一种在数据文件中无损隐藏信息的方法与流程

1.本发明涉及一种数据通信的方法，特别涉及一种在数据文件中无损隐藏信息的方法，属于通信领域。


背景技术：

2.信息隐藏，也称数据隐藏是信息安全的一个重要分支，其利用人类的视觉冗余将秘密信息嵌入到载体中，从而达到安全传输秘密信息的目的。
3.目前常规的信息隐藏方法如lsb方法，属于有损信息隐藏方法，即使有噪声或有损压缩，隐藏的信息也能够正常恢复，但载体数据无法精确恢复，可以说损失总是存在，且难以提高载体数据恢复质量。对图像来说，如果lsb算法隐藏容量为1/8，载体恢复质量不高，图像psnr只能达到51db左右。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种在数据文件中无损隐藏信息方法，既能进行大容量信息隐藏，又能通过参数设计进行无损信息隐藏传输，超过了传统信息隐藏的能力，且具有一定的安全性，适用于各类数据安全传输系统。
5.本发明的技术方案是：
6.一种在数据文件中无损隐藏信息的方法，包括：
7.步骤1：对数据文件x进行预处理及信息隐藏，得到含密数据流z；
8.步骤2：对含密数据流z进行解隐藏，提取秘密信息并恢复载体。
9.对数据文件x进行预处理及信息隐藏，得到含密数据流z，包括：
10.设数据文件x＝x1，x2，
…
xn，每个数据的值为0-255之间的某个值,用8比特表示，提取每个数据的第k有效位，组成二进制序列b＝b1，b2，
…
bn；
11.利用长度为q比特的一组参数s＝s1，s2，
…
sq，产生长度为n的二进制序列，记为y＝y1，y2，
…
yn,其中参数q小于n；用y替换数据流中的二进制序列b；
12.将参数s变为十六进制符号hh附加到数据文件x的文件名中；
13.在二进制序列y中隐藏g位秘密信息，形成二进制序列u＝a，v1，v2，
…
vg，其中g＝n-1；a为二进制数，等于0表示可无损恢复载体数据，等于1表示恢复载体数据在允许范围内存在一定的失真；
14.将二进制序列u与数据文件x事先约定的第k`有效位或某事先约定的二值序列进行异或运算，得到二值序列d＝d1，d2，
…
，dn；k`不等于k；
15.用二值序列d代替数据文件x中的第k有效位，得到隐藏信息后的含密数据流z。
16.所述利用长度为q比特的一组参数s＝s1，s2，
…
sq，产生长度为n的二进制序列，具体为：基于伪随机序列的方法产生二值序列y＝y1，y2，
…
yn；若y与b相等，则载体可无损恢复，对应a等于0；若y与b不相等，则载体在允许范围内存在一定失真，对应a等于1。
17.所述利用长度为q比特的一组参数s＝s1，s2，
…
sq，产生长度为n的二进制序列，具
体为：基于压缩及解压缩方法产生二值序列y＝y1，y2，
…
yn；若y与b相等，则载体可无损恢复，对应a等于0；若y与b不相等，则载体在允许范围内存在一定失真，对应a等于1。
18.所述基于伪随机序列方法中的参数s为：
19.产生混沌序列的q比特参数具体为：参数μ值、初值x0，长度n对应的二值序列s＝s1，s2，
…
sq。
20.所述基于伪随机序列方法中的参数s为：
21.产生最长线性移位寄存器序列，即m序列的q比特参数具体为：m序列的生成参数，即初态、结构，长度n对应的二值序列s＝s1，s2，
…
sq。
22.所述基于压缩与解压缩方法中的参数s为：
23.对二值序列b进行无损压缩得到压缩后数据文件，该文件对应的二值序列作为q比特参数序列s＝s1，s2，
…
sq，对应a等于0。
24.所述基于压缩与解压缩方法中的参数s为：
25.对二值序列b进行有损压缩得到压缩后数据文件，该文件对应的二值序列作为q比特参数序列s＝s1，s2，
…
sq，对应a等于1。
26.所述对含密数据流z进行解隐藏，提取秘密信息并恢复载体，包括：
27.提取含密数据流z的第k有效位，与数据文件x事先约定的第k`有效位或某事先约定的二值序列进行异或运算，得到二值序列u；
28.在二进制序列u中提取g位秘密信息；
29.根据文件名中扩展符号hh，恢复出长度为q的二进制参数序列s；
30.利用参数s产生长度为n的二进制序列，得到数据流x的第k有效位信息序列b＝b1，b2，
…
bn，并输出二进制序列u的第一位作为载体质量评价标志；若第一位为0，则可无损恢复得到数据流x；若第一位为1，表示恢复的数据流x在允许范围内存在一定失真.
