云环境下基于交换加密水印的隐私媒体数据服务保护方法研究

With the rapid development of cloud computing technology, data services of digital media have been provided more and more possibility of application. However, for private media (a kind of visual media with private content), there are urgent security issues to be solved on storage, processing and usage in an open cloud computing environment. This study proposes the innovational protection methods for private media cloud data services based on the theory of Communicate Encryption and Watermarking (CEW). The object includes: 1) security model of private media data services in cloud; 2) research on the methods of communicate re-encryption and watermarking based on CEW; 3) the security protocol of communicate re-encryption and watermarking in cloud. The innovation of this study are as follows. An orthogonal-decomposition-based method of Communicate Re-encryption and Watermarking (CRW) and a homomorphic-encryption-based method of CRW are proposed to protect private media data services in cloud computing environment. The above methods not only can ensure the confidentiality of the private media and the interests of all parties, but also can make full use of processing ability of cloud computing. This study will provide strong theoretical and technical support for the development of multimedia cloud data services by solving the security issues of data services of private media.

当前云计算技术的高速发展为数字媒体的数据服务提供了广阔的应用前景。但隐私媒体（含有隐私信息的可视媒体）在云环境下进行存储、处理和使用等服务中存在迫切需要解决的安全问题。本课题基于交换加密水印的理论，对云环境下隐私媒体数据服务保护方法进行研究。研究内容包括：1）云环境下隐私媒体数据服务安全模型研究；2）基于交换加密水印的重加密和数字水印交换结合方法研究；3）交换重加密水印安全协议研究。本课题的创新体现在：提出基于正交分解的交换重加密水印方法和基于同态性质的交换重加密水印方法，用于保护云环境下隐私媒体数据服务安全。上述方法既能保护隐私媒体的内容机密性和服务各方的权益，也能利用云计算平台的处理能力。通过本课题的研究，解决云环境下隐私媒体数据服务的安全问题，将为云环境下多媒体数据服务的发展应用提供强有力的理论和技术支撑。

隐私媒体数据在云环境下进行存储、处理和使用等服务中存在迫切需要解决的安全问题。水印（或指纹）本身不能直接防止信息的泄密，但能够对数据的使用给予监督和控制，相反，密码技术能防止信息的非法泄露，但无法对数据的使用进行保护。因此，在内容安全保护研究领域，结合密码和数字水印（指纹）的安全保护机制，能为隐私媒体数据服务提供全面有效的安全保护。项目组提出了多种方法和理论，解决云环境下隐私媒体数据服务的安全问题。主要研究内容包括：结合云环境的特点和同态特性，提出了云环境下密文域可逆数据隐藏的隐私外包模型；为了保障各方权益，提出了云环境下结合重加密和数字指纹的多媒体安全分发协议；突破可逆性和鲁棒性的矛盾限制，结合秘密分享和多方计算理论，提出了密文域鲁棒可逆水印方法，提高了性能和实用性；基于块排序预测误差扩展和同态加密算法，提出了高效的SHE密文域可逆信息隐藏方法，在性能和密文大小上优势明显；提出基于DWT的秘密图像分享方法，保障隐私图像数据共享服务安全，性能优势明显；基于码分多址，提出了加密信号可逆信息隐藏方法，在大容量嵌入时有优势；基于置乱加密与多表替换的加密BOW模型，提出了加密域上的特征提取和处理，既保护了载体图像的隐私，也能对其进行有效处理。上述方法能保护隐私媒体的内容机密性和服务各方的权益，也能完成数据处理。通过本项目的研究，取得了一批有意义的研究成果，为云环境下多媒体数据服务的发展应用提供强有力的理论基础和技术支撑。