基于一種像素不擴(kuò)展的視覺密碼方案在數(shù)字水印中的應(yīng)用

馬冬鶴

（吉林師范大學(xué) 數(shù)學(xué)學(xué)院 吉林 長(zhǎng)春 130000）

1 引言

像素不擴(kuò)展的視覺密碼是現(xiàn)代密碼學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)很重要的分支領(lǐng)域，也是信息安全方向的重要研究對(duì)象。利用可視密碼來保護(hù)秘密。一方面，可以保證秘密的魯棒性；另一方面，破壞者必須獲得大量的分存圖片才能恢復(fù)出共同要保護(hù)的的秘密，而這往往非常困難。數(shù)字水印和其密碼技術(shù)的結(jié)合，形成了有很大應(yīng)用價(jià)值的密碼算法。視覺密碼是一種基于秘密共同分享的思想的密碼技術(shù)，它依靠人的肉眼系統(tǒng)直接進(jìn)行要保護(hù)對(duì)象秘密信息的恢復(fù)，它核心的安全性相似于“一次一密”解密過程。

在這個(gè)中國(guó)科技不斷進(jìn)步的時(shí)代，使得數(shù)字內(nèi)容的互換和傳送變得高效快捷。與此同時(shí)數(shù)字內(nèi)容的版權(quán)問題變得突出。大家提出了很多不同的解決辦法。以解決數(shù)字內(nèi)容的安全性問題。有人提出利用密碼技術(shù)來保證數(shù)字內(nèi)容不被非法利用。為了數(shù)字內(nèi)容的版權(quán)保護(hù)，學(xué)者們提出了數(shù)字水印技術(shù)。進(jìn)而擴(kuò)展提到像素不可擴(kuò)展原理應(yīng)用到數(shù)字水印中去，從而達(dá)到相對(duì)較好的恢復(fù)效果，使得圖像不失真，這是研究的目的性。

文章主要是基于密碼學(xué)原理，利用數(shù)字水印技術(shù)與密碼學(xué)相結(jié)合的手段，提出了較為合理的保護(hù)秘密方案，沒有經(jīng)過復(fù)雜計(jì)算，該方案簡(jiǎn)單可行，不存在像素?cái)U(kuò)展問題。

2 基于一種（3，3）視覺密碼方案的應(yīng)用原理

假設(shè)分享圖片為：白色像素（四個(gè)子像素有兩個(gè)0）；

黑色像素（四個(gè)子像素有一個(gè)0）；

假設(shè)秘密圖片為：白色像素（四個(gè)子像素中只一個(gè)0）；

黑色像素（四個(gè)子像素中都是1）。

基于這樣的思想所構(gòu)建的基本矩陣為：

①如果秘密像素是白色：分享圖片由AAA、BAA、ABA、BBA矩陣之一產(chǎn)生；

②如果秘密像素是黑色：分享圖片由AAB、BAB、ABB、BBB矩陣之一產(chǎn)生。

視覺密碼就是通過尋找基礎(chǔ)矩陣，然后進(jìn)行矩陣的或運(yùn)算（即疊加過程）進(jìn)而找到可也恢復(fù)效果相當(dāng)明顯的基礎(chǔ)矩陣。可視密碼學(xué)的基本原理操作簡(jiǎn)單，通俗易懂，不需過多的計(jì)算。只需要人們仔細(xì)的用肉眼觀察其中的秘密就可以。要想獲得準(zhǔn)確的秘密需要持有子密鑰（分享圖片）的人聚集到一起，然后對(duì)子密鑰（分享圖片）進(jìn)行疊加即可輕松觀察到秘密。所以可視密碼給人們帶來了方便與快捷。從而由于它的原理通俗易懂，它被用到了很多領(lǐng)域，比如身份認(rèn)證領(lǐng)域、數(shù)字簽名領(lǐng)域、遠(yuǎn)程控制訪問領(lǐng)域等，當(dāng)然還有文章提到的數(shù)字水印領(lǐng)域。

3 方案構(gòu)建

設(shè)原來圖片為A(n×m)的維，密鑰是Y，水印圖片B的(s×t)維，含水印圖片C，提取水印圖片D。

①將水印圖片B變成二值圖片。

②密鑰Y在1到n×m個(gè)數(shù)隨機(jī)打亂得到隨機(jī)整數(shù)Z的s×t維數(shù)。

③建立一個(gè)二值矩陣H。然后對(duì)Z生成的s×t維矩陣中的每個(gè)0～255數(shù)用八位二進(jìn)制數(shù)來表示；根據(jù)基礎(chǔ)矩陣來修飾載體圖像的最低來嵌入水印。進(jìn)而密鑰Y產(chǎn)成了s×t維二值矩陣Z。

④再建立一個(gè)二值矩陣E，然后在原來圖片A中隨意選取s×t個(gè)數(shù)，通過上面③中的方法，可以形成s×t維二值矩陣E。

⑤再建立一個(gè)二值矩陣F。則F是由H和E進(jìn)行或運(yùn)算得到的。

⑥最后形成含水印圖片的分享圖片C。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

原來圖片A

水印圖片B

帶水印圖片C

提取的水印圖片D

5 結(jié)語

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知，嵌入水印后的圖片和原來圖片沒有產(chǎn)生明顯差異，進(jìn)而做到了嵌入信息不改變?cè)夹畔⒌哪繕?biāo)，因此嵌入水印成功有效。提取后的水印圖片和原來水印圖像之間有微小變化，但不影響水印的識(shí)別。從而可見視覺密碼很好的與數(shù)字水印相結(jié)合了，促進(jìn)了科學(xué)的發(fā)展過程，這為今后的研究做出了基礎(chǔ)。從這篇文章得知密碼學(xué)可以應(yīng)用到其他領(lǐng)域，并且發(fā)揮了它不用通過復(fù)雜的運(yùn)算過程，減少了因?yàn)橛?jì)算而產(chǎn)生的多余費(fèi)用。綜上所訴研究方案可行性高。