31.本发明与现有技术相比的优点在于：
32.本发明利用信息隐藏技术在数据文件中嵌入秘密信息进行传输，接收端可以从数据文件或数据文件名中提取生成参数，进而根据生成参数恢复载体数据信息，并无损或高质量恢复原始数据以及无损提取信息数据。在不增加信息传输速率的情况下，能在数据文件中隐藏八分之一(嵌入率1bpp)及以上的大数据量，且隐藏容量固定，具有传输的保密性。
33.本发明与现有技术相比有下面几点实质性不同及进步：
34.(1)目前的大容量隐藏算法如最低有效位隐藏方法，虽然能在数据文件中隐藏八分之一的大数据量，但作为载体的数据只能是有损恢复，且psnr只能达到50db-51db，无法再提高。而本发明的隐藏容量在同样的八分之一情况下，原始数据总是可以高质量恢复，对图像来说，载体质量可以保障51db以上；
35.(2)目前的比特替换的空域隐藏算法载体质量无法控制，本发明的载体数据恢复质量可以事先知道(根据标志位)，a＝0时载体可以无失真恢复；
36.(3)目前的大容量隐藏算法主要针对自然图像载体，不适合随机图像载体；但本发明的方法不仅适合图像数据载体，也适合非图像数据载体；
37.(4)本发明可根据预处理，将参数附加在文件名中，事先根据载体有失真或无失真要求优化载体，通过参数设置灵活调整隐藏容量，实际容量可以突破1/8，甚至4/8。
附图说明
38.图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
39.(一)为了验证本发明所提出的算法的性能，仿真实验中首先采用了dat数据文件，数据流为x＝x1，x2.......xn，每个数据的值为0-255之间的某个值,用8比特表示，第k有效位为b＝b1，b2，
…
bn，n＝2048。
40.将0、1分布等概的随机序列数据作为秘密信息嵌入数据文件(载体)中，然后提取秘密信息和恢复载体。
41.具体方法如下：
42.步骤1：对数据文件x进行预处理及信息隐藏，得到含密数据流z，过程如下：
43.(1)提取数据文件x的第k有效位组成二进制序列b＝b1，b2，
…
bn，其中k＝8；
44.(2)利用长度为q比特的一组参数s＝s1，s2，
…
sq，产生长度为n的二进制序列，记为y＝y1，y2，
…
yn,其中参数q小于n。用y替换数据流中的二进制序列b；
45.利用参数s＝s1，s2，
…
sq，产生长度为n的二进制(0或1)序列方法为基于压缩及解压缩方法产生0-1二值序列y＝y1，y2，
…
yn，其中q＝32。
46.基于压缩与解压缩方法中的参数为对二值序列b进行无损压缩得到压缩后数据文件，该文件对应的二值序列作为q比特参数序列s＝s1,s2......sq，对应权利要求1中a等于0；
47.(3)将q比特参数每4比特一组变为十六进制符号0～f，附加到数据x文件名中，其中十六进制数据长度为8；
48.(4)在二进制序列y中隐藏g位秘密信息,形成二进制序列u＝a，v1，v2，
…
,vg，其中a＝0，g＝2047；
49.可采用的隐藏方法有多种，如空域隐藏方法、变换域隐藏方法等。这里采用空域直接替换的方式进行秘密信息隐藏。
50.(5)将二进制序列u与数据流x事先约定的第k`(k`＝1～8，k`不等于k)有效位或某事先约定的二值序列进行异或运算，得到二值序列d＝d1，d2，
…
，dn，其中k`＝3。特殊情况下，当事先约定的二值序列全为0时，就相当于没有进行异或，这也是本算法的一种情况。
51.(6)用二值序列d代替数据文件x中的第k有效位，得到隐藏信息后的含密数据流z。
52.步骤2：对含密数据流z进行解隐藏，提取秘密信息并恢复载体，过程如下：
53.(1)提取数据流z的第k有效位，与数据流x事先约定的第k`(k`＝1～8，k`不等于k)有效位或某事先约定的二值序列进行异或运算，得到二值序列u，其中k`＝3；
54.(2)在二进制序列u中提取g位秘密信息，其中g＝2047；
55.(3)根据文件名中扩展符号hh，恢复出长度为q的二进制参数序列s，其中q＝32；
56.(4)利用参数s产生长度为n的二进制序列，得到数据流x的第k有效位信息序列b＝b1，b2，
…
bn，并输出二进制序列u的第一位作为载体质量评价标志。第一位为0，则可无损恢复得到数据流x。
57.(二)为了验证本发明所提出的算法的性能，采用标准测试图像库中1幅大小为512
×
512的8比特灰度图像数据进行信息隐藏试验。
