可认证及可修复式秘密图像共享技术研究

As the cutting edge research field of multimedia information security, secret image sharing provides a new way to use the digital image securely. It uses the mathematical algorithms to transfer the secret image into many shares, and then sends them to all participants. If the number of the cooperated participants not smaller than a predefined threshold, they can extract the secret image correctly. There are two advantages of secrect image sharing technique in general. The first one is the secret image can be controlled by multi participants other than only one, which inhances the security of the secret image. The second one is there is no need of adopting public key algorithms in secret image sharing, which means the lower computation cost.Based on the thoroughly study of secret image sharing's development, we found that the following problems are still need to be solved: 1) If there are cheaters among participants, how to design a new secret image sharing scheme, which should have both stego-share authentication function and stego-share restoration function.2) As to the phase of sending the shares to the participants securely,how to design a new image information hiding scheme under the condition of satisfying the new requirements generated by solving the problem 1). In this proposal, we make a feasible plan to solve above problems based on our research experience. The successful implementation of this project will further impove the performance of the image secret sharing technique and expand it's applying field. As a result, it will make a big contribution for building the high influence of our country in this research field.

作为多媒体信息安全领域的研究前沿，秘密图像共享技术提供了一种新的安全使用秘密图像的机制。它利用数学算法将秘密图像转换成多个伪装分存图像分发给多个参与者，当参与者数目大于或等于阈值时重构出秘密图像。秘密图像共享技术具有以下优势：1）多个参与者共同对秘密图像进行管制，增强了秘密图像的安全性；2）无需使用公钥加密技术，降低了算法复杂度。项目组在归纳现有研究成果基础上，凝练出目前研究中存在的一系列函待解决的科学问题：1）在参与者可靠性方面，如何设计既可以认证伪装分存图像的准确性，又可以对遭篡改的伪装分存图像进行修复的秘密图像共享技术；2）在分存图像安全传输方面，如何设计基于问题1）解决方案的分存图像信息隐藏算法。针对上述问题，项目组结合现有研究基础，拟定了切实可行的研究方案。项目的成功实施，有望显著改进秘密图像共享技术的性能，拓展秘密共享技术的应用领域，从而有力提升我国在该前沿领域的研究水平。

秘密图像共享技术利用数学算法将秘密图像转换成多个伪装分存图像分发给多个参与者，当参与者数目大于或等于阈值时重构出秘密图像。秘密图像共享技术具有以下优势：1）多个参与者共同对秘密图像进行管制，增强了秘密图像的安全性；2）无需使用公钥加密技术，降低了算法复杂度。本课题对秘密图像共享技术进行的研究成果包含以下内容。第一，针对秘密图像共享技术提出了基于矩阵变换的(n,n)门限多秘密图像共享方案及基于数独（Sudoku）的渐进式秘密图像共享方案。基于矩阵变换的(n,n)门限多秘密图像共享方案不仅可用于在同一组参与者中分享多个秘密图像，还可以在分享过程结束后增加新的参与者与秘密图像，由于在图像分享与还原过程中的XOR操作的使用，该算法具有复杂度低且图像质量高的特点。基于数独的渐进式秘密图像共享方案不仅生成的影子图像是有意义的，而且有较高质量的影子图像，更重要的是还原秘密图像的过程是渐进的，使用不同数量的影子图像参与还原过程，会得到不同视觉质量的还原图像。第二，针对参与者欺骗问题，设计了使用水印对分存图像进行验证功能的秘密图像共享技术。此方法在维持分存图大小不变的情况下，既藏入密图信息又嵌入水印信息，且使用环面自同构（Torus - automophism）技术产生安全性更高的分存图像。第三，针对秘密图像共享技术中的图像修复问题，提出了基于反比例距离权值的BSCB图像修复模型。基于反比例距离权值的BSCB图像修复模型在修复时考虑了更多的方向并且引入像素间距离与相关性的反比例关系，同时不采用随机值生成过程，实验显示此方法可以得到更好的修复效果和更高的修复效率。第四，针对分存图像的秘密传输问题提出了基于LZW压缩编码的高性能可逆信息隐藏算法及基于矢量量化算法的针对书法图像的水印方法。第一个算法利用LZW编码和字典大小的关系，将信息隐藏在LZW编码中，本方法不仅藏量高，而且计算简单，信息藏入和提取的速度都很高。第二个算法的针对书法图像的水印方法利用VQ编码方法和事先设定的替换规则在图像的复杂区域嵌入水印信息，而图像的平滑区域不被修改以保证图像的质量，本方法嵌入量高，鲁棒性强。