【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于信息隐藏领域，具体涉及基于lwe的密文域可直读无损信息隐藏方法及系统。
技术介绍
1、可逆数据隐藏在加密域中(rdh-ed)可以执行加密，以实现媒体的隐私保护，并嵌入额外数据以用于隐蔽通信或访问控制\cite{ref1}。rdh-ed适用于多媒体隐私保护、密文检索和云中的访问控制。引入rdh-ed的密码系统已从对称密码系统演变为公钥密码系统，丰富了rdh-ed的应用场景。
2、基于对称加密的rdh-ed是该领域研究的主要焦点。引入的对称加密主要集中在图像加密，目的是在传输过程中保护图像内容的机密性。rdh-ed允许在不损害解密质量的情况下嵌入额外数据。它主要用于云中的图像管理和检索过程中的访问控制。
3、puteaux首次将aes密码引入rdh-ed，而zhang提出了一种基于流密码的rdh-ed方法。随后提出了可分离的rdh-ed，以支持独立操作的明文解密和数据提取。可分离性已成为实用性的一个重要指标。为了增强嵌入容量(ec)，puteaux提出在加密前利用预测误差。另一种在加密后保持相关性的嵌入框架是通过在像素块内重复使用加密密钥来实现的。yin进一步利用像素预测和多msb平面的重排来增强ec。为了获得更高的ec，引入了自适应预测误差标签和基于局部相关性的分类方法。提出了一种结合lbe和ibbe的自适应嵌入rdh-ed方案，以实现高容量。
4、公钥密码学(pkc)在网络通信和多媒体传输中的身份认证和密钥协议中得到广泛应用，从而在网络安全、可信互联网及在线交易的应用中扮演了更广
5、为了在密文中实现嵌入，需要预留嵌入空间。然而，鉴于上述算法中预留的空间与加密过程相互独立，加密安全性将受到嵌入预处理的限制，即导致加密与嵌入的安全性不一致。为了实现一致的安全性，ke在2016年提出了基于加密中的冗余预留(vrie)的rdh-ed。他最初提出使用lwe密码进行嵌入，并将lwe加密域划分为不同区域。通过建立嵌入编码和消息映射规则，可以在lwe加密期间嵌入额外数据。随后，ke等人提出了一种具有高ec的多级嵌入rdh-ed算法。然而，嵌入密钥和私钥存在部分重叠，损害了可分离性。wu提出了在ntru系统的加密过程中嵌入数据的方法，具有高安全性，但是不能支持从密文中直接读取嵌入信息，提取前需要进行一定的解密操作。在文献中，采用全同态加密(fhe)来提升可分离性，并提出了一种全同态加密封装差异扩展(fhee-de)的方法。尽管在安全性、可逆性和可分离性方面取得了良好的表现，但fhee-de的计算复杂性较高，是其缺点。有效降低嵌入操作的计算复杂性是改进的重要途径。
6、综上，当前公钥体制下的rdh-ed算法依然是该领域研究的重点，对称密码算法主要是针对图像载体进行嵌入，其应用场景不具有普遍的适用性，且保留像素特征在密文图像中的方法对图像加密安全性是一种减弱。如何在公钥加密体制中实现无损嵌入，即嵌入后的密文可以无损解密依然是该领域的技术难点。二是实现从密文中直接读取信息，即不依赖解密密钥与解密过程的rdh-ed算法较少。通过密钥替换技术对密文进行不断刷新的算法嵌入效率较低，且额外消耗加密密钥。其他算法的提取过程均依赖于从解密之后的明文数据中提取信息。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出了基于lwe的密文域可直读无损信息隐藏方法及系统，通过lwe加密解密与密文嵌入提取过程的准确率高、安全性好。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、基于lwe的密文域可直读无损信息隐藏方法，包括以下步骤：
4、获取密文图像，使用lwe算法对密文图像进行解密，得到用于明文映射的量化向量；
5、对量化向量的值域进行冗余分析；
6、基于冗余分析的结果，对密文图像进行无损嵌入，得到携密密文；
7、基于携密密文，从密文图像中提取信息或对密文图像进行解密得到无损明文图像。
8、优选的，获取密文图像的方法包括：
9、发送方加密的l比特明文比特是pt∈{0,1}l，加密密钥是(p,a,rt)，其中，p为lwe系统的公钥，a为独立同分布的均匀分布的随机矩阵，rt为伪随机序列；
