密文域可逆信息隐藏方法及软硬件应用系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010900949.2 (22)申请日 2020.08.31 (71)申请人 中国人民武装警察部队工程大学 地址 710086 陕西省西安市未央区双拥路1 号 (72)发明人 张敏情柯彦刘佳苏婷婷 (74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任 公司 61200 代理人 马贵香 (51)Int.Cl. H04L 9/08(2006.01) H04L 9/30(2006.01) (54)发明名称 一种密文域可逆信息隐藏方法及软硬件应 用系统 (57)摘要 本发明公开了一种密文。

2、域可逆信息隐藏方 法， 包括以下步骤： (1)对明文进行预处理和加 密， 得到密文； (2)将加密后的额外信息嵌入密文 中， 得到第一携密密文； (3)对第一携密密文二次 嵌入基于密钥替换的密文LSB信息， 最终得到携 密密文； 基于密钥替换的密文LSB信息为额外信 息经加密处理得到的数据； (4)对携密密文进行 LSB提取， 提取出二次嵌入的额外信息； 通过密文 域信息提取及载体恢复或明文域信息提取及载 体恢复对携密密文进行处理， 得到原始明文和第 一次嵌入的额外信息。 本发明还公开了一种密文 域可逆信息隐藏系统、 计算机设备及可读存储介 质， 满足可分离密文域可逆信息隐藏的前提下， 保证数。

3、据的高效、 大容量嵌入及载体数据可逆恢 复。 权利要求书3页 说明书12页 附图2页 CN 112054900 A 2020.12.08 CN 112054900 A 1.一种密文域可逆信息隐藏方法， 其特征在于， 包括以下步骤： (1)对明文进行预处理和加密， 得到密文； (2)将加密后的一次额外信息嵌入密文中， 得到第一携密密文； (3)对第一携密密文二次嵌入基于密钥替换的密文LSB信息， 最终得到携密密文； 基于 密钥替换的密文LSB信息为二次额外信息经加密处理得到的数据； (4)对携密密文进行以下三种处理： 第一种为LSB提取， 提取出二次嵌入的二次额外信息； 第二种为密文域信息提取及。

4、载体恢复， 得到原始明文和一次嵌入的一次额外信息； 第三种为明文域信息提取及载体恢复， 得到原始明文和一次嵌入的一次额外信息。 2.根据权利要求1所述的密文域可逆信息隐藏方法， 其特征在于， 步骤(1)中， 明文为图 像， 预处理的步骤为： 1.1、 为对图像进行排序， 得到排序后的图像记为I， 将I分割为不重叠的像素对(X, Y)， 0X,Y255； 1.2、 计算像素的差值h与均值l， 差值h为X和Y的差值； l为X和Y的均值， 且取整； 1.3、 对像素对进行防溢出约束与保真约束， 得到满足约束条件的像素对； 防溢出约束的条件： 差值h满足公式(1)-(2)的约束； |h|min(2(2。

5、55-l),2l+1) (1) |2h+bs|min(2(255-l),2l+1)(bs0,1) (2) 保真约束具体为： 给像素对的差值设置阈值hfid， 约束差值的取值范围， 满足公式(3)： hhfid (3)。 3.根据权利要求2所述的密文域可逆信息隐藏方法， 其特征在于， 步骤(1)中， 所述加密 具体为： 对(h,l)的各比特进行逐位加密， 得到加密后的密文和 其中，每次加密均使用新的公钥。 4.根据权利要求1所述的密文域可逆信息隐藏方法， 其特征在于， 步骤(2)包括以下步 骤： 2.1、 将密文序列左移一个单位， 空余位置使用ctemp0填充， 其中， ctemp0Enc(0)。

6、， 然后得 到扩展后的差值h的密文： 2.2、 将额外信息bs进行加密， 得到加密后的额外信息Cbs， 将Cbs替代ctemp0， 得到DE嵌入后 的差值h的密文即第一携密密文。 5.根据权利要求1所述的密文域可逆信息隐藏方法， 其特征在于， 步骤(3)具体包括以 下步骤： 3.1、 将额外信息bs与隐藏密钥k进行异或加密， 得到待嵌入序列br， 如公式(4)： 其中brbr， 将携密密文中的密文向量的最后一个元素记为cLH1,， 该元素的LSB将被 权利要求书 1/3 页 2 CN 112054900 A 2 替换为比特br； 3.2如果brLSB(cLH1)， 则保持不变； 如果brLSB。

