基于码分复用的加密域大容量鲁棒可逆信息隐藏

Reversible Data Hiding in Encrypted Image is a frontier topic in the field of information security. However, the performance of existing methods in image encryption, the capacity and the robustness of reversible data hiding needs to be improved urgently. The purpose of this project is to study the inherent mechanism of reversible data hiding in encrypted image, propose a reversible data hiding technology based on code division multiplexing in encrypted domain and expand the research. The main research contents include: 1) With the theoretical characteristics of code division multiplexing and reversible data hiding in encrypted image, a model of reversible data hiding in encrypted image based on code division multiplexing is proposed to expand the its application field. 2) Study the feature extraction techniques of image and optimize the performance of image encryption based on the code division multiplexing algorithm’s property of reversible data embedding and encryption. 3) Exploit the sparse representation method of cipher image and present a high capacity reversible data hiding algorithm in encrypted image based on code division multiplexing, to enhance the capacity of reversible data hiding in encrypted image. 4) A robustness enhancement algorithm for reversible data hiding in encrypted image is proposed based on the additive homomorphic property of code division multiplexing algorithm. At the same time, a multi-party security reversible data hiding algorithm in encrypted image combined with code division multiplexing and Shamir threshold theory is presented. The project provides a new idea to reveal the technical characteristics of code division multiplexing algorithm and the internal mechanism and the improvement of performance of the reversible data hiding in encrypted image.

加密域可逆信息隐藏是目前信息安全领域的前沿课题，而现有的方法在图像加密能力，可逆信息嵌入容量与可逆信息隐藏鲁棒性等方面性能都亟待提升。本项目旨在研究加密域可逆信息隐藏内在机制，提出一种基于码分复用的加密域可逆信息隐藏技术并展开拓展研究。主要研究内容包括：1）利用码分复用与加密域可逆信息隐藏的技术特性，建立基于码分复用的加密域可逆信息隐藏模型，拓展码分复用应用领域；2）研究图像特征提取技术，并基于码分复用算法进行可逆信息嵌入与加密，优化图像加密性能；3）探索密文图像稀疏化表示新方法，提出基于码分复用的加密域大容量可逆信息隐藏算法，提升加密域可逆信息隐藏能力；4）基于码分复用算法的加法同态特性，提出加密域可逆信息隐藏鲁棒性增强算法，同时，提出一种结合码分复用与Shamir门限理论的加密域多方安全可逆信息隐藏算法。本项目为揭示码分复用算法技术特性、加密域可逆信息隐藏内在机制与性能提升提供新思路。

加密域可逆信息隐藏兼具加密技术与可逆信息隐藏的优点，不仅能对多媒体数据的明文内容进行保护，而且能实现加密图像的完整性验证、安全检索以及解密图像的跟踪保护等。作为一个新兴的研究课题，加密域的可逆信息隐藏技术在图像加密能力，可逆信息嵌入容量与可逆信息隐藏鲁棒性等方面性能都亟待提升。本项目研究加密域可逆信息隐藏内在机制，提出一种基于码分复用的加密域可逆信息隐藏技术并展开拓展研究；为云环境下图像的安全存储与安全传输提供新思路，具有很强的研究价值和应用前景。主要研究内容包括：1）数字图像目标像素误差预测方面，设计了一种基于多元回归的可逆信息隐藏误差预测算法，利用自然图像局部区域内像素间存在的一致性关系，自适应地学习目标像素点与周围像素点间的内在联系实现目标像素预测，有效提升了预测算法的准确度。2）基于码分复用技术的数字图像大容量可逆信息隐藏方面，首次设计了一种基于码分复用与机器学习深度融合的医疗图像可逆信息隐藏方案，采用双层小样本神经网络对嵌入强度、序列长度等参数进行优化，提升载体图像的可逆信息隐藏能力。3）基于码分复用技术的音频文件大容量鲁棒可逆信息隐藏方面，利用音频文件单声道音频点之间的时间相关性和双声道之间的空间相关性，构建了陡峭分布的二维预测误差直方图，利用码分复用算法嵌入强度可调特性与嵌入向量隐私性，保障嵌入信息的鲁棒性与安全性。4）加密域可逆信息隐藏方面：利用JPEG图像DCT系数块间相关性，构建了双层DCT系数预测模型；同时，将同态加密技术引入可逆信息隐藏领域，实现了可分离的加密域可逆信息嵌入方案，实现了加密域高性能可逆信息嵌入。本项目已录用发表期刊论文35篇，其中SCI检索论文31篇（入选热点论文1篇，高被引论文4篇，IEEE Transactions论文5篇），中文核心期刊4篇；发表EI检索国际会议论文9篇；申请发明专利12项，授权发明专利6项；授权软件著作权4项。