基于坐标轴分割的加密3D网格可逆信息隐藏方法

本发明属于信息隐藏，具体涉及基于坐标轴分割的加密3d网格可逆信息隐藏方法。

背景技术：

1、随着3d数字媒体的广泛应用，如三维打印、虚拟现实、计算机辅助设计等，对于3d模型的保护和安全性也越来越受到关注。传统的数字水印技术可以在3d模型上嵌入一些信息，但是往往不能保证数据的隐私性和完整性。而基于加密的技术可以保证数据的隐私性和完整性，但是会破坏数据的可读性且信息隐藏容量较低。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供基于坐标轴分割的加密3d网格可逆信息隐藏方法，能够提高信息隐藏容量且在提取秘密数据时能够做到准确无误，能够无损恢复3d网格模型。

2、本发明所采用的技术方案是，基于坐标轴分割的加密3d网格可逆信息隐藏方法，具体按照以下步骤实施：

3、步骤1，读取原始3d网格文件，获取原始3d网格文件中每个顶点的浮点数坐标信息，对每个顶点的浮点数坐标信息进行预处理，分别得到每个顶点x、y、z轴坐标的长二进制比特流；

4、步骤2，根据步骤1得到的每个顶点的x、y、z轴坐标的长二进制比特流，判断当前顶点所属的象限，将位于相同象限内的顶点分为一组，即可得到每个组内每个顶点的x、y、z轴坐标的二进制比特流，每个组内以第一个顶点为参考中心点，不进行任何改变，将每个组内第一个顶点与其他顶点的二进制比特流进行对比，得到辅助信息，每个组内第二顶点为辅助信息点，辅助信息点的第2位到第6位作为辅助信息位用于嵌入辅助信息，并嵌入辅助信息；

5、步骤3，设置密钥k，使用流密码函数产生伪随机比特流，对步骤2处理后的顶点进行加密，再将加密后的顶点的二进制信息转回至浮点数信息；

6、步骤4，将经步骤3得到的浮点数信息发送至数据嵌入方，数据嵌入方根据获取到的辅助信息，得到能够嵌入秘密数据的长度，将秘密数据嵌入至各顶点种，嵌入完成后将二进制顶点信息转回浮点数；

7、步骤5，接收到经步骤4得到的浮点数信息后，重复步骤3的嵌入操作，完成秘密数据的提取；

8、步骤6，解密网格并无损恢复。

9、本发明的特点还在于，

10、步骤1中，预处理的具体过程为：

11、步骤1.1，将每个顶点的浮点数坐标信息转成0到2k-1间的整数，表达式为：

12、

13、式(1)中，x、y、z分别表示三维坐标系的x、y、z轴；vi,j表示各个顶点的x、y、z轴的坐标值；

14、步骤1.2，将步骤1.1得到的每个整数v′i,j转化为32位二进制比特流；

15、步骤1.3，分别将步骤1.2得到的每个顶点的x、y、z轴坐标的二进制比特流按照顶点的序号索引顺序拼接成一个长二进制比特流。

16、步骤2中，第一个顶点与其他顶点的二进制比特流对比的具体过程为：

17、将每个组内第一个顶点x轴坐标的二进制比特流与其他顶点的x轴坐标的二进制比特流从最高有效位开始对比，直到遇到点位信息不符的位置，停止对比，记录下该点位的长度作为辅助信息，则y轴坐标和z轴坐标的二进制比特流同理。

18、步骤2中，辅助信息嵌入需从十进制长度信息转换成长度为5的二进制比特流，表达式为：

19、

20、式(2)中，b表示二进制比特流，m表示十进制整数。

21、步骤3中，加密的具体过程为：

22、每个组内每个顶点的第1位及辅助信息点的前6位不做加密处理，对每个组内的其他顶点进行加密处理，需加密的顶点为二进制比特流形式bi，j，0，bi，j，1…bi，j，k,其中1≤i≤n且j∈{x,y,z}，即：

23、

24、使用密钥k，用流密码函数产生伪随机比特流，然后对相应的顶点进行加密，即

25、

26、式(4)中，ki，j，u是密钥比特流，ei，j，u是生成的密文，⊕表示异或操作。

27、步骤4的具体过程为：

28、将经步骤3处理后的3d网络文件发送至数据嵌入方，数据嵌入方获得3d网络文件后按照顶点的序号索引顺序遍历浮点数顶点信息，将浮点数转成二进制比特流，由于每个顶点二进制信息的第1位没有加密，则根据每个顶点二进制信息的第1位能够得到该顶点所属的象限，再将属于同一象限内的顶点分到同一象限组，根据每个象限组内的辅助信息点的第2位到第6位获取辅助信息，从而得到当前象限组能够嵌入信息的长度，每个象限组内的辅助信息点从第7位开始嵌入秘密数据，每个顶点的第1位不变，则其他顶点从第2位开始嵌入秘密数据，嵌入完成后将二进制顶点信息转回浮点数；