10、使用流加密方法加密真明文信息，具体为：将明文pt和rt做异或运算，得到待加密序列m∈{0,1}l，表达式为：其中m＝(m1,m2,...,ml),mi∈{0,1}用于lwe加密；
11、生成随机序列a∈{0,1}d；
12、基于待加密序列m∈{0,1}l和随机序列a∈{0,1}d，输出密文其中，c为密文，q为模，n为安全参数。
13、优选的，使用lwe算法对所述密文进行解密，得到用于明文映射的量化向量的方法包括：
14、
15、其中，c为密文，m为加密比特，s独立同分布的均匀分布的随机矩阵，e为噪声矩阵，q为模。
16、优选的，对量化向量的值域进行冗余分析的方法包括：
17、预设一个圆周表示有限域上的点的集合；
18、将有限域划分为4个区域，其中，4个区域分别为：和
19、若量化向量中的数值对应的点位于区域i或iv,解密为0；若量化向量中的数值对应的点位于子区域ii或iii,解密为1；
20、保留安全需求下的最小波动区域作为量化波动区，然后一个区域内除去量化波动区的区域是冗余缓冲区；
21、通过噪声采样方差限制量化向量在量化波动区，噪声的波动区域记为lip，得到qfr的区域长度最小值为lip，则冗余缓冲区的总区域长度记为lallow＝q/4-lip，用于嵌入修改，设嵌入b进制信息，就要把整个冗余缓冲区划分成b个子区域，每个子区域的长度为lstep，其中
22、优选的，基于冗余分析的结果，对密文图像进行无损嵌入，得到携密密文的方法包括：
23、引入方向参数向量flag，标记修改方向为正或负；
24、若噪声正常波动区间与嵌入步长为则最多修改b-1次密文，即嵌入的信息是一个来自{0,1,…,b-1}的b进制数字，实现多比特嵌入；
25、具体为：预设额外信息为z∈{0,1,...,b-1}l，嵌入密钥为(flag,re)；将额外信息z使用密钥re进行置乱，得到两者按比特位进行异或的结果，记为w∈{0,1,...,b-1}l，表达式为：其中，w＝(w1,w2,...,wl),wj∈{0,1,...,b-1}用于后续的嵌入，j＝1,2,3,...l；
26、计算量化向量h中各元素嵌入后的值，确定量化向量h中各元素在圆周上的位置；...
【技术保护点】
1.基于LWE的密文域可直读无损信息隐藏方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于LWE的密文域可直读无损信息隐藏方法，其特征在于，获取密文图像的方法包括：
3.根据权利要求1所述的基于LWE的密文域可直读无损信息隐藏方法，其特征在于，使用LWE算法对所述密文进行解密，得到用于明文映射的量化向量的方法包括：
4.根据权利要求3所述的基于LWE的密文域可直读无损信息隐藏方法，其特征在于，对量化向量的值域进行冗余分析的方法包括：
5.根据权利要求4所述的基于LWE的密文域可直读无损信息隐藏方法，其特征在于，基于冗余分析的结果，对密文图像进行无损嵌入，得到携密密文的方法包括：
6.根据权利要求1所述的基于LWE的密文域可直读无损信息隐藏方法，其特征在于，基于携密密文，对密文图像进行解密得到无损明文图像的方法包括：
7.根据权利要求1所述的基于LWE的密文域可直读无损信息隐藏方法，其特征在于，基于携密密文，从密文图像中提取信息的方法包括：
8.基于LWE的密文域可直读无损信息隐藏系统，
...【技术特征摘要】
1.基于lwe的密文域可直读无损信息隐藏方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于lwe的密文域可直读无损信息隐藏方法，其特征在于，获取密文图像的方法包括：
3.根据权利要求1所述的基于lwe的密文域可直读无损信息隐藏方法，其特征在于，使用lwe算法对所述密文进行解密，得到用于明文映射的量化向量的方法包括：
4.根据权利要求3所述的基于lwe的密文域可直读无损信息隐藏方法，其特征在于，对量化向量的值域进行冗余分析的方法包括：
5.根据权利要求4所述的基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：柯彦，
申请(专利权)人：中国人民武装警察部队工程大学，
类型：发明
国别省市：
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