方案由于其加密算法的特殊性，存在密文扩展的情况，无法保证加密前后的信息以同样的尺寸传输，对密文存储的要求更大，而对于某些特定的应用环境，譬如卫星遥感、军事地形领域，发送端利用移动设备在室外环境下对图像数据采集后，有着实时传输的需求，且图像数据采集后处理受移动设备运算能力的制约，目前的vrie类rdh-ed方案并不适用。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏方法及系统，以在密文无扩展情况下实现额外信息大容量可逆嵌入。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一方面，提供一种基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏方法，包括以下步骤：

3、选取隐藏密钥并通过logistic系统迭代获得混沌系列，且利用混沌系列对秘密消息进行加密处理，以获得序列选取映射索引；

4、将尺寸为w*h的原始图像进行分割获得个待加密像素块且将加密密钥通过lorenz超混沌系统进行w*h次迭代，获得待加密像素块中每个像素位置不同时刻点的四维超混沌序列；

5、根据预设的序列选取策略候选数c和四维超混沌序列建立每个像素位置的四维超混沌序列与序列选取映射索引的映射关系，并根据预设的序列选取策略对每一待加密像素块中所有像素对应的四维超混沌序列进行处理，以获得每一待加密像素块中所有像素位置不同时刻的超混沌加密序列；

6、将获得的超混沌加密序列与原始图像中对应像素位置的原始序列信息进行异或加密，得到加密序列信息，再根据原始顺序将所有加密序列信息合成转换，获得携有秘密信息的密文图像。

7、为解决上述技术问题，根据本发明的另一方面，提供一种基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏系统，包括发送终端，所述发送终端包括有第一处理器，所述第一处理器执行如下程序步骤：

8、在logistic系统中对选取的隐藏密钥进行迭代获得混沌系列，且利用混沌系列对秘密消息进行加密处理，以获得序列选取映射索引；

9、将尺寸为w*h的原始图像进行分割获得个待加密像素块且将加密密钥通过lorenz超混沌系统进行w*h次迭代，获得待加密像素块中每个像素位置不同时刻点的四维超混沌序列；

10、根据预设的序列选取策略候选数c和四维超混沌序列建立每个像素位置的四维超混沌序列与序列选取映射索引的映射关系，并根据预设的序列选取策略对每一待加密像素块中所有像素对应的四维超混沌序列进行处理，以获得每一待加密像素块中所有像素位置不同时刻的超混沌加密序列；

11、将获得的超混沌加密序列与原始图像中对应像素位置的原始序列信息进行异或加密，得到加密序列信息，再根据原始顺序将所有加密序列信息合成转换，获得携有秘密信息的密文图像。

12、本发明的有益技术效果在于：本发明的基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏方法利用混沌系统密钥空间的可再生性以及序列无穷性，从不同维度建立秘密信息和原始图像像素的映射关系，实现大容量嵌入，再根据预设的序列选取策略候选数c进行低复杂度的超混沌加密序列选取和加密操作，低复杂度操作使得产生的携密密文不产生任何密文扩展，且可根据用户权限实现解密密钥与提取密钥的合理分配，实现不影响原始图像恢复的信息分离提取，从而掩盖信息隐藏的存在性，对于合法获取提取密钥的用户，结合所用超混沌序列以及映射关系能够实现信息的可分离提取，而对于秘密信息非授权用户，仅可实现图像的无损恢复而无法获取秘密消息的任何有效信息，可知，本发明基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏方法可在密文无扩展情况下实现额外信息大容量可逆嵌入。

技术特征：

1.一种基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏方法，其特征在于，所述选取隐藏密钥并通过logistic系统迭代获得混沌系列，且利用混沌系列对秘密消息进行加密处理，以获得序列选取映射索引，具体包括：

3.如权利要求2所述的基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏方法，其特征在于，所述根据预设的序列选取策略候选数c和四维超混沌序列建立每个像素位置的四维超混沌序列与序列选取映射索引的映射关系，具体包括：

4.如权利要求1所述的基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏方法，其特征在于，所述将加密密钥通过lorenz超混沌系统进行w*h次迭代，获得待加密像素块中每个像素位置不同时刻点的四维超混沌序列，具体包括：

5.如权利要求4所述的基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏方法，其特征在于，所述根据预设的序列选取策略对每一待加密像素块中所有像素对应的四维超混沌序列进行处理，以获得每一待加密像素块中所有像素位置不同时刻的超混沌加密序列，具体包括：

6.如权利要求1所述的基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏方法，其特征在于，所述将尺寸为w*h的原始图像进行分割获得个待加密像素块具体包括：根据像素块尺寸参数n，对尺寸为w*h原始图像按照从左到右再从上到下的顺序分割，以获得到个非重叠的待加密像素块

7.如权利要求1-6任一项所述的基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏方法，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏方法，其特征在于，所述通过logistic系统迭代获得混沌系列，且对最终的取值策略索引进行处理获得所述序列选取映射索引，利用混沌系列对序列选取映射索引进行异或解密，从而获得秘密消息，具体包括：

9.一种基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏系统，其特征在于：包括发送终端，所述发送终端包括有第一处理器，所述第一处理器执行如下程序步骤：

10.如权利要求9所述的基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏系统，其特征在于：还包括接收终端，所述接收终端包括有第二处理器，所述第二处理器执行如下程序步骤：

技术总结
本发明公开一种基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏方法，包括：选取隐藏密钥并通过混沌系统迭代获得混沌系列，利用混沌系列对秘密消息进行加密，以获得序列选取映射索引；将原始图像进行分割获得待加密像素块，且将加密密钥通过超混沌系统进行迭代，获得待加密像素块的四维超混沌序列；根据预设的序列选取策略候选数和四维超混沌序列建立每个像素位置的四维超混沌序列与序列选取映射索引的映射关系，并根据预设的序列选取策略对四维超混沌序列进行处理，以获得超混沌加密序列；将超混沌加密序列与原始图像中对应像素位置的原始序列信息进行异或加密，得到加密序列信息，再合成转换获得密文图像。还公开一种基于混沌加密的密文域可逆信息隐藏系统。

技术研发人员：孔咏骏,张敏情,姜超,蒋宗宝,黄思远,魏彬,柯彦
受保护的技术使用者：中国人民武装警察部队工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1