29、由于辅助信息为长度为5的二进制比特流，则需要将辅助信息转换成十进制，便于得到当前象限组能够嵌入信息的长度，表达式为：

30、m＝b1×2l-1+b2×2l-2+…bn-1×2l-n+1(5)

31、式(5)中，m表示十进制整数，b表示二进制比特，l表示二进制位长。

32、步骤6的具体过程为：由于步骤5得到的每个象限组内的第一个顶点没有改变，根据辅助信息，能够得到每个象限组内除第一个顶点外的其他顶点的前几位与第一个顶点一样，则直接将第一个顶点的前几位内容覆盖到其他顶点，此时其他顶点即被还原成原始信息，再根据秘钥k产生解密的比特流与嵌入秘密信息的顶点进行异或操作，得到解密的网格数据，并完整恢复出网格。

33、本发明的有益效果是：

34、(1)本发明方法，首先通过加密网格文件，预留出空间给第三方云端管理者嵌入数据从而方便其管理文件，但云端无法看到原始文件，接收端通过加密密钥就可以无损恢复文件，达到保护文件的目的，通过加密系统提前加密网格文件，可以很好的解决云平台数据泄漏问题；

35、(2)本发明方法，根据象限分组，所有网格模型都可以分成8组，即只有8条辅助信息，同一组内或多或少都可以嵌入信息，故可以嵌入大量信息，则具有更高的嵌入容量；

36、(3)本发明方法，嵌入信息的点位通过每个象限组内第一个顶点就可以还原出原来的信息，因此能够完整恢复出原始网格。

技术特征：

1.基于坐标轴分割的加密3d网格可逆信息隐藏方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

2.根据权利要求1所述的基于坐标轴分割的加密3d网格可逆信息隐藏方法，其特征在于，步骤1中，预处理的具体过程为：

3.根据权利要求1所述的基于坐标轴分割的加密3d网格可逆信息隐藏方法，其特征在于，步骤2中，第一个顶点与其他顶点的二进制比特流对比的具体过程为：

4.根据权利要求1所述的基于坐标轴分割的加密3d网格可逆信息隐藏方法，其特征在于，步骤2中，辅助信息嵌入需从十进制长度信息转换成长度为5的二进制比特流，表达式为：

5.根据权利要求1所述的基于坐标轴分割的加密3d网格可逆信息隐藏方法，其特征在于，步骤3中，加密的具体过程为：

6.根据权利要求1所述的基于坐标轴分割的加密3d网格可逆信息隐藏方法，其特征在于，步骤4的具体过程为：

7.根据权利要求6所述的基于坐标轴分割的加密3d网格可逆信息隐藏方法，其特征在于，步骤6的具体过程为：由于步骤5得到的每个象限组内的第一个顶点没有改变，根据辅助信息，能够得到每个象限组内除第一个顶点外的其他顶点的前几位与第一个顶点一样，则直接将第一个顶点的前几位内容覆盖到其他顶点，此时其他顶点即被还原成原始信息，再根据秘钥k产生解密的比特流与嵌入秘密信息的顶点进行异或操作，得到解密的网格数据，并完整恢复出网格。

技术总结
本发明基于坐标轴分割的加密3D网格可逆信息隐藏方法，具体为：读取原始3D网格文件，获取每个顶点的浮点数坐标信息，对浮点数坐标信息进行预处理，分别得到每个顶点的长二进制比特流；根据每个顶点的长二进制比特流判断当前顶点所属的象限，将位于相同象限内的顶点分为一组，将每个组内第一个顶点与其他顶点的二进制比特流进行对比，得到辅助信息；再对顶点进行加密，再将加密后的顶点的二进制信息转回至浮点数信息；将浮点数信息发送至数据嵌入方，嵌入秘密数据，嵌入完成后将二进制顶点信息转回浮点数；提取秘密数据；解密网格并无损恢复。本发明方法能够提高信息隐藏容量且在提取秘密数据时能够做到准确无误，能够无损恢复3D网格模型。

技术研发人员：隋连升,张鹏飞,肖照林,王战敏
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13