7、(cLH1)， 则对进行密钥替换刷 新， 直至LSB(cLH1)br， 得到完成嵌入的携密密文：和 6.根据权利要求1所述的密文域可逆信息隐藏方法， 其特征在于， 步骤(4)中， 密文域信 息提取及载体恢复包括密文域DE恢复和密文域DE提取； 密文域DE恢复用于从携密密文中得到恢复后的密文， 恢复后的密文使用私钥解密得到 原差值h与均值l， 代入公式(5)-(6)恢复出原始像素对(X,Y)： 差值h为X和Y的差值， l为X和Y的均值； 密文域DE提取具体为： 使用隐藏密钥k提取额外信息bs， 如公式(7)-(8)： brLSB(cLH1) (7) 7.根据权利要求1所述的密文域可逆信息隐藏方法。

8、， 其特征在于， 明文域信息提取及载 体恢复具体为： 使用私钥s进行对携密密文解密， 得到携密明文h和l； 从h中提取额外信息； 根据h恢复差值h， 将h和l代入以下公式计算出像素对(X,Y)； 差值h为X和Y的差值； l为X和Y的均值。 8.一种密文域可逆信息隐藏系统， 其特征在于， 包括加密模块、 管理模块和解密模块； 管理模块包括嵌入模块、 LSB提取模块和密文域信息提取及载体恢复模块； 解密模块包括明 文域信息提取及载体恢复模块和密文域解密模块； 加密模块和解密模块供用户方使用， 管 理模块供服务方使用； 加密模块， 用于对明文进行预处理和加密， 得到密文； 嵌入模块， 用于对加密模块。

9、提供的密文嵌入两次额外信息， 得到携密密文； LSB提取模块， 用于对携密密文进行LSB提取， 提取出二次嵌入的额外信息； 密文域信息提取及载体恢复模块， 用于对携密密文进行密文域DE恢复和进行密文域DE 提取， 通过密文域DE恢复得到恢复后的密文， 通过密文域DE提取得到额外信息密文； 明文域信息提取及载体恢复模块， 用于对嵌入模块处理得到的携密密文进行解密， 得 到携密明文， 再对携密明文通过DE恢复得到原始明文， 同时通过DE提取得到第一次嵌入的 权利要求书 2/3 页 3 CN 112054900 A 3 额外信息； 密文域解密模块， 用于对密文域信息提取及载体恢复模块处理得到的恢复后。

10、的密文和 额外信息密文进行解密， 得到原始明文和第一次嵌入的额外信息。 9.一种计算机设备， 包括存储器、 处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器 上运行的计算机程序， 其特征在于， 所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至 7任一项所述方法的步骤。 10.一种计算机可读存储介质， 所述计算机可读存储介质存储有计算机程序， 其特征在 于， 所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。 权利要求书 3/3 页 4 CN 112054900 A 4 一种密文域可逆信息隐藏方法及软硬件应用系统 技术领域 0001 本发明涉及信息隐藏、 信息加密与密文域数据处理。

11、技术， 具体为一种密文域可逆 信息隐藏方法及软硬件应用系统。 背景技术 0002 信息隐藏自20世纪90年代诞生以来， 在信息安全领域发挥的作用日益增强。 但是 多数隐写算法在嵌入隐秘信息的同时， 永久性地损坏了原始载体信号中的数据， 引入了一 定的失真。 但是这些失真在一些对数据认证要求较高， 同时需要无失真恢复出原始载体的 应用场合是不可接受的， 如远程医学诊断、 云环境下的加密数据标注、 军事与法律事务中 等。 在军事， 医学等领域中， 不仅隐秘信息具有极高的价值， 同样原始载体信号也是不可或 缺的。 例如， 对于医学图片任何一处修改都可能成为医疗事故诉讼中的关键， 唯有保证在提 取隐秘。

12、信息后能够无损还原原始图片， 才能避免引起的不必要的麻烦； 对于军事图像， 可逆 信息隐藏技术的意义更为明显， 如遥感图像在军事领域中具有很高的价值， 如果在嵌入信 息的过程中， 损坏了原始图像导致重要信息丢失， 那么引起的后果是难以估计的。 在司法领 域、 用户权限多级管理领域， 其同样具有很好的发展前景。 为了保证载体信号可以被无损还 原出来， 可逆信息隐藏的概念被提出， 要求在提取隐藏信息后可以无差错恢复出原始载体。 0003 可逆信息隐藏根据载体是否加密分为密文域与非密文域可逆信息隐藏， 其中密文 域可逆信息隐藏(Reversible Data Hiding in Encrypted 。

