基于加密过程的密文域可逆信息隐藏理论与方法研究

As an integration of cryptography and information hiding, reversible data hiding in encrypted domain has dual functions of data privacy protection and secret information transmission. However, there are many difficult problems to be solved in ensuring the clarity of the plaintext recovery, keeping encryption security and improving the embedding capacity. This research carries out theoretical research and practical innovation based on the encryption process, and studies the theory and technology of reversible data hiding based on the redundancy generated in the process of data encryption. Through excavation and effective use of redundancy in the encryption process, we compromise the information hiding technology and encryption technology, construct the theoretical model of the fusion of cryptography and information hiding technology, and design secure and efficient reversible information hiding methods. It can also lay the theory and application foundation for the development of reversible data hiding technology.

密文域可逆信息隐藏作为密码技术与信息隐藏技术的交叉融合，具有数据隐私保护与秘密信息传递的双重作用。但是，当前该技术在保证明文恢复的可逆性、保持加密安全性、提升嵌入容量等方面存在着许多亟需研究解决的难题。本课题从加密过程上开展密文域可逆信息隐藏的理论研究和实践创新，研究基于数据加密过程中自身产生的冗余来进行可逆信息隐藏的理论与相关技术。通过对加密过程中冗余的发掘与有效利用，将信息隐藏技术与加密技术进行有机融合，构建密码技术与信息隐藏技术融合的理论模型，设计安全高效的可逆信息隐藏方法，为可逆信息隐藏技术的发展奠定理论和应用基础。

密文域可逆信息隐藏是密码与信息隐藏技术的交叉融合，提供内容隐私保护与秘密信息安全传递双重安全保障，是当前加密信号处理与计算安全领域的重要研究方向，在面向云环境的远程医疗、司法取证、密文数据管理、多方安全计算、军事隐蔽通信等有重要的现实意义。.本项目围绕密文域可逆信息隐藏嵌入理论、密文域可逆嵌入的容量、安全性、可分离性等核心问题开展研究，攻克了一系列关键技术问题，首次提出了基于加密过程的密文域可逆信息隐藏嵌入理论和技术框架，设计了多种新型可逆嵌入的方案和算法，形成密文域可逆信息隐藏的评价指标体系，支撑面向云端网络空间的数据安全、通信安全和服务安全。项目的主要成果包括：.1、提出了基于加密过程冗余的密文域可逆嵌入理论与技术框架。.项目组从加密过程出发深入研究分析各类加密算法的特点，基于信息论及概率论模型理论论证了加密过程冗余的存在性，结合对典型加密算法的剖析、解构与仿真，揭示了利用冗余进行嵌入的机理，提出了三种具有普遍适用性的密文域可逆嵌入技术框架，丰富和创新了密文域可逆信息隐藏的理论与技术。.2、设计了多种密文域可逆信息隐藏方案和算法。.项目组从现实需求和应用出发，首次基于格密码、全同态密码、秘密共享等密码技术，针对密文域可逆嵌入技术的可逆性、安全性、可分离性、嵌入容量等性能要求，设计了多种新型密文域可逆信息隐藏嵌入算法，性能指标达到国际前沿技术水平，能够有效实现云端密文数据标注、检索、认证、管理和隐蔽通信。 .3、提出了密文域可逆信息隐藏的安全准则和技术评价新体系。.项目组在密文域可逆信息隐藏的安全理论分析模型中引入密码学的基本安全准则——Kerckhoofs准则，并基于该准则提出密文域可逆信息隐藏的安全分级模型。结合密文域的特点提出密文概率密度分布函数、信息熵、高维相关性等多种安全性量化指标，以及支持第三方的可分离性、密文嵌入率、计算复杂度等定性或定量分析指标，形成了新的技术评价体系，对本领域技术研究、算法设计以及性能评价具有重要指导意义。.项目成果在国内外一流期刊、会议上发表学术论文27篇，其中SCI检索8篇，申请国家发明专利6项，已授权2项，被大量网络空间安全、图像处理以及加密信息处理领域优秀的学术成果引用并给予充分肯定。