基于共享前缀和最小熵耦合的高效可证明安全隐写方法

本发明属于信息隐藏，具体涉及一种基于共享前缀和最小熵耦合的高效可证明安全隐写方法。

背景技术：

1、密码学方法主要侧重于隐藏敏感通信的内容，而隐写术则更进一步，掩盖了这种通信正在进行的事实。非正式地讲，隐写术是一种将秘密信息编码成另一种内容而不引起潜在对手察觉的技术。隐写术的安全性通常使用两种不同的方法来评估。一种是基于cachin提出的信息理论，用两个系统之间的相对熵来量化一个系统的安全性。而另一种则是hopper提出的计算复杂性理论。

2、传统的基于修改的隐写术是通过对已有的载体稍加修改来编码秘密信息，修改的内容可能非常有限，如同义词替换、拼写转换、lsb替换等。近年来，在深度学习技术的推动下，涌现出了大量深度生成模型，它们可以逼近复杂的的数据分布，并合成真实的数据。基于生成模型的隐写术也被一一提出，与修改式隐写不同，生成式隐写术直接将秘密信息转化为看起来无害的载密内容。

3、目前已经有许多关于生成式可证明安全隐写的研究。yang等人首次将深度生成模型应用于可证明安全的隐写术领域，在图像生成任务中部署了基于算术编码的方法。具体来说，他们反复使用自回归生成模型来预测下一个像素的概率分布，并使用算术编码将当前信息片段解压到像素中。chen等人和ziegler等人分别将该方法扩展到文本到语音和文本生成任务。kaptchuk等人提出了meteor，将分布视为连续的概率区间，然后利用区间的共享前缀来表达消息。meteor通过每次使用重加密消息进行采样，防止了算术编码的随机性重用问题。zhang等人提出了一种基于自适应动态分组的隐写方法，在每个时间步，他们动态地将概率分布中的概率进行均匀分组，并从其对应组的归一化分布中进行随机抽样，以获得下一个内容。然而，目前的各种方法都存在一些不足和缺陷，例如安全性不高，嵌入容量不高或者是嵌入速度太慢，无法应用到实际场景中。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于共享前缀和最小熵耦合的高效可证明安全隐写方法，以期能在保证隐写安全性的同时，提高隐写容量和编码的速度，以便更好地在实际场景中应用。

2、本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

3、本发明一种基于共享前缀和最小熵耦合的高效可证明安全隐写方法的特点在于，是按如下步骤进行：

4、步骤一、消息嵌入阶段：

5、步骤1.1、定义当前时间步为t，并初始化t＝0；获取消息m，并在时间步t下从消息m中截取待嵌入消息m(t)；定义并初始化载密内容集合s为空集；

6、步骤1.2、将时间步t下的输入内容c(t)输入生成模型中进行推理预测，得到时间步t下的所有候选内容的预测概率分布，并将每个候选内容对应的预测概率值转换为n位整数形式后进行降序排序，得到排序后的候选内容的预测概率分布p(t)；

7、步骤1.3、利用随机数生成器prng对时间步t下的待嵌入消息m(t)进行处理，得到时间步t下的消息掩码m'(t)；

8、步骤1.4、根据预测概率分布p(t)中每个概率区间共同组成的范围，确定与p(t)耦合的概率分布q(t)；

9、步骤1.5、使用耦合划分算法将p(t)和q(t)进行耦合后，得到时间步t下的左部分中间部分右部分

10、步骤1.6、根据消息掩码m'(t)，利用伪随机采样从左部分中间部分右部分中采样一个部分作为新的概率分布，并赋值给p(t)；

11、步骤1.7、重复步骤1.3-步骤1.6的过程，直到p(t)中只包含一个最终的概率区间为止；

12、步骤1.8、计算最终概率区间的共享前缀并作为时间步t下嵌入的消息掩码将最终概率区间所对应的候选内容作为一个载密内容并加入载密内容集合s中，并将最终概率区间所对应的候选内容加入输入内容c(t)中，从而得到时间步t+1下的输入c(t+1)；

13、步骤1.9、判断m(t)是否为m中的最后一段消息，若是，则表示消息m完成嵌入，并得到最终的载密内容集合s，从而与初始的输入内容c(0)一起发送给接收方，否则，将t+1赋值给t后，返回步骤1.2顺序执行。

14、步骤二、消息提取阶段：

15、步骤2.1、接收方获得所述最终的载密内容集合s和初始的输入内容c(0)后，得到s中每个载密内容在对应概率分布中的最终概率区间；

16、步骤2.2、根据每个载密内容对应的最终概率区间的共享前缀即为嵌入的消息掩码，通过随机数生成器prng对嵌入的消息掩码进行恢复，从而得到每个载密内容中所嵌入的消息并进行组合后，得到消息m。

17、本发明所述的一种基于共享前缀和最小熵耦合的高效可证明安全隐写方法的特点是，所述步骤1.4是按如下步骤进行：

18、步骤1、将p(t)的范围记为对范围下限和范围上限进行二进制表示，从两个二进制表示中的最高位开始按位进行比较，得到相同位数的数量num；

19、步骤2、创建一个包含中的前num位、一个值为1的位，剩余位用0填充的总长度为n的新的二进制表示；

20、步骤3、将新的二进制表示转换为整数形式q(t)，从而利用式(3)获得q(t)：

21、

22、所述步骤1.5的耦合划分算法是按如下步骤进行：

23、步骤1、将p(t)转换为队列dq，并创建三个队列lq、mq和rq用于保存耦合划分的结果；

24、步骤2、从队列dq中取出一个值，记为pmax，同时，记录q(t)中最大值的索引i，i∈{0,1}；

25、步骤3、取pmax和所述索引i对应的概率值qi中的较小值，记为min，并更新qi为qi-min；

26、步骤4、如果min与pmax相等，则根据索引i将pmax放入队列lq或队列rq中，若i＝0，则将pmax放入队列lq中，若i＝1，则将pmax放入队列rq中；

27、如果min与pmax不相等，则直接将pmax放入队列mq中；

28、步骤5、按照步骤2-步骤4的过程从队列dq中取出并进行处理，直到dq为空为止，从而得到最终的队列lq、mq和rq，即分别为左部分中间部分右部分

29、本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述高效可证明安全隐写方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。

30、本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述高效可证明安全隐写方法的步骤。

31、与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

32、1、本发明提出的一种基于共享前缀和最小熵耦合的高效可证明安全隐写新方法，在不改变生成模型预测的概率分布的前提下实现了隐写，保证了隐写的安全性。

33、2、本发明利用最小熵耦合的思想，对概率分布中的概率区间进行确定性的排序优化，使得期望共享前缀尽可能的长，提高了隐写的容量。

34、3、本发明在使用最小熵耦合优化概率分布时，利用贪婪算法的高效性以及概率分布的有序性，设计了一个高效的耦合划分算法，大大降低了编码的时间开销，提高了隐写的速度。