王杭兴

【摘 要】为了在加密图像实现高容量可逆隐秘传输，本文提出了一种基于整数变换的加密图像可逆信息隐藏改进方法。图像拥有者利用定位图对像素组任意像素进行整数变换，变换后的像素组像素受该整数变换性质的影响，使符合条件的像素组任意像素LSB被修改后，依然能恢复回原来的像素。因此，图像拥有者加密前对特定的图像块进行整数变换，根据定位图进行图像块排列，以便秘密信息以LSB替换的方式嵌入到特定的图像块中，拥有解密密钥就可以获得原始图像信息，拥有嵌入密钥就可以在密文图像中嵌入信息或者提取秘密信息，拥有解密密匙、嵌入密匙既可以提取秘密信息和恢复原始图像。仿真实验表明该方法具有较高的嵌入容量和较低的失真。

【关键词】可逆信息隐藏；整数变换；加密；嵌入容量

中图分类号： TP309.7 文献标识码： A 文章编号：2095-2457（2018）08-0053-002

Encryption Image Reversible Information Hiding Using Integer Transform

WANG Hang-Xing

（College of Information Science & Engineering， Huaqiao University， Xiamen 361021， China）

【Abstract】In order to achieve high-capacity reversible secret transmission in encrypted images， an improved method of reversible information hiding is proposed in this paper. The image owner uses integer transformation on any pixel of the pixel group according to positioning map. The pixel of the transformed pixel group is affected by the integer transform property， so that any pixel of the eligible pixel group LSB is modified and still restored to the original pixel. Therefore， the image owner uses integer transformation on a specific image block before encryption， and arranges the image blocks according to the positioning map， so that the secret information is embedded into a specific image block in an LSB replacement manner. the original image information can be obtained with the decryption key ， Someone can embed the information in the ciphertext image or extract the secret information With the embedded key， Someone can both extract the secret information and restore the original image with the decryption key and embedded key. Simulation results show that this method achieve a higher embedding capacity and lower distortion.

【Key words】Integer transformation； Different content image； Embedded capacity

0 引言

可逆信息隱藏是一种信息安全技术， 加密是一种常用的有效隐私保护手段。近年来，在云计算平台和各种隐私保护应用需求的驱动下，为了保护用户的隐私，需要在上传数据前先对数据进行加密，所以加密域信息隐藏的研究具有一定的意义，现有的加密域可逆信息隐藏中主要分为加密前产生嵌入空间和加密后产生嵌入空间两大类，文文献[1]Ma是通过改进Luo的方法在加密前预留出空间来嵌入信息，但并不适用于所有图像，例如医学图像由于有很多的黑色背景，像素值很多为零，位置图太大，导致B部分的边缘像素没有足够空间存放，所以用Ma的方法会造成溢出像素过多无法正常进行信息嵌入。文献[2]Zhang采用新的插值方法在加密前预留出空间，能应用在不同类型的图像中，但嵌入容量太低，不适用在传输大信息量的情况。

本文对加密域可逆信息隐藏方法进行改进，获得了较好的效果。

1 提出的方案

1.1 整数变换

设原始图像I大小为512×512的8比特灰度图，为了使得失真尽量小，图像拥有者将图像分成若干个大小为两两成对的图像块，每个图像块组成x=（x1，x2），图像拥有者对每组的像素进行整数变换，定义变换T如下公式（1）所示将x=（x1，x2）映射到y=（y1，y2）。

正变换后的y=（y1，y2） 的最低有效位有两种情况：若任意像素的最低有效位不同时为“1”则将其同时置“0”利用式（2）可无失真恢复，使得y=（y1，y2）映射回x=（x1，x2）；若任意像素的最低有效位同时为“1”则将其在恢复阶段置“1”才能无失真恢复，正是由于这个性质，使得本算法得以成立的关键所在。

2.2 自嵌入

（1）定位图和秘密信息、A部分的LSB称为S1，将S1自嵌入B和C部分图像块的像素最低有效位，并且定位图和秘密信息、A的LSB之间有相应的标志隔开。

（2）接下来说明S1信息在每个像素块的自嵌入过程，由于图像分块后每块的大小4×4，我们按照从上到下，从左到右将S1信息以LSB替换对应像素最低有效位的方式自嵌入。

