基于多重置乱的图像信息隐藏

王 海

(安徽经济管理学院，安徽 合肥 230031)

基于多重置乱的图像信息隐藏

王 海

(安徽经济管理学院，安徽 合肥 230031)

提出了一种基于多重置乱的图像信息隐藏方法。将Logistic映射和Arnold变换相结合对秘密图像进行加密，利用人类视觉系统对RGB三色敏感性不同，在RGB三色分量上分别隐藏不同信息量，实现了改进的LSB算法，并进行了验证实验。

置乱；最低有效位；人类视觉系统

信息隐藏是信息安全领域的一个重要组成部分，其目的是在不被察觉的情况下，将秘密信息藏匿在某种特定载体中，通过载体信息的通信过程实现秘密信息的传输〔1〕。数字图像由于其冗余空间大，便于网络传输，成为信息隐藏中最常用的载体。以数字图像为载体的信息隐藏分为空间域和变换域信息隐藏；空间域信息隐藏算法实现简单、运算速度快，隐藏信息量大，目前运用广泛。本文在多重置乱的基础上利用HVS的视觉效果改进LSB算法进行信息隐藏，达到很好的信息加密目的。

1 图像多重置乱

图像置乱是通过变换去除秘密图像的自相关性，使图像变得杂乱无章，从而达到隐藏或者加密信息的目的。

1.1 Logistic混沌置乱加密

Logistic映射是一类简单却被广泛应用的混沌动力系统，其置乱原理是，先将N×N图像转换成一维坐标矩阵，利用Logistic映射产生混沌序列xn，在将待加密图像每个点的灰度值搬移到混沌序列中，完成置乱加密。为避免坐标点重复，在迭代过程中，每迭代一次，判断产生的随机坐标点有没有被占用，若没有则打一个占用标志，若已被占用，则放弃该点继续迭代，如此循环，直到找到N×N个不重复的坐标点。

1.2 Arnold变换置乱加密

Arnold变换又称猫脸变换，属于基于矩阵变换的图像加密技术〔2〕。对于大小为N×N的图像，Arnold变换常表示为：

(1)

其中，(x′,y′ )为置乱后的像素坐标，(x,y)为原图像的像素坐标，参数a,b,c,d∈G且gcd(ad-bc,N)=1。通常一次Arnold置乱之后，图像仍然保留许多原始信息，为达到较好的加密效果，需要重复多次迭代 Arnold 变换，若对原图进行k次Arnold 变换，则(1)式可推广成(2)。

(2)

一般迭代次数大于5次时，可以达到相对理想的加密效果。

1.3 图像多重置乱

为增加加密效果，本文以256×256的cameraman灰度图为例，在Logistic混沌置乱的基础上进行Arnold变换置乱，具体效果见图1。多重秘钥的使用提高了抵抗非法攻击的能力，给非法攻击者带来破译难度。

图1 待隐藏图像及多重置乱后图像

2 信息隐藏算法

最低有效位(LSB)算法是一种典型的空间域信息隐藏算法，它利用人眼对像素点细微改变的不敏感性，直接转换载体图像的最低位方法来隐藏私密信息〔3-4〕。对R、G、B彩色图像而言，人类视觉系统(HVS)对LSB位及比LSB更高的某些位是不敏感的，这些不敏感位可用来嵌入信息〔5-6〕。若隐藏图像为8位灰度值图像，则可以将待隐藏图像的8位灰度值信息分别隐藏到彩色载体图像中。图2给出了载体图像RGB各分量上分别隐藏多位信息后的视觉效果图。从中不难发现对于24位的RGB彩色图像，在不改变图像的质量的情况下，分别改变R、G、B各分量的较低位，人眼不能明显感觉到图像的变化。

图2 RGB隐藏位多少对视觉效果的影响

3 实验结果

3.1 信息隐藏与提取实验结果

本文载体图像采用256×256的彩色lena图像，待隐藏图像采用图1中经多重置乱后灰度加密图像，在R、G、B位上分别隐藏2、3、3位。实验结果如图3所示。原始图像与载密图像峰值信噪比(PSNR)为50.8924。

图3 基于多重置乱的图像信息恢复

3.2 鲁棒性分析

为验证信息隐藏效果，对载秘图像采取了部分常见攻击测试。分别对载密图像左上角剪切1/16、右下角剪切1/4，恢复图像如图4所示，具有较强的抗剪切能力。对载密图像加入0.05的椒盐噪声，恢复图像如图5所示，有一定的抗噪声干扰能力。

图4 剪切攻击

图5 0.05椒盐噪声攻击

4 结束语

本文结合Logistic映射和Arnold变换进行秘密信息多重置乱，利用人眼对R、G、B三色敏感度不同，改进传统LSB算法进行信息隐藏，信息隐蔽性强，有一定的抗攻击能力。

〔1〕谢建全,阳春华.大容量的信息隐藏算法〔J〕.计算机工程,2008,34(8):167-169.

〔2〕廖日军,李雄军,徐健杰等.Arnold变换在二值图像置乱应用中若干问题讨论〔J〕.深圳大学学报理工版,2015,32(4):428-433.

〔3〕牛振喜.基于LSB及置乱的图像隐藏算法研究〔J〕.西北工业大学学报,2013,31(2):300-304.

〔4〕吴少华,宋致虎,胡勇.基于RSA与LSB算法的信息隐藏〔J〕.通信技术,2014,47(6):654-657.

〔5〕叶闯,沈益青,李豪等.基于人类视觉特性(HVS)的离散小波变换(DWT)数字水印算法〔J〕.浙江大学学报理学版,2013,40(2):152-155.

〔6〕张海涛,姚雪,陈虹宇等.基于位平面和HVS的信息隐藏算法〔J〕.中国图象图形学报,2013,18(12):1559-1566.

〔7〕雷正桥,肖迪.基于空域可恢复信息隐藏的图像安全人工退化算法〔J〕.计算机科学,2015,42(3):162-166.

〔8〕张晨.基于空域的图像加密算法与性能研究〔J〕.电子设计工程,2015,23(21):163-166.

Image Information Hiding based on Multiple Scrambling

WANG Hai

(AnhuiCollegeofEconomicsandManagement,Hefei,Anhui, 230031,China)

The paper proposes a Image information hiding Method based on multiple scrambling.The combination of Logistic mapping and Amold transform is used to encrypt the secret image.Different information content are hidden in three color components of RGB, because the human visual system has different sensitivity to RGB.The LSB algorithm is improved and verified.

Scrambling; LSB; HVS(Human visual system)

1008-3723(2017)03-011-02

10.3969/j.issn.1008-3723.2017.03.005

2017-03-06

安徽省高校教学研究项目(2014zdjy193)；安徽省高校自然科学项目(KJ2017A938).

王海(1978-)，男，安徽肥东人，安徽经济管理学院讲师，硕士，研究方向：数据处理相关教学研究.

TP391

A