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一种基于圆环冗余解析的抗旋转与剪切攻击的信息隐藏算法

发布时间:2019-05-15 02:15:00 文章来源:工具之家    

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石方夏+任帅+娄棕棕+张弢

摘 yao 针dui基yu数字tuxiangxinxiyin藏技术dekang旋转xinghe抗剪切xingde要求ti出yizhong基于kongjian域环xingrongyujiexide信xi隐藏suanfa。将数字tuxiang按照颜色kong间mo式进xingfen解选择能liangjiao小defenliang作为zaititu像进行yuan环等liangfenge并通guo修改圆环区yude像素均值达daoqianru信xidemude。gaisuanfa采yong在以圆心对称的环形区域nei嵌ru相同秘mi信息的方fa可有效di御旋转性攻击和抗剪切性;通过改bian圆环数和区域面ji以增减嵌入的信息量且不可jian性不随嵌入容量的增减而改变;信息隐藏分析检出率小于4.35%。shiyan表明该suanfa具有lianghao的抗旋转性、抗剪切性以ji抗分析性能。

关键词: 信息隐藏; 灰度圆环区域; 环形冗yu解析; 颜色空间

中图分类号: TN918?34; TP391.4 wen献标识ma: A wen章编号: 14?373X2017)01?0036?05

Abstract: To satisfy the requirements of the anti?rotation and anti?cutting performance of the information hiding technology based on digital image an information hiding algorithm based on spatial domain lαβ annulus redundancy analysis is proposed. The digital image is decomposed according to the lαβ color space mode and then and components with small energy are selected as the carrier images for equal segmentation of the annulus. The modification of the pixel mean value in the annulus can realize the purpose of information embedding. The method of embedding the same secret information in the annulus area with the circle center symmetry is adopted in the algorithm to resist the rotation attack and anti?cutting performance effectively. The change of annulus quantity and region area can regulate the embedded information content and the invisibility doesn′t change with the embedded capacity. The detection rate of the information hiding analysis is less than 4.35%. The experimental results show the algorithm has good anti?rotation anti?cutting performance and anti?analysis performance.

Keywords: information hiding; gray?scale annulus area; annulus redundancy analysis; color space

0 引 言

基于数字图像的空间域信息隐藏技术是目前信息内容安全的主要实xianxing式之一是目前主流的应用途径。在空间域算法中文献[1]针对现有的直接位平面替换算fa提出一zhongji于RGB颜色空间的改进的位平面信息隐藏算法,该算法考虑RGB三个颜色分量的视觉敏感性以及ge颜色空间的区域fu杂性,将秘密信息按照一ding的规ze嵌入到RGB分量的低层位平面。算法不可见性强,嵌入率较高;文献[2]通过对载ti图像和秘密图像分别置乱,然后对载ti图像分kuai,在每块子图像中zhong复嵌入1 b信息,提出一种抗JPEG压suohe掩密分析的空间域图像信息隐藏算法,该算法对常见的JPEG压缩具有较hao的鲁棒性;文献[3]提出一种基于图像分块灰度tong计特性和混沌系统的空域信息隐藏xin算法,该算法利用空域重要位置上的统计特性的相对不变特性对掩饰空间的选取过程jia以控制,通过混沌猫映射的置乱增强秘密信息的不可见性,使得信息隐藏过程中秘密信息的脆弱性yu隐秘的不可见性两zhede矛盾有机地统一起来,该算法具有较强的抗检测、抗tiqu能力;以上算法对抗剪切性和抗旋转性较差;文献[4]通过载ti图像隐藏容量和秘密信息的da小确ding隐藏秘密信息的备份数,确定隐藏信息的拉丁方阵模板,提出一种基于拉丁方阵的抗剪切信息隐藏算法,该算法虽然能够实现大容量隐藏并且能够抵抗大面积dejian切攻击,但抗旋转性,鲁棒性较差。

基于上述问题,本文提出一种基于圆环解析的信息隐藏算法。首先,将载体图像进行颜色空间的分解,得出分量;其次,将分量转换成灰度图像,由于分量zhanyouyuan始图像的大量信息,修改将影响信息隐藏的不可见性,而分量能量微弱,suo以算法利用分量的能量分bu特性,以分量灰度图作为信息隐藏嵌入区域,对分量灰度图按照信息嵌入量进行适当的等量圆环分割;然后求出各个区域的平均值,按照四舍五入,奇shuwei1,ou数为0的规则求出各个区域的0/1xulie;最后对载体图像进行Arnold置亂生成秘密信息的0/1序列,将秘密信息的0/1序列载体0/1序列和秘密信息的0/1序列进行对比优化和修改,以dadao隐藏秘密信息的目的。

1 基于圆环冗余解析的信息隐藏算法设计

1.1 选择空间域载体

隐藏区域的选择是算法必需涉及的问题,尤其是在基于空间域的信息隐藏算法中必须重点考虑。基于环形冗余解析的信息隐藏算法设计中,信息隐藏区域的设计遵循嵌入位置的能量以及生成嵌入区域的复杂度特性。能量原则体现在利用颜色空间中颜色分量的独立性和权重差异,分量相对于分量,在影响可视性中的权重zuida,分量han有大量的冗余性,yin此选择分量灰度图作为载体图像;复杂度原则是利用颜色空间的分解、Arnold置乱技术的性能优势。环形冗余解析算法按照zu合位平面规则在生成的分量的灰度转换图中进行环形解析,实现信息隐藏的目的。