13、Domain,RDH-ED)是指用于嵌入 的载体图像是经过加密的， 嵌入信息后仍然可以无差错解密出载体图像的技术。 加密是当 前隐私保证与信息安全的重要手段之一， 信息加密成密文呈现的是混乱无序、 无意义的状 态， 未授权者只能看到随机的噪点信号， 而无法获取明文的真实信息。 但是现在越来越需要 能够直接对加密数据进行管理。 例如存储在远程云端的数字图像， 为了隐私保护， 通常对图 像进行加密存储， 信息隐藏技术可以通过在宿主中嵌入额外的信息， 如用户信息、 版权信息 等来方便地管理这些密文； 在医学影像中， 图像被加密用来保护病人的隐私， 同时可以在密 文图像中嵌入病人的病历或个人信息用于档。

14、案资料的管理； 在保持加密图像的完整性时， 计算加密图像的哈希值、 循环冗余校验码(CRC)或其他纠错信息并直接嵌入到加密图像中 去。 因此， 密文域可逆隐写对于云环境下的重要信息可以起到双重保险的作用， 密文域可逆 信息隐藏作为加密信号处理与隐写技术的结合， 是当前云环境隐私数据保护的研究热点之 一。 0004 现有的密文域可逆信息隐藏方法中， 可分离的可逆信息隐藏更强调了用户提取隐 藏信息与可逆恢复载体数据两过程的可分离， 这点对于用户的隐私保护与云环境下信息安 全与数据管理具有更大实用意义。 但是现有的密文域可逆信息隐藏技术在实现可分离隐写 的前提下， 有效保证数据大容量嵌入、 载体数据。

15、可逆恢复、 不可检测性等方面存在诸多难点 与问题， 因为现代加密算法要求明文的极小改变也将扩散到整个密文空间， 而可逆算法的 设计往往独立于加密算法， 使得嵌入过程中修改的加密数据越多， 解密结果失真会越大。 说明书 1/12 页 5 CN 112054900 A 5 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种密文域可逆信息隐藏方法及软硬件应用系统， 能够满 足可分离密文域可逆信息隐藏的前提下， 有效保证数据的高效、 大容量嵌入， 载体数据可逆 恢复。 0006 本发明是通过以下技术方案来实现： 0007 一种密文域可逆信息隐藏方法， 包括以下步骤： 0008 (1)对明文进行预处理和加密，。

16、 得到密文； 0009 (2)将加密后的一次额外信息嵌入密文中， 得到第一携密密文； 0010 (3)对第一携密密文二次嵌入基于密钥替换的密文LSB信息， 最终得到携密密文； 基于密钥替换的密文LSB信息为二次额外信息经加密处理得到的数据； 0011 (4)对携密密文进行以下三种处理： 0012 第一种为LSB提取， 提取出二次嵌入的二次额外信息； 0013 第二种为密文域信息提取及载体恢复， 得到原始明文和一次嵌入的一次额外信 息； 0014 第三种为明文域信息提取及载体恢复， 得到原始明文和一次嵌入的一次额外信 息。 0015 进一步， 步骤(1)中， 明文为图像， 预处理的步骤为： 00。

17、16 1.1、 为对图像进行排序， 得到排序后的图像记为I， 将I分割为不重叠的像素对 (X,Y)， 0X,Y255； 0017 1.2、 计算像素的差值h与均值l， 差值h为X和Y的差值； 0018 l为X和Y的均值， 且取整； 0019 1.3、 对像素对进行防溢出约束与保真约束， 得到满足约束条件的像素对； 0020 防溢出约束的条件： 差值h满足公式(1)-(2)的约束； 0021 |h|min(2(255-l),2l+1) (1) 0022 |2h+bs|min(2(255-l),2l+1)(bs0,1) (2) 0023 保真约束具体为： 给像素对的差值设置阈值hfid， 约束差值。

18、的取值范围， 满足公式 (3)： 0024 hhfid (3) 0025 进一步， 步骤(1)中， 所述加密具体为： 对(h,l)的各比特进行逐位加密， 得到加密 后的密文和 0026其中，每次加密均使用新的公 钥。 0027 进一步， 步骤(2)包括以下步骤： 0028 2.1、 将密文序列左移一个单位， 空余位置使用ctemp0填充， 其中， ctemp0Enc(0)， 然 后得到扩展后的差值h的密文： 0029 2.2、 将额外信息bs进行加密， 得到加密后的额外信息Cbs， 将Cbs替代ctemp0， 得到DE 说明书 2/12 页 6 CN 112054900 A 6 嵌入后的差值h。

