一种基于混沌系统的无载体信息隐藏方法、系统及计算机存储介质

1.本发明涉及信息隐藏技术领域，尤其涉及一种基于混沌系统的无载体信息隐藏方法、系统及计算机存储介质。


背景技术：

2.随着互联网通讯技术的高速发展，给我们的工作、学习和生活带来了极大方便的同时也迫使我们不得不考虑一个问题：如何实现重要信息在网络中的安全传输。特别是众多的网络监听事件被相继曝光，更加加深了人们的这种担忧。图像信息隐藏技术是实现隐蔽通讯服务的关键技术之一，例如基于空间域嵌入算法和变换域嵌入算法，它利用载体图像本身的冗余以及人类视觉的不敏感性，在不改变载体信息视觉效果的前提下，将秘密信息嵌入到公共载体中。早期的信息隐藏技术虽然实现了秘密信息的隐藏，但是在隐藏秘密信息过程中，在含密载体上留下了修改的痕迹，因此隐藏算法不能彻底抵抗各种隐写分析算法的检测，为了能彻底地抵抗各种隐写分析技术的检测，无载体图像信息隐藏应运而生，载体自身即为秘密信息。
3.目前一般采用基于图像生成的信息隐藏方法，通过一张载密图片传递秘密信息，即一张载密图片仅对应一个秘密信息，密文长度每增加1bit，图像数据库数量呈指数增长。然而当很多秘密信息需要被发送时，不得不同时发送多张载密图片，过于繁琐，与此同时一时间发送很多张图片可能导致行为异常从而被怀疑。
4.因此，如何研发一种无载体信息隐藏方法可以使一张图像可以对应多种秘密信息成为本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种基于混沌系统的无载体信息隐藏方法、系统及计算机存储介质，用以解决现有技术中无载体信息隐藏方法中一张图像只能对应一种秘密信息的技术问题。
6.为解决上述技术问题，第一方面，本发明提出的技术方案为：一种基于混沌系统的无载体信息隐藏方法，包括：
7.发送方从候选图像库中选取图像，按照第一规则提取图像的图像特征并进行二进制化，得到图像特征二进制序列，图像特征二进制序列的长度与二进制的秘密信息的长度相同；
8.设定初值和控制参数，先将初值作为当前密钥输入进混沌系统，随机生成一串实数值，按照第二规则截取实数值中的部分连续位数作为混沌序列，将混沌序列进行量化得到二进制混沌序列，二进制混沌序列的长度与二进制的秘密信息的长度相同；
9.利用二进制混沌序列对图像特征二进制序列进行置乱，得到特征秘密二进制序列；
10.将特征秘密二进制序列与二进制的秘密信息进行匹配，若相同，输出当前密钥对应的初值；若相异则改变初值从而改变当前密钥的取值直至匹配成功；输出匹配成功的初值；
11.将输出的初值作为密钥和图像均发送至接收方。
12.优选的，混沌系统由多种一维混沌系统组合而成。
13.优选的，混沌系统由logistic map混沌系统和tent map混沌系统组合而成的混合混沌系统，满足以下公式：
[0014][0015]
其中，r为初值，r∈(0,4]，xn为混合混沌系统输出的实数值，n取0,1,2,3，...，i，xn∈(0,1)，l(r,xn)为logistic map混沌系统，t((4-r),xn)为tent map混沌系统，(l(r,xn)+t((4-r),xn)mod 1代表两者通过相加模1的方式组合构成了混合混沌系统a
lt
(r,xn)。
[0016]
优选的，利用二进制混沌序列对图像特征二进制序列进行置乱，置乱为对二进制混沌序列与图像特征二进制序列逐位进行异或操作。
[0017]
优选的，将特征秘密二进制序列与秘密信息二进制序列进行匹配，相异时改变初值满足以下公式：
[0018]ri+1
＝ri+d
[0019]
其中，r
i+1
为改变后初值，ri为初值，d为控制参数。
[0020]
优选的，接收方收到密钥以及图像后进行信息解读，信息解读的过程包括以下步骤：
[0021]
将密钥输入进混沌系统，输出得到一串实数值，按照第二规则截取实数值中的部分连续位数作为混沌序列，将混沌序列进行量化得到二进制混沌序列；
[0022]
按照第一规则提取图像的图像特征并进行二进制化，得到图像特征二进制序列；
[0023]
利用二进制混沌序列对图像特征二进制序列进行置乱，得到二进制的秘密信息。
[0024]
第二方面，本发明的实施例还提供了一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面所述方法的步骤。
[0025]
第三方面，本发明的实施例还提供了一种计算机存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序指令，其中，计算机程序指令被处理器运行时，使得处理器执行第一方面所述的步骤。
[0026]
本发明具有以下有益效果：本发明的基于混沌系统的无载体信息隐藏方法、系统及计算机存储介质引入混沌系统，通过改变输入混沌系统的当前密钥的取值可以得到不同的混沌序列，提取图像的图像特征二进制序列，使用混沌序列对图像特征二进制序列进行置乱后得到的特征秘密二进制序列与二进制的秘密信息匹配，输出匹配成功的密钥，将输出的初值和图像均发送至接收方，完成信息隐藏。通过改变密钥的取值，只需要一张图像可以匹配不同的秘密信息，无需重新在候选图形库中检索新的图像，本技术的方案使得秘密信息匹配的成功与否不再只是依赖候选图像库，实现了信息隐藏的灵活性以及完备性。
[0027]
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
[0028]
构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0029]
图1是本发明优选实施例的一种基于混沌系统的无载体信息隐藏方法的原理图；
具体实施方式
[0030]
