论文总字数：20759字

目 录

摘要 I

Abstract II

1. 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 研究内容 1

1.3 论文结构 1

2. 同态加密域的可逆信息隐藏算法概述 2

2.1信息隐藏 2

2.1.1信息隐藏的特征 2

2.1.2信息隐藏的应用 2

2.2同态加密 3

2.2.1同态加密的分类 3

2.2.2同态加密的应用 4

2.2.3 Paillier同态加密算法 4

2.3基于同态加密的可逆信息隐藏主要算法 8

3.基于paillier加密的可逆信息隐藏算法的实现与优化 10

3.1图像预处理 10

3.2 paillier加密 10

3.2.1密钥生成 11

3.2.2加密过程 11

3.3秘密信息嵌入 12

3.4解密过程 12

3.5秘密信息提取 13

4.实验结果分析 14

4.1实验结果 14

4.2对比分析 14

5.总结与展望 17

5.1总结 17

5.2展望 17

参考文献 18

致谢 20

同态加密域的可逆信息隐藏方法

伏港

，China

Abstract：Secret message embedding and privacy protection are needed in more and more areas at present society with the development of science technology, and at the same time, the techniques of cracking secret information and privacy data have been more advanced, the normal encryption technologies cannot meet some areas’ needs such as military and medicine. In these areas, a safe and efficient technique of reversible information hiding in homomorphic encryption domain is very significant. In the current cryptography, homomorphic encryption is a major encryption method, which can effectively guarantee the privacy of the plaintext content, and effectively manage and distribute the encrypted data, which greatly improves the security of encryption. In this paper, we implement and analyze the reversible information hiding algorithm based on separated LSB in homomorphic encryption domain. The algorithm first divides all pixels into groups before encryption, then the image provider encrypts the information after grouping. Finally, the data hider embeds the information by changing the relative size of the neighboring LSB in the encrypted domain. Through the analysis and comparison of the experimental results, the algorithm can effectively achieve reversible information hiding in homomorphic encryption domain, and has more payload than others.

Key words: Homomorphic encryption; Paillier; Least Significant Bit; Reversible information embedding

绪论

研究背景和意义

由于互联网科学和云计算技术的高速发展，越来越多的人开始使用服务器和云端来存储个人资料和隐私数据，从而达到节省实际物理存储设备开支的目的。使用者通过互联网来实时下载已上传的资料。这些技术虽然极大地方便了人们的工作生活，但也引发了数据安全和隐私保护的问题。用户上传的数据可能会涉及自己的隐私内容，如个人相片、企业用户资料、电子票据等，用户应先在上传前对数据进行加密的操作，以降低内容泄露的风险。然而，数据在加密后失去了许多的特性。随着用户和上传数据的爆炸式增长，海量密文数据的检索和管理成为了急需攻克的关键技术。另外，由于存在安全漏洞或内部人员的非法操作，密文被非法访问后会受到篡改、替换等攻击，用户加密数据的完整性、可靠性保护尤为重要。

加密域中的可逆信息隐藏技术是对密文信息直接进行的操作，即在不知晓明文内容的前提下，直接将秘密信息嵌入到密文载体中，并在解密及秘密信息提取后能够百分之百地恢复出原始载体的技术。该技术具有极广的应用前景，例如，患者的医学图像加密后上传到医院的服务器或云中，管理者可将图像的相关信息，如所有者信息、拍摄时间、拍摄部位等嵌入到对应的密文中，通过提取嵌入信息和比对相应的关键词，可实现对密文图像的快速检索；再者，设计师将作品加密后上传到数据库，再通过嵌入与密文相关的特征信息及版权信息，从而实现对加密数据的完整性认证和版权保护。加密域中的可逆信息隐藏技术较好地解决了密文检索及其安全保护的问题，并可在解密及数据提取后，恢复原始载体，近年来已成为了信息安全领域的一个研究热点。基于同态加密域的可逆信息隐藏方法可以有效的保护图像及秘密信息的安全，在图像密文域信息处理领域中具有实用价值。