19、的密文即第一携密密文。 0030 进一步， 步骤(3)具体包括以下步骤： 0031 3.1、 将额外信息bs与隐藏密钥k进行异或加密， 得到待嵌入序列br： 0032 0033其中brbr， 将携密密文中的密文向量的最后一个元素记为cLH1,， 该元素的LSB 将被替换为比特br； 00343.2如果brLSB(cLH1)， 则保持不变； 如果brLSB(cLH1)， 则对进行密钥替 换刷新， 直至LSB(cLH1)br， 得到完成嵌入的携密密文：和 0035 进一步， 步骤(4)中， 密文域信息提取及载体恢复包括密文域DE恢复和密文域DE提 取； 0036 密文域DE恢复用于从携密密文中得到。

20、恢复后的密文， 恢复后的密文使用私钥解密 得到原差值h与均值l， 代入公式(5)-(6)恢复出原始像素对(X,Y)： 0037 0038 0039 差值h为X和Y的差值， l为X和Y的均值； 0040 密文域DE提取具体为： 使用隐藏密钥k提取额外信息bs： 0041 brLSB(cLH1) (7) 0042 0043 进一步， 明文域信息提取及载体恢复具体为： 使用私钥s进行对携密密文解密， 得 到携密明文h和l； 0044 从h中提取额外信息； 0045根据h恢复差值h， 0046 将h和l代入以下公式计算出像素对(X,Y)； 0047 0048 0049 差值h为X和Y的差值； l为X和。

21、Y的均值。 0050 本发明还公开了一种密文域可逆信息隐藏系统， 包括加密模块、 管理模块和解密 模块； 管理模块包括嵌入模块、 LSB提取模块和密文域信息提取及载体恢复模块； 解密模块 包括明文域信息提取及载体恢复模块和密文域解密模块； 加密模块和解密模块供用户方使 用， 管理模块供服务方使用； 说明书 3/12 页 7 CN 112054900 A 7 0051 加密模块， 用于对明文进行预处理和加密， 得到密文； 0052 嵌入模块， 用于对加密模块提供的密文嵌入两次额外信息， 得到携密密文； 0053 LSB提取模块， 用于对携密密文进行LSB提取， 提取出二次嵌入的额外信息； 005。

22、4 密文域信息提取及载体恢复模块， 用于对携密密文进行密文域DE恢复和进行密文 域DE提取， 通过密文域DE恢复得到恢复后的密文， 通过密文域DE提取得到额外信息密文； 0055 明文域信息提取及载体恢复模块， 用于对嵌入模块处理得到的携密密文进行解 密， 得到携密明文， 再对携密明文通过DE恢复得到原始明文， 同时通过DE提取得到第一次嵌 入的额外信息； 0056 密文域解密模块， 用于对密文域信息提取及载体恢复模块处理得到的恢复后的密 文和额外信息密文进行解密， 得到原始明文和第一次嵌入的额外信息。 0057 本发明还公开了一种计算机设备， 包括存储器、 处理器以及存储在所述存储器中 并可。

23、在所述处理器上运行的计算机程序， 所述处理器执行所述计算机程序时实现所述方法 的步骤。 0058 本发明还公开了一种计算机可读存储介质， 所述计算机可读存储介质存储有计算 机程序， 所述计算机程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。 0059 与现有技术相比， 本发明具有以下有益的技术效果： 0060 本发明公开了一种密文域可逆信息隐藏方法， 基于LWE的加密算法进行可逆信息 隐藏， LWE加密算法是典型的单比特公钥加密算法， 对密文数据嵌入时首先基于单比特加密 技术的特点， 在密文域中使用差值扩散(Difference Expansion， DE)嵌入， 密文域DE嵌入后 可以得到一次嵌入后的。

24、携密密文， 然后使用基于密钥替换技术的密文LSB嵌入， KS-LSB嵌入 是在上次嵌入得到的携密密文中实施的二次嵌入， 并且不影响解密结果， 即直接解密携密 密文得到携密明文， 对携密明文可以进行信息提取与无损恢复操作， 同时KS-LSB嵌入后的 携密密文支持从密文中直接提取信息， 从而保证了算法的可分离性。 首先基于单比特加密 技术的特点构造的密文域差值扩展方法具有安全、 高效的特点， 能够实现嵌入后的密文对 应的明文中携带嵌入信息； 为了保证携密密文不解密的情况下也能提取信息， 使用了KS- LSB嵌入方法， 在密文域差值扩展嵌入后实施KS-LSB二次嵌入。 二次嵌入后的携密密文的密 文L。

