一种基于多块依赖结构的安全脆弱水印方法

摘要

本发明公开了一种基于多块依赖结构的安全脆弱水印方法，包括水印嵌入和篡改定位两部分，水印嵌入具体包括以下几个步骤：步骤1.图像文件的分割，步骤2.水印生成，步骤3.水印嵌入，步骤4.经过上述三个步骤，得到含有水印的图像Y。图像认证具体包括以下几个步骤：步骤1.水印生成，步骤2.水印提取，步骤3.完整性认证。本发明能够准确地验证图像的完整性，并能实现篡改的精确定位。特别，对于传统算法检测不到的孤立块篡改，具有很好的检测及定位效果，而且，本发明对生成水印进行了加密，并且嵌入位置是通过密钥生成的混沌序列进行选取，提高了本发明的安全强度。

主权项

1.一种基于多块依赖结构的安全脆弱水印方法，其特征在于，包括水印嵌入和图像认证两部分，具体为：一：水印嵌入具体包括以下几个步骤：步骤1．图像文件的分割将大小为M×N的原始图像X的最低有效位清零，得到图像将图像分割成互不重叠的尺寸为m×n的图像块，共(M/m)×(N/n)个，如公式（1）所示：$\bar{X}=\{{\bar{X}}_i(x,y),1\le i\le N_b,x=\mathrm{1,2},...,m,y=\mathrm{1,2},...,n\}---\left(1\right)$式中：表示第个i图像块，i为图像块的序号，x,y表示像素在图像块中的位置，N_b为分割后的图像块个数；步骤2.水印生成具体为：采用安全Hash函数，将每一个图像块映射为一个长度为m×n的Hash码，公式如（2）：$C_i=H\left({\bar{X}}_i\right)=(c_1,c_2,c_L)---\left(2\right)$式中：C_i表示对图像块执行Hash函数，生成的Hash码；表示Hash函数；c₁,c₂,...c_L表示Hash码C_i中的每一位，L为Hash码的码长；使用密钥k₁生成随机二进制序列B，使用异或操作对Hash码进行加密，如公式（3）所示：$w_{i,j}=C_{i,j}\oplus B_j,1\le i\le N_b,1\le j\le L---\left(3\right)$式中：w_i,j表示生成的第i块中第j位水印信息，C_i,j表示第i块中第j位Hash码，B_j表示随机序列的第j位；对于第i个图像块生成的水印，表示为W_i＝W_i，j,1≤i≤N_b,j＝1,2,...,L，然后将水印信息W_i等分为K组，每一组表示为步骤3．水印嵌入通过密钥k₂生成K个随机位置序列每一个图像块的K组水印信息按照随机位置序列选择其它K个待嵌入图像块，其中第i块第k组水印将对应着第s_i个图像块中的第k部分，然后将水印信息嵌入到对应图像块的最低有效位；步骤4．经过上述三个步骤，得到含有水印的图像Y；二、图像认证包括以下几个步骤：步骤1.水印生成将大小为M×N的测试图像Y^*的最低有效位清零，得到图像将图像分割成互不重叠的尺寸为m×n的图像块采用安全Hash函数，将每一个图像块映射为一个长度为L的Hash码使用密钥k₁生成随机二进制序列B，如公式（3）使用异或操作对Hash码加密后生成水印信息然后将等分为K组，每一个为1≤i≤N_b,k＝1,2,...,K；步骤2.水印提取将大小为M×N的测试图像Y^*分割成互不重叠的尺寸为m×n的图像块根据密钥k₂生成K个随机位置序列k＝1,2,...,K；每一个图像块分别对应K个随机位置根据K个位置，选取对应的其它K个含水印图像块，从K个含水印图像中，分别提取K组水印1≤i≤N_b,k＝1,2,...,K，则任意图像块都对应着一个提取水印W_i′，该水印由K部分组成，每一个部分为1≤i≤N_b,k＝1，2,...,K；步骤3.完整性认证步骤1中每一个图像块得到K组水印信息，每一组为步骤2中每一个图像块得到提取水印W_i′，包括K组水印对于相同位置的图像块和图像块对和进行比较，则对于每一个位置的测试图像块，得到K个篡改标志，如公式（4）所示：$d_i^k=\left\{\begin{array}{cc}0,& W_i^{*k}=W_{s^k\left(i\right)}^{\prime k}\\ 1,& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.---\left(4\right)$式中：表示第i个图像块中第k部分是否相等；则对于每一个测试图像块，如果K部分生成水印与对应的K个提取水印对应相等，则图像块保持完整，否则认为遭到篡改；篡改结果由如下公式（5）得到：$D_i=\left\{\begin{array}{cc}0,& {\Sigma }_{k=1}^K{d}_i^k=0\\ 1,& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.---\left(5\right)$式中：D_i表示第i个图像块是否遭到篡改，如果为0，说明测试图像块保持完整，如果为1，则测试图像块遭到篡改。