（3）将S1信息根据定位图顺序地自嵌入到B、C像素块中，并在最后一位加上EOS结束标记位。

2.3 图像加密

（1）将图像使用为随机序列进行加密。

（2）并在密文图像前20个像素嵌入有关A的标示信息比如行数、列数、LSB层数、以告知云服务管理者嵌入信息等，经过以上操作的图像记为E。

2.4 信息嵌入

图像拥有者将经过以上操作的密文图像E、一起发送给云服务器管理者，云服务管理者取出密文图像E前20个像素的LSB，获知A部分的标示信息后，云服务器管理者在密文图像利用密匙K1以LSB替换对应像素LSB的方式在A部分嵌入标签信息和时间信息等，记为。

2.5 信息提取

2.5.1 在解密之前提取信息

合法接收者通过嵌入密钥K1提取出在密文图像的A部分的LSB即秘密信息，从而实现了在密文域提取信息。因为合法接收者只有嵌入密匙K1，是不能获得原始图像的信息的，从而使原始图像信息得到保护。

2.5.2 在解密之后提取信息

为了满足不同用户的需求，有一些用户希望在解密后提取秘密信息，那么合法接收者需要先生成嵌有秘密信息解密图像再提取数据和恢复原始图像，以下为第二种情况的描述。

1）生成有标记的解密图像：

（1）对密文图像进行解密

（2）将定位图信息从解密图像B和C部分取出来并解压定位图，直到看到标志位即提取停止。通过定位图信息m可将A、 B、C部分依次恢复到原来的位置。产生的伪装解密图像称为。

2）数据提取和原图像恢复

（1）合法接收者根据定位图m等于 2依次提取信息，紧接着对于m等于1依次提取信息，即S1信息，对于m等于0则不提取信息。

（2）对m=1相对应的像素先将最低有效问位LSB置“0”，并进行如公式（3）和（4）进行逆变换便可恢复回原来像素。

（3）对于定位图m等于2的像素块只需要对像素块里面的所有像素置“1”操作即能可逆恢复图像。对于定位图m等于0即溢出像素块的最低有效位LSB通过取出A部分LSB替代回，得到恢复图像。

3 实验数据分析

我们使用上述方法在局域网上进行了仿真实验

图1给出一幅大小512×512×8的宿主医学图像嵌入信息后的仿真实验结果，图1a）为宿主图像Lena，图1（b）采用本文方法变换及自嵌入193825比特信息后的图像，图1（c）为使用密钥k2加密后的图像E，图6（d）为使用密钥k1嵌入秘密信息后加密图像，图1（e）為使用密钥k2解密后包含信息的图像，图1（f）为提取信息后并使用相应的恢复步骤后的图像，实验中所嵌的比特信息都可以无失真地提取、恢复。秘密信息为容量为193825比特时，解密图像的PSNR=34.56dB；秘密信息容量大小为131072比特时，解密图像的PSNR=37.59dB。嵌入较大的数据时，恢复后图像的质量还能得到保证。接收到秘密信息提取率为100%，图像也可以无失真恢复。

4 结论

本文给出一种基于整数变换的加密域可逆信息隐藏改进方法。该方法通过对重新排列图像块以LSB替换的方式实现，在以下四个方面得到较好的表现：完全可逆性，高的PSNR值，信息提取和图像恢复的可分离性，不同类型图像的实用性。本文方法为了适应不同的应用场景可在加密图像和解密图像中提取秘密信息。

【参考文献】

[1]Zhang X.Reversible data hiding in encrypted image.IEEE Signal Processing Letters，2011，18（4）：255-258.

[2]Hong W，Chen T S，and Wu H Y.An improved reversible data hiding in encrypted images using side match.IEEE Signal Processing Letters，2012，19（4）：199-202.

[3]Ma K，Zhang W，Zhao X，Yu N，and Li F.Reversible data hiding in encrypted images by reserving room before encryption. IEEE Transactions on Information Forensics&Security;，2013，8（3）：553-562.

[4]Zhang W，Ma K，and Yu N.Reversibility improved data hiding in encrypted images.IEEE Signal Processing Letters， 2011，18（4）：255-258.

[5]D Coltuc.Very Fast Watermarking by Reversible Contrast Mapping[J].IEEE Signal Processing Letters，2007，14（4）：255-258.