25、SB中携带额外信息， 支持不解密情况下直接提取信息， 同时不影响密文域差值扩展嵌入 的解密结果， 即解密之后的携密明文中同样携带差值扩展嵌入的信息。 0061 进一步， 通过引入像素值排序技术， 有效提高了支持密文域差值扩展的密文数量， 保证了高的密文嵌入量； 通过对像素对进行防溢出约束与保真约束， 约束条件的像素对增 多， 可用于DE嵌入的适用像素对增加， 因此提高了密文域DE嵌入的嵌入量。 附图说明 0062 图1为本发明实例中算法框架。 0063 图2为算法流程图。 0064 图3为6张测试图像。 具体实施方式 0065 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明， 所述是对本发明的。

26、解释而 说明书 4/12 页 8 CN 112054900 A 8 不是限定。 0066 针对现有技术中存在的问题， 本发明提供一种能够满足可分离密文域可逆信息隐 藏的前提下， 有效保证数据的高效、 大容量嵌入， 载体数据可逆恢复的密文域可逆信息隐藏 方法。 LWE加密算法是典型的单比特公钥加密算法， 对密文数据嵌入时首先基于单比特加密 技术的特点， 在密文域中使用差值扩散(Difference Expansion， DE)嵌入， 密文域DE嵌入后 可以得到携密密文， 直接解密携密密文得到携密明文， 对携密明文可以进行信息提取与无 损恢复操作。 使用基于密钥替换技术的密文LSB嵌入(Key S。

27、witching based Least Significant Bit,KS-LSB)， KS-LSB嵌入是在上次嵌入得到的携密密文中实施的二次嵌入， 并且不影响解密结果， KS-LSB嵌入后的携密密文支持从密文中直接提取信息。 0067 如图1所示， 本发明公开了一种密文域可逆信息隐藏方法， 包括以下步骤： 0068 (1)对明文进行预处理和加密， 得到密文； 0069 (2)将加密后的一次额外信息嵌入密文中， 得到第一携密密文； 0070 (3)对第一携密密文二次嵌入基于密钥替换的密文LSB信息， 最终得到携密密文。 该携密密文用于保存， 传输及后续的解密与信息提取操作， 之后不再区分一。

28、次或二次嵌入 的携密密文， 只使用经过二次嵌入后的携密密文。 0071 其中， 基于密钥替换的密文LSB信息为二次额外信息经加密处理得到的数据。 0072 (4)对携密密文进行以下三种处理： 0073 第一种： 对携密密文进行LSB提取， 可以提取出二次嵌入的额外信息； 0074 第二种为密文域信息提取及载体恢复； 第三种为明文域信息提取及载体恢复， 通 过这两种方式对携密密文进行处理解密， 得到原始明文和第一次嵌入的额外信息。 0075 本发明基于单比特加密进行密文域DE嵌入， 支持解密之后的信息提取， 为了能够 从密文中直接提取信息， 使用的单比特加密技术又适用KS-LSB嵌入， 两次嵌入。

29、的额外信息 相同或不同， 所以选择二次嵌入用于保证从密文中直接提取信息。 0076 嵌入信息通常是一些备注信息， 备注信息是为了辅助实现密文的管理， 能直接提 取信息可以保证不解密用户明文内容的前提下实现管理。 0077 以下为本发明中使用的变量符号及含义， 如表1所示： 0078 表1变量符号及含义 说明书 5/12 页 9 CN 112054900 A 9 0079 0080 以下为本发明中使用的参数设置与函数使用： 0081 加密参数： 私钥比特长度为n； 模数为素数q， q(n2,2n2)； 公钥矩阵的维数d， d(1 + )(1+n)log2q， 1 0，发明中引入的噪声服从分布 ，。

30、 噪声的分布其 中 q x 表 示 对 q x 取 整 ， 噪 声 分 布 的 标 准 差 0082 此外， 算法中会使用到以下6个函数： 0083 1、 私钥产生函数： sSKGen n,q(.) 0084输出为私钥私钥组成为s(1,t)， 其中向量服从分布 。 0085 2、 公钥产生函数： APKGen(d,n),q(s)； 0086在函数中首先生成一个均匀分布的矩阵与一个服从分布的向量 然后由W和e计算向量bWt+2e。 0087 最后可以输出公钥A， 矩阵AZdn的第1列为向量b， 后n-1列为-W， 即A(b,-W)。 0088 3、 加密函数： cEncA(p)； 0089输出为。

31、密文向量输入为明文比特p0 ,1与公钥A。 首先构造向量 生成随机均匀分布的向量最后输出密文c： cm+ATar。 00904、 比特位分离函数BitDe(x)， 说明书 6/12 页 10 CN 112054900 A 10 0091输 入 为 整 数向 量 x ； 输 出 x的 各 层比 特 位组 成的 向 量 0092 5、 解密函数： pDecs(c)q2。 0093 输出为解密得到的明文比特p0,1。 输入为密文c与私钥s。 该解密函数中的输 入量、 过程量、 输出量以及运算类型均是十进制运算， 如果这些过程量及运算都是二进制形 式， 就把这样的一个函数称为具有该函数功能的电路， 解。