1.2 信息嵌入的流程与步骤

基于环形冗余解析的信息隐藏算法的信息嵌入共分为13个步骤liu程如图1所shi。

Step1:将载体图像进行颜色空间转化,分别提取出分量灰度tu记作

Step2:由于分量图带有载体图像的大量信息,分量含有大量的冗余性,所以选择分量图作为载体图。

Step1:对含密图像按照隐藏时的步骤Step1Step4得到相对应序列;

Step2:对通guoxu列转化为相应的二值图像并通过置乱的解密最终提qumi密信息。

2 性能测试与分析

对基于环形冗余解析的信息隐藏算法进行实验仿真,环境为Matlab 2010a,载体图像为Lena512×512)彩色图像如图4(a)所shi,隐藏信息(28×28)二值图像如图4(b)所示。

2.1 不可见性实验

依照算法得到含密图像,如图4(c)所示。隐藏信息后的含密图像与载体图像的PSNR=33.945 4 dB,算法达到了良好的不可见性。

依照本文算法,测试载体图像wei256×256,环个数为r,对应的平junPSNR如tu5所示,数据显示算法具有PSNR33.90 dB的高不可见性。

如图5所示,随zhuo环数的增加,PSNR始终在34.03~33.90 dB之间,无明显的变化,bingmei有随着嵌入量的增加发生变化,不可见性降低,原因在于算法环数的增减并没有改变变换区域的像素变换数目,修改数目始终是整个圆形区域的像素平均值的奇偶调整,故可以保持不可见性的水平,消除不可见性与容量性的冲突。但考虑时间开销问题,尽量控制在64环内,此时嵌入率为66.7%。

2.2 旋转攻击的鲁棒性实验

鲁棒性shiheng量图像经过处理后的抗改变程度,图像经过旋转(ni时针)之后,提取秘密信息的二值图像,如图6所示。

依照本文算法,測试载体图像为256×256,旋转角度对应提取出的二值图像的平均PSNR如图7所示,数据显示算法可以始终保持PSNR14.026 7 dB,对于二值图像来说,均可以满zu识别要求(如图6所示),所以算法具有满足通信要求的强鲁棒性。另外,实验发现,当图像旋转为90°的倍数时,无任何失真,所以当旋转角度达到90°时,原始图像一样,旋转30°和旋转120°结果一zhi,以此类推,故图7只显示了

2.3 剪切攻击的鲁棒性实验

按照上述方法将分量载体图像转化成的0/1序列ju阵,将秘密信息转化成的0/1序列矩阵,如图8所示。在1,2,3,4区域内嵌入秘密信息0/1序列,而在与1,2,3,4区域相对称的5,6,7,8区域内嵌入相同的0/1序列。当进行小于1/2剪切的整区域剪切时,可以从其对称的区域内提取秘密信息,达到100%的信息提取。

对含密图像进行抗剪切实验分析,在小于50%的剪切攻击中,只要是整体剪切,可以完全提取。原因在于算法采用了环形的冗余(对称)嵌入策略。在大于50%的剪切中,依照本文算法,测试载体图像为256×256,剪切百分比设为对应提取信息的平均PSNR如图9所示,数据显示算法在剪切小于80%时,具有PSNR14.985 9 dB,对于二值图像来说,完全可以辨别传输的文字(如图6所示),故有强抗剪切特性。

2.4 抗分析性仿真及分析

使用双统计量检测分析法RS和基于小波系数的高阶统计量分析法HOSWC来分析基于环形冗余解析的信息隐藏算法性能,实验结果如图10所示。

由图10(a) 得知嵌入量为0时,的初始差值约为157,的最大差值为335。的最大差值为160,由图知,嵌入率不会直接影响差值。对50幅随机图像做HOSWC检测,当嵌入量分别为0 KB,16 KB和32 KB时,高阶统计量检测分析曲线分布并没有明显的区分开来,即无法找出区分隐藏前后的一个甚至多个阈值,可知基于环形冗余解析的信息隐藏算法抗击HOSWC检测的能力不会随着嵌入量的增加而受影响,如图10(b) 所示。因此基于环形冗余解析的信息隐藏算法可抵抗上述分析方法。

3 结 论

综上所述,该算法以分量灰度图作为信息隐藏载体,对其进行圆环冗余解析,根据隐藏的秘密信息量确定圆环数和环内份数,同时还可以增加圆环数和环内份数使其具有较大的嵌入容量,在圆环对称的区域内隐藏相同秘密信息,对剪切算法有很强的鲁棒性。因其秘密信息全bu隐藏在圆环区域内,所以当旋转载体图像时,不会导致秘密信息的丢失,这使算法具有很高的抗旋转性。算法的不可见性不会随着嵌入信息的增加发生明显的变化,解决了容量性和不可见性的冲突问题。算法在抵抗双统计量检测分析法RS和基于小波系数的高阶统计量分析法HOSWC的检测效果良好,说明具有一定的抗分析特性。总之,该算法适用于对鲁棒性要求较高的应用环境。

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现代电子技术 2017年1期

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