58.将0、1分布等概的随机序列数据作为秘密信息嵌入数据文件(载体)中，然后提取秘密信息和恢复载体。
59.具体方法如下：
60.步骤1：对数据文件x进行预处理及信息隐藏，得到含密数据流z，过程如下：
61.(1)提取数据文件x的第k有效位组成二进制序列b＝b1，b2，
…
bn，其中k＝8，n＝262144；
62.(2)利用长度为q比特的一组参数s＝s1，s2，
…
sq，产生长度为n的二进制序列，记为y＝y1，y2，
…
yn,其中参数q小于n。用y替换数据流中的二进制序列b，其中q＝128；
63.利用参数s＝s1，s2，
…
sq，产生长度为n的二进制(0或1)序列方法为基于伪随机序列的方法产生0-1二值序列y＝y1，y2，
…
yn，其中参数q小于n。基于伪随机序列方法中的参数为混沌序列的参数μ值、初值x0，长度n对应的二值序列s＝s1，s2，
…
sq；对应权利要求1中a等于1；
64.典型混沌序列基于logistic混沌映射产生，其模型为w
t+1
＝μw
t
(1-w
t
)，t∈{0,1,2,
…
，n-1}；其中，μ称为分支参数，3.5699456《μ≤4；w0为初值，0《w0《1；给出μ值和初值w0，即可计算产生w
t+1
；对w
t+1
进行判决即可得到0-1二值序列yi(i＝1,
…
n)，当w
t+1
≥0.5时，yi＝1；0《w
t+1
＜0.5，yi＝0；
65.(3)将q比特参数每4比特一组变为十六进制符号0～f，附加到数据x文件名中，其中十六进制数据长度为32；
66.(4)在二进制序列y中隐藏g位秘密信息,形成二进制序列u＝a，v1，v2，
…
,vg，其中a＝1，g＝262143；
67.(5)将二进制序列u与数据流x事先约定的第k`(k`＝1～8，k`不等于k)有效位或某事先约定的二值序列进行异或运算，得到二值序列d＝d1，d2，
…
，dn，其中k`＝3。特殊情况下，当事先约定的二值序列全为0时，就相当于没有进行异或，这也是本算法的一种情况。
68.(6)用二值序列d代替数据文件x中的第k有效位，得到隐藏信息后的含密数据流z。
69.步骤2：对含密数据流z进行解隐藏，提取秘密信息并恢复载体，过程如下：
70.(1)提取数据流z的第k有效位，与数据流x事先约定的第k`(k`＝1～8，k`不等于k)有效位或某事先约定的二值序列进行异或运算，得到二值序列u，其中k`＝3；
71.(2)在二进制序列u中提取g位秘密信息，其中g＝262143；
72.(3)根据文件名中扩展符号hh，恢复出长度为q的二进制参数序列s，其中q＝128；
73.(4)利用参数s产生长度为n的二进制序列，得到数据流x的第k有效位信息序列b＝b1，b2，
…
bn，并输出二进制序列u的第一位作为载体质量评价标志。第一位为1，则恢复的数据流x在允许范围内存在一定失真。
74.数据预处理几乎不影响载体图像质量，信息隐藏不影响恢复载体质量，数据隐藏不影响载体图像的主观质量，秘密信息总能无损恢复，数据文件(载体)可以根据需要无损恢复也可根据需要高质量恢复，算法具有较大的容量:典型容量可达1/8，也可以根据需要一次处理l个有效位，容量达到l/8。将q比特参数附加到数据x文件名中符合系统对文件名长度要求，也可将q比特参数放入第k有效位第2至q+1比特中，突破系统对文件名长度的限制，防止文件名在传输过程中篡改。对图像来说，psnr性能优于lsb等传统算法，可达到51db-60db，无穷大。
75.传输时含密图像具有较好的不可见性。
76.信息无损恢复。
77.恢复图像psnr＝51db，隐藏容量1bpp
78.恢复图像psnr＝60db，隐藏容量1bpp
79.恢复图像psnr＝∞，隐藏容量1bpp
80.本发明提出了一种在数据文件中无损隐藏信息的方法，其特点在于：该方法通过对数据文件进行预处理，利用参数产生满足要求的序列，得到满足要求的数据文件；把参数和秘密信息采用不同的方法进行编码隐藏传输，经过存储或信道传输之后，接收端能够无损恢复秘密信息，并无损或高质量恢复载体数据文件。
81.信息隐藏技术已经应用于地面信息网络，也已经用于航天器及各类卫星数传系统技术设计论证中，在今后必将得到更广泛应用。本发明提供了一种固定容量的信息无损隐藏方法，隐藏容量可达1/8或以上，同时该方法具有无损或高质量恢复载体的特点，从而在地面系统以及航天器工程中都具有实用价值。
82.本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。