研究内容

本文的主要工作是利用paillier加密系统对图像进行加密，以LSB翻转算法为基础，根据秘钥，将秘密信息嵌入到密文图像中，再通过相应的变换得到含秘密信息的密文图像，在接收端进行相同的操作后提取到秘密信息，完成密文图像的恢复，并用MATLAB对嵌入率等指标进行检验。

论文结构

本论文主要分为五个部分，首先在绪论部分介绍该算法研究的背景和意义，本文的研究内容以及本论文的结构。其次是对同态加密域的可逆信息隐藏算法的综述，在这一部分中介绍了信息隐藏和同态加密。第三部分是基于Paillier加密的可逆信息隐藏算法的实现与优化，介绍了其结构和流程，也是本文的主要内容。第四部分则是对于实验结果的描述和分析，从这一部分也能看出本文算法的优劣。最后一部分则是对基于同态加密域的可逆信息隐藏算法的总结和展望，说明本文算法的不足和未来的研究方向。

同态加密域的可逆信息隐藏算法概述

2.1信息隐藏

载体信息的冗余性是信息隐藏的基础，载体信息里隐藏秘密信息，通过传递载体信息来传播隐藏在其内的秘密信息。这样一来，含有秘密信息的载体信息与一般非机密信息没有区别，能够降低他人的注意，这样隐蔽性和安全性得到大大提升，从而不易被破解。

2.1.1信息隐藏的特征

信息隐藏具有很多特征，接下来就简述其中的几条重要性质。

1. 鲁棒性

鲁棒性是指载体信息的某些改动不会造成秘密信息丢失的能力。“改动”如滤波操作、重采样、有损编码压缩。

1. 透明性

指人类的感官系统无法明确地察觉出载体信息里的秘密信息，从而保障秘密信息的安全性。

1. 安全性

指一般的攻击技术不能对秘密信息造成损坏，即隐藏算法具有一定的抗破坏能力。 

1. 自恢复性

指一些操作对载体信息造成破坏后，仍然能提取出我们所需要的秘密信息，并且提取过程中不需要载体信息，这就是自恢复性。

2.1.2信息隐藏的应用

1. 数据保密

网络安全的其中一个重点是防止非授权用户对隐秘信息的访问。随着经济、社会的发展，军事、医疗、政治等领域对这一点要求也愈来愈高。信息隐藏技术则可以用来保护秘密信息，例如医疗领域的患者信息、军事方面的命令信息等、个人的银行账户信息等。

1. 数据的完整性

在日常的信息传输过程中，信息不会被篡改。尤其是脆弱水印技术中，篡改的操作会使得水印被破坏，从而被不法分子识别。

1. 数字作品的版权保护

信息隐藏中的一个重要方面是版权保护。由于网络传播媒体的高速发展，通过网络媒体传播的信息也愈来愈多。这其中数字作品占有很大比例，而数字作品相比起传统的纸质作品更加容易被修改。数字水印技术则可以解决此类难题：在数字作品传播的过程中，水印就隐藏在作品上，而水印则包含有信息代码。在数字作品通过不正当的方式传播时，可以通过水印技术进行追查。

1. 防伪

 电子商务中，电子票据的广泛应用也需要信息隐藏。通过给电子票据加上独一无二的水印，则可以用来防伪，从而验证真实性，保障用户的合法权益。

2.2同态加密

同态加密（Homomorphic Encryption）是由Ron Rivest, Leonard Adleman,以及Michael L. Dertouzos在1978年提出的概念。同态加密是一种加密形式，提供了一种在不知晓密文数据的情况下对加密数据进行处理的功能。在同态加密中，人们在密文域中进行特定的代数运算得到的仍是加密的结果，将其解密所得到的结果在明文域中进行同样的运算结果一样。

2.2.1同态加密的分类

由于使用的加密算法支持的范围不同，同态加密算法主要分为两大类。对于能支持任意的函数f，则为完全同态加密。而对于只能支持部分特定的函数f，则是部分同态加密。

1. 部分同态加密算法

RSA算法是一个典型的部分同态加密算法，并且其基于公钥加密。把一个值很大的数转为两个较小数的乘积是很难的，所以该算法的复杂度较高，这也保证了其安全性。RSA算法具有乘法同态的性质，如下：

(2-1)

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：20759字

相关图片展示：