32、密电路函数设计记作： Dec*S(C)， 其中输入的密文与私钥分别为对应量的比特位展开， CBitDe(c)， SBitDe(s)。 0094 6、 替换矩阵生成函数： BSwitchKGen(s1,s2)， 密钥替换主要用于KS-LSB的嵌入， 替换矩阵来自BLSB： BLSBSwitchKGen(s,s)， 其中 0095 以下为本发明中使用到的密钥生成与分布： 0096 密钥分配如表2所示， 其中随机序列k用于KS-KSB嵌入前对明文序列进行异或加 密。 0097 表2密钥分配 0098 0099 预处理： 0100 (一)像素值排序 0101 明文为512512的灰度图I。 对于一行中。

33、的所有像素， 像素被记为像素序列(p1, p2,pl)， l512。 像素序列按照升序重新排列得到新的序列p (1)， p (2)， ， p (l)， 当ij 时， p (i)p (j)其中 :1,2,l1,2,l是一个单映射， 输出的是原像素的位置， 排 序后的图像记为I。 映射 作为辅助信息嵌入密文并传送给接收者。 0102 (二)防溢出约束与保真约束 0103 将I分割为不重叠的像素对(X,Y)， 0X,Y255。 一对可用像素可以负载1比特额 外信息bs0,1。 为了防止嵌入后出现像素值溢出， 要求像素差值h满足公式(1)-(2)的约 束： 0104 |h|min(2(255-l),2。

34、l+1) (1) 说明书 7/12 页 11 CN 112054900 A 11 0105 |2h+bs|min(2(255-l),2l+1)(bs0,1) (2) 0106 保真约束是指在可用像素对非满嵌的情况下， 优先选择差值较小的像素对， 通过 给像素对的差值设置阈值hfid， 约束差值的取值范围： 0107 hhfid (3) 0108 满足上述约束的像素对可用于DE嵌入， 使用索引矩阵Mava0,1512512来标记可 用像素对的位置： 标记为 “1” 的位置指示可用像素对中数值较大的像素在图像中的位置， 其 余位置均标记为 “0” 。 Mava将被无损压缩后作为密文的辅助边信息， 。

35、随载体数据进行传输。 0109 数据加密与密文域DE嵌入 0110 (一)数据加密 0111 对于满足约束条件的像素对(X,Y)， 首先计算像素的差值h与均值l， 对(h,l)的各 比特进行逐位加密：每次加密都需要使 用新的公钥。 0112 (二)密文域DE嵌入 01131)密文为和计算ctemp0Enc(0)。 如图2 所示， 将密文序列左移一个单位， 空余位置使用ctemp0填充， 得到扩展后的差值h的密文： 0114 2)将额外信息进行加密， 将其密文替代上一步的中填充的ctemp0， 得到DE嵌入后的 差值h的密文： 0115 基于密钥替换的密文LSB信息嵌入 0116 1)将额外信息。

36、bs与隐藏密钥k进行异或加密， 得到待嵌入序列br： 0117 0118其中brbr。 将携密密文中的密文向量的最后一个元素记为cLH1,， 该元素的 LSB将被替换为比特br； 01192)如果brLSB(cLH1)， 则保持不变； 如果brLSB(cLH1)， 则对进行密钥替换 刷新： 0120 3)重复上一步骤2)， 直至取得LSB(cLH1)br。 0121此时， 得到了完成嵌入的携密密文：和 0122 密文域信息提取及载体恢复 0123 对于携密密文， 服务方可以在不解密出明文的情况下使用隐藏密钥k提取额外信 息bs： 0124 brLSB(cLH1) (5) 0125 说明书 8/。

37、12 页 12 CN 112054900 A 12 0126 密文域载体恢复是为了得到一个新的密文， 解密结果为原始明文。 0127 计算ctemp0Enc(0)， 将密文序列右移一个单位， 空余位置使用ctemp0填充。 得到恢 复后的密文为：与 0128 恢复后的密文返回给用户， 使用私钥解密可以得到原差值h与均值l。 代入公式 (7)-(8)恢复出原始像素对： 0129 0130 0131 明文域信息提取及载体恢复 0132对于携密密文， 用户可以使用私钥s进行解密， 得到携密明文h 和l： 0133 额外信息可以从h中提取： 0134 bsLSB(h) (9) 0135 LSB(.)用。

