可分离的加密域十六进制可逆信息隐藏

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1、可分离的加密域十六进制可逆信息隐藏　　摘要：可逆信息隐藏是信息隐藏技术的新兴研究方向，密文域可逆信息隐藏作为加密域信号处理技术与信息隐藏技术的重要结合点，对于数据处理过程中的信息安全可以起到双重保险的作用，尤其随着云服务的推广，密文域可逆信息隐藏是实现云环境下隐私保护的研究重点之一。　　针对当前可逆信息隐藏技术可分离性差、载体恢复失真较大的问题，提出了一种可分离的加密域可逆信息隐藏方案。在R-LWE公钥密码算法加密过程中，通过对加密域冗余区间的重量化与对密文数据的再编码，可在密文冗余中嵌入十六进制数构成的秘密信息。嵌入

2、信息后，使用隐写密钥可以完整提取隐藏信息，使用解密密钥可以无差错恢复出加密前数据，提取过程与解密过程可分离。理论推导出了影响信息提取与直接解密正确性的相关参数，通过仿真实验得出了参数的可取值区间，实验结果表明本方案在实现加密域的可分离可逆信息隐藏的基础上充分保证了嵌入后的明文解密的可逆性，而且1比特明文在密文域最大可负载4比特秘密信息。　　关键词：信息安全；可逆信息隐藏；加密域；十六进制数据嵌入；R-LWE　　中图分类号：TP309.7　　文献标志码：A　　文章编号：1001-9081（2016）11-3082-06　

3、　0引言11　　可逆信息隐藏是指秘密信息通过可逆的方式嵌入，在提取隐藏信息后可以无差错恢复出原始载体的一类信息隐藏技术[1]，其中加密域可逆信息隐藏是指用于嵌入的载体是经过加密的，嵌入信息后要求可以无差错解密原始载体。加密域可逆信息隐藏作为加密信号处理与隐写技术的结合，是当前云环境下隐私数据保护的研究热点之一[2]，主要应用于加密数据的管理与认证、隐蔽通信或其他安全保护。可分离的可逆信息隐藏强调用户提取隐藏信息与可逆恢复载体数据两过程的可分离，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意义，例如在云环境中，

4、为了使云服务不泄露数据隐私，用户需要加密个人数据，并希望云端能直接在加密域完成数据的检索或聚类分析，需要嵌入额外的备注信息，可分离性保证了终端或云服务器的密文分析过程直接在携密密文中，提取信息不会解密用户的个人数据，因此可分离的加密域可逆信息隐藏算法是当前可逆信息隐藏的研究重点之一[3-4]。11　　密文域可逆信息隐藏的技术难点主要可总结为以下三点：一是可逆性，即嵌入后密文的无失真解密及载体恢复的完全可逆；二是秘密信息的大容量嵌入；三是信息提取与解密过程的可分离等。分析上述难点的原因：一是当前的信息隐藏技术极大地依赖载

5、体的编码方式、所属的媒体类型及变换域的属性，而嵌入信息会对载体数据特征进行重新的量化与修改，但是加密会使明文内容呈现出最大的无规律性和不确定性，原有特征难以被提取和利用；另一方面，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，而可逆算法的嵌入过程往往独立于加密过程，嵌入过程中密文修改越多，解密失真越大。当前加密域可逆信息隐藏算法存在诸多不足，如文献[5-7]将加密与信息隐藏过程针对载体的不同部分独立进行，将部分载体数据或变换特征进行加密，并利用剩余部分载体数据携带额外信息，但是会导致原始信息部分泄露，影响载体的

6、安全性；为了保证载体的安全性，文献[1]首次将加密和信息隐藏结合一体，提出基于加密后图像的可逆隐写算法，操作简单且满足可逆性要求，但是加密算法过于简单，信息提取需要先进行图像解密不可分离，隐写荷载与载体恢复质量受密文图像的限制较大；之后文献[8]通过改进失真函数提升了文献[1]的可逆性能。文献[9-11]以损失载体数据解密质量为代价进一步提高了文献[8]的嵌入容量，但是嵌入量提高后的载体图片解密失真过大；文献[12]提出在加密的JPEG比特流中嵌入可逆信息以及文献[13]提出基于邻域像素平均差值的密文域可逆信息隐藏算法

7、，也都存在嵌入容量提高后，载体数据的恢复效果明显下降、可逆性较差的问题。为了提高算法的可逆性，编码技术被引入加密域可逆信息隐藏，如文献[14]提出利用熵编码实现密文域可逆嵌入，能够完全保证载体无失真恢复，但是其可逆实现主要是基于熵编码过程的可逆，因此信息提取与解密过程的先后顺序要求固定，不可分离。11　　为了有效实现算法的可分离，文献[15-17]引入同态技术，用公钥密码加密载体数据，利用同态加密嵌入信息，实现了一定的可分离，但是同态算法会使加密数据量产生明显扩张与运算复杂度的急剧增高，因此算法的加密嵌入效率极低，可用

8、性较差，而且解密后数据存在失真；文献[18]使用压缩感知技术实现了可分离，在密文的特定位置填充额外的冗余数据，运用压缩感知技术来嵌入信息，但是解压与解密过程会造成秘密信息泄露，影响嵌入信息的安全性；文献[3]提出了一种密文图像中的可分离信息隐藏机制，用矩阵运算的方法把加密的图像的最低有效位进行压缩，腾出的空间可嵌入秘密信息，随后数