基于图像载体的秘密分享关键技术研究

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随着互联网技术和数字多媒体技术的发展,数字图像的使用越来越广泛,但是它的安全性也受到了威胁。尤其是个人隐私图像、商业机密图纸、医学图像和军事图纸等涉及个人、公司、公共事业单位和军队等隐私的数字图像,在存储和传输过程中容易被截获、篡改和破坏,因此它的安全性也受到了广泛的关注。而QR码作为一种特殊符号图像,随着移动设备的发展,被广泛用于移动商务、电子商务、产品信息传递与识别和用户服务体验等方面。由于它的广泛使用,也常被用来传输秘密信息,然而它在使用过程中,无论是以数字版本或是打印版本的形式存在,都容易被篡改和破坏,因此它的安全保护也越来越重要。图像加密技术和信息隐藏技术常用于保护图像的安全性,秘密分享技术相较于它们,除具有安全性外,还具有丢失容忍和权限控制等特性。本文围绕秘密分享鲁棒性、影子图像可理解性和权重分配的问题,以图像为载体,对不同图像类型的QR码与BMP图像的秘密分享关键技术进行了研究,主要内容及创新点如下:(1)提出了一种基于二值QR码鲁棒且影子图像可理解的秘密分享方案,设计了一种二值QR码与XVSS结合的秘密分享算法,解决了已有的QR码与秘密分享结合方案鲁棒性低的问题。该方案利用二值QR码在编码时未对填充码字进行校验的特性,替换填充码为含密数据生成影子图像,在秘密图像恢复阶段将填充码字区域的含密数据纠错后再运算,保持了QR码的纠错能力。该方案具有影子图像可理解、(k,n)门限、鲁棒性以及无像素膨胀等特性,通过鲁棒性测试实验验证了方案的有效性,通过与相关方案的对比实验验证了本方案具有更好的鲁棒性。(2)提出了一种基于灰度QR码鲁棒且影子图像可理解的秘密分享方案,设计了一种灰度QR码与XVSS结合的秘密分享算法,提高了秘密图像的恢复质量。该方案保持灰度载体QR码图像最高有效位平面不变,替换灰度载体QR码图像次高有效位平面为分享了秘密QR码的初始二值QR码影子图像,并令其他有效位值随机,从而生成灰度QR码影子图像。在秘密图像恢复时,具有鲁棒性且可以达到无损恢复,比其他方案恢复的秘密图像质量高,该方案还具有影子图像可理解、(n,n)门限和无像素膨胀等特性。实验结果验证了该方案具有的特性。(3)提出了一种灰度BMP图像具有不同权重的秘密分享方案,设计了一种基于CRT的不同权重的秘密分享算法,实现了灰度图像不同权重的秘密分享,分析了权重对秘密图像质量恢复的影响。相较于多项式秘密分享,该方案计算复杂度较低。此外,本方案还具有(k,n)门限特性,当参加恢复的影子图像数量大于等于k时,随着影子图像权重和数量的增加,恢复的秘密图像质量不断提升,当所有影子图像都参与恢复时,秘密图像可以无损恢复。相关的理论分析和实验结果验证了本方案的有效性。(4)提出了两种不同的彩色QR码的秘密分享方案,设计了两种彩色QR码秘密分享算法,两种算法均实现了以彩色QR码为载体的秘密分享,影子图像具有高不可感知性和可理解性。在第一种方案中,提出了一种彩色QR码不同平面连续嵌入秘密信息的分享算法。该方案具有(n,n)(2≤n≤3)门限特性,且可以采用叠加和异或两种秘密恢复方式;在第二种方案中,提出了一种彩色QR码不同平面分散嵌入秘密信的分享算法。该方案生成单个影子图像,可以达到标准解码器解码时解出原彩色QR码编码内容,而使用本算法解码出秘密信息的效果。相关实验结果验证了本方案的有效性。
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