38、于获得输入整数的最低有效位。 0136 原始像素对可以通过DE算法的恢复过程进行恢复， 首先恢复差值h： 0137 0138 将h和l代入公式(8)-(9)计算出像素对(X,Y)。 0139 以下为本发明对结果的正确性分析： 0140 (一)明文恢复准确性 0141 在本章算法中， 明文恢复分为两种情况： a)用户直接解密携密密文以获得携密明 文， 计算此时得到的携密明文的峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio,PSNR)， 记为 PSNR1。 然后对携密明文进行DE恢复得到明文， 计算恢复明文的PSNR， 记为PSNR2； b)第三方 服务方对携密密文实施密文域载体。

39、恢复操作可以得到新的密文。 用户接收并解密新的密文 得到明文， 计算该明文的PSNR， 记为PSNR3。 0142 由于算法在加密前对如图3所示的6张图像进行像素值排序(Pixel Value Ordering,PVO)处理使图像趋于光滑， 满足公式(1)-(3)中约束条件的像素对增多， 可用于 DE嵌入的适用像素对增加， 因此提高了密文域DE嵌入的嵌入量， 算法的最大嵌入量与可用 像素对的数量有关。 在最大嵌入量下的PSNR1-3结果如表3所示。 从PSNR1的结果可以看出， 携密明文中存在失真。 PSNR2和PSNR3均为 “” ， 表示恢复后的明文没有失真。 表3中， 明文的 最大嵌入率。

40、接近0.500bpp， 说明几乎全部像素对都能满足约束可用于嵌入。 0143 通过调整hfid的取值， 继续分析不同嵌入量下携密明文图像的PSNR1。 像素对中两 像素的差值越小， 嵌入后像素的修改就越小。 因此hfid取值越小， 携密明文的失真越小， 但是 适用的像素对减少。 实验测试了hfid不同取值时携密明文的PSNR1、 密文嵌入量与对应的 PSNR1， 如表4所示。 0144 (二)信息提取准确性 说明书 9/12 页 13 CN 112054900 A 13 0145 算法中有三种数据提取的情况： a)服务方直接从携密密文的LSB中直接提取信息； b)用户解密携密密文后得到携密明文。

41、， 然后使用DE提取算法得到嵌入数据； c)服务方对携 密密文执行密文域DE提取得到额外信息的密文， 用户解密可以得到嵌入数据。 实验中对105 比特额外信息进行嵌入与提取， 并对提取信息的准确性进行逐位对比， 结果为上述三种情 况下信息提取的准确率均为100。 0146 表3最大嵌入量与明文嵌入率时的PSNR1-3 0147 测试图像最大容量/bit最大嵌入率/bppPSNR1/dBPSNR2/dBPSNR3/dB Lena1310720.50050.9706 Baboon1310480.49951.1409 Crowd1295290.49450.1606 Tank1310720.50051。

42、.5168 Peppers1310640.50050.4753 Plane1310690.50045.3539 Average1308090.49941.3525 0148 表4不同hfid取值的嵌入量/嵌入率与PSNR1 0149 0150 0151 安全性分析 0152 RDH-ED的安全性主要包括两个方面： 一是数据嵌入不会削弱加密的安全性， 也不 留下任何潜在的密码破解的风险； 二是在没有隐藏密钥的情况下， 无法直接从密文中获得 嵌入的信息。 0153 本章算法的嵌入过程没有对密文进行解密或修改操作， 保持了原加密算法的加密 强度。 嵌入操作主要是对单比特加密的密文进行序列上的调整与冗。

43、余密文的填充。 因此嵌 入过程不会泄露私钥或明文信息。 KS-LSB嵌入的过程中主要基于公开发布的公钥进行运 算， 不会泄露任何私钥信息。 0154 额外信息在嵌入过程中经过LWE加密， 密文域DE嵌入操作的对象是密文， 因此不会 说明书 10/12 页 14 CN 112054900 A 14 直接暴露额外信息的内容。 在KS-LSB嵌入前， 第三方服务方首先使用序列加密处理额外信 息， 然后再进行嵌入， 因此确保了密文LSB上携带的数据不会泄露额外信息的内容。 由于加 密过程引入了临时随机量， 因此使用同一公钥多次加密相同的明文， 得到的密文也是彼此 不相关的。 综上， 算法可以保持LWE。