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0031]
实施例1：
[0032]
参见图1，一种基于混沌系统的无载体信息隐藏方法，所要隐藏的秘密信息为二进制的秘密信息为：[0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1]，包括以下步骤：
[0033]
s1发送方从候选图像库中选取图像，按照第一规则提取图像的图像特征并进行二进制化，得到图像特征二进制序列，图像特征二进制序列的长度与二进制的秘密信息的长度相同；
[0034]
s1.1从图像库中随机检索一张图像作为图像；
[0035]
s1.2对图像进行标准化处理，设置成大小为n
×
n的图像；
[0036]
s1.3划分载体图像，以图像中心为圆心，按照相同的环半径r，将图像划分为m个同心圆环；
[0037]
需要说明的是，对于长度为l的二进制的秘密信息，在使用第一规则提取图像特征时，将对图像画分为个圆环，即可保证两者长度相同；具体实施时还可以根据二进制的秘密信息的长度选择合适数量的图像特征以及合适数量的所划分圆环以保证图像特征二进制序列的长度与二进制的秘密信息的长度相同；
[0038]
s1.4计算各个圆环上像素统计量&i，分别计算每个圆环的像素均值、方差、峰值、四方位距；
[0039]
本实施例中，发送方从候选图像库中选取图像作为图像，对图像进行标准化处理，设置成大小为320
×
320的图像，按照相同的环半径，将图像划分为9个同心圆环，计算各个圆环上像素统计量&i，分别计算每个圆环的像素均值、方差、峰值、四方位距，结果如下：
[0040]
均值：[0.4443，0.5526，0.5500，0.5735，0.6175，0.6232，0.5343，0.4659，0.4059]
[0041]
方差：[0.0434，0.0114，0.0079，0.0047，0.0038，0.0127，0.0348，0.0426，0.0479]
[0042]
峰度：[-0.8703，-2.2430，-1.9591，-1.5711，-1.1322，-2.4564，-1.3921，-0.8705，-0.4302]
[0043]
四分位矩：[0.3337，0.0894，0.0850，0.07237，0.0698，0.0900，0.1554，0.2513，0.3456]；
[0044]
s1.5构造图像特征二进制序列，计算相邻环的像素统计量的残差，并且二进制化为二进制序列，该序列为图像特征二进制序列；二进制化满足：残差大于0置1，否则置0，生
0 0 1 1 1 1 0 0 0 0]，对二进制混沌序列与图像特征二进制序列逐位进行异或操作得到特征秘密二进制序列[1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1]；
[0062]
s4将特征秘密二进制序列与二进制的秘密信息进行匹配，若相同，输出当前密钥对应的初值并转入s5；若相异则改变初值从而改变当前密钥的取值，转入s2；输出匹配成功的初值；
[0063]
相异时改变初值满足以下公式：
[0064]ri+1
＝ri+d
[0065]
其中，r
i+1
为改变后初值，ri为初值，d为控制参数。
[0066]
实施时，控制参数取0.0001，特征秘密二进制序列[1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1]与二进制的秘密信息[0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1]匹配失败，改变密钥的取值转入s2直至特征秘密二进制序列与二进制的秘密信息匹配成功；当前密钥取1.9997时，特征秘密二进制序列为[0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1]，与二进制的秘密信息匹配成功，隐藏秘密信息成功，此时的当前密钥为最终密钥；
[0067]
s5将输出的初值作为密钥和图像均发送至接收方。
[0068]
本实施例中，接收方收到密钥以及图像后进行信息解读，信息解读的过程包括以下步骤：
[0069]
将密钥输入进混沌系统，输出得到一串实数值，按照第二规则截取实数值中的部分连续位数作为混沌序列，将混沌序列进行量化得到二进制混沌序列；
[0070]
按照第一规则提取图像的图像特征并进行二进制化，得到图像特征二进制序列；
[0071]
利用二进制混沌序列对图像特征二进制序列进行置乱，得到二进制的秘密信息。
[0072]
实施例2：
[0073]
一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例1所述基于混沌系统的无载体信息隐藏方法的步骤。
[0074]
实施例3：
[0075]
计算机可读存储介质存储有计算机程序指令，其中，计算机程序指令被处理器运行时，使得处理器执行实施例1所述基于混沌系统的无载体信息隐藏方法的步骤。
[0076]
综上可知，本发明通过引入混沌系统，改变输入混沌系统的当前密钥的取值可以得到不同的混沌序列，提取图像的图像特征二进制序列，使用混沌序列对图像特征二进制序列进行置乱后得到的特征秘密二进制序列与二进制的秘密信息匹配，输出匹配成功的密钥，将输出的初值和图像均发送至接收方，完成信息隐藏。通过改变密钥的取值，只需要一张图像可以匹配不同的秘密信息，无需重新在候选图形库中检索新的图像，本技术的方案使得秘密信息匹配的成功与否不再只是依赖候选图像库，实现了信息隐藏的灵活性以及完备性。
[0077]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。