44、加密的安全性， 嵌入过程中不会泄露私钥与明文信息。 在 未知私钥或隐藏密钥的情况下， 额外信息在携密密文的传播与存储过程中， 能够保证内容 保密。 0155 根据前面的分析与实验结果， 本发明的嵌入率主要与符合约束条件的像素对个数 有关， 由于明文图像内容的复杂程度不同， 不同图像的最大嵌入率有差异， 当hfid10时， 一 幅实验图像的明文嵌入率最大， 并且基本都可以达到0.5bpp； 当hfid0时， 图像的嵌入率最 小， 但是依然可以达到0.3443bpp以上。 0156 本发明提供一种能够满足可分离RDH-ED前提下， 有效保证数据大容量嵌入、 载体 数据可逆恢复的高效大容量密文域可逆。

45、信息隐藏方法。 本发明通过对基于LWE单比特加密 算法的密文数据进行密文域DE嵌入与KS-LSB嵌入。 嵌入信息后， 使用隐藏密钥可以从密文 中直接提取嵌入的信息， 使用解密密钥可以解密携密密文从而得到携密明文， 从携密明文 中可以提出嵌入信息以及恢复出原始明文， 从而保证了算法的可分离性。 0157 本发明还公开了一种密文域可逆信息隐藏系统， 包括加密模块、 管理模块和解密 模块； 管理模块包括嵌入模块、 LSB提取模块和密文域信息提取及载体恢复模块； 解密模块 包括明文域信息提取及载体恢复模块和密文域解密模块； 加密模块和解密模块供用户方使 用， 管理模块供服务方使用； 0158 加密模块。

46、， 用于对明文进行预处理和加密， 得到密文； 0159 嵌入模块， 用于对加密模块提供的密文进行两次加密处理， 得到携密密文； 0160 LSB提取模块， 用于对携密密文进行LSB提取， 提取出二次嵌入的额外信息； 0161 密文域信息提取及载体恢复模块， 用于对携密密文进行密文域DE恢复和进行密文 域DE提取， 通过密文域DE恢复得到恢复后的密文， 通过密文域DE提取得到额外信息密文； 0162 明文域信息提取及载体恢复模块， 用于对嵌入模块处理得到的携密密文进行解 密， 得到携密明文， 再对携密明文通过DE恢复得到原始明文， 同时通过DE提取得到第一次嵌 入的一次额外信息； 0163 密文。

47、域解密模块， 用于对密文域信息提取及载体恢复模块处理得到的恢复后的密 文和额外信息密文进行解密， 得到原始明文和第一次嵌入的一次额外信息。 0164 本发明公开的一种密文域可逆信息隐藏方法如果以软件功能单元的形式实现并 作为独立的产品销售或使用时， 可以存储在一个计算机可读取存储介质中。 基于这样的理 解， 本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程， 也可以通过计算机程序来指令相关 的硬件来完成， 所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中， 该计算机程序在被 处理器执行时， 可实现上述各个方法实施例的步骤。 其中， 所述计算机程序包括计算机程序 代码， 所述计算机程序代码可以为源代码形。

48、式、 对象代码形式、 可执行文件或某些中间形式 等。 计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、 可移动和非可移动媒体可以由任何方法 或技术来实现信息存储。 信息可以是计算机可读指令、 数据结构、 程序的模块或其他数据。 需要说明的是， 所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的 要求进行适当的增减， 例如在某些司法管辖区， 根据立法和专利实践， 计算机可读介质不包 说明书 11/12 页 15 CN 112054900 A 15 括电载波信号和电信信号。 0165 在示例性实施例中， 还提供了一种计算机可读存储介质， 所述计算机可读存储介 质存储有计算机程序， 所述计算机。

49、程序被处理器执行时实现所述密文域可逆信息隐藏方法 的步骤。 其中， 所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设 备， 包括但不限于磁性存储器(例如软盘、 硬盘、 磁带、 磁光盘(MO)等)、 光学存储器(例如CD、 DVD、 BD、 HVD等)、 以及半导体存储器(例如ROM、 EPROM、 EEPROM、 非易失性存储器 (NANDFLASH)、 固态硬盘(SSD)等。 0166 在示例性实施例中， 还提供了一种计算机设备， 包括存储器、 处理器以及存储在所 述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序， 所述处理器执行所述计算机程序时实 现 所 述 密 文 域 可 逆。

50、 信 息 隐 藏 方 法 的 步 骤 。处 理 器 可 能 是 中 央 处 理 单 元 (CentralProcessingUnit， CPU) ， 还可以是其他通用处理器、 数字信号处理器 (DigitalSignalProcessor， DSP)、 专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircu it， ASIC)、 现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray， FPGA)或者其他可编程逻辑 器件、 分立门或者晶体管逻辑器件、 分立硬件组件等。 说明书 12/12 页 16 CN 112054900 A 16 图1 图2 说。