基于混沌散列函数的分块脆弱水印生成与认证方法

摘要

本发明公开了一种基于混沌散列函数的分块脆弱水印生成与认证方法。该方法以原始置零图像块、图像大小(M、N)的值、水印子标记及密钥为混沌散列函数的明文生成二值水印块，将二值水印块按图像块空间位置生成的水印图像置乱加密后嵌入图像的最低位，通过差值图像检测和定位篡改。本发明利用复合非线性数字滤波器构造的混沌散列函数，并将密钥作为明文的一部分生成二值水印块，实现简单且具有更高的安全性；将水印置乱加密后嵌入图像的最低位，通过设定的阈值可以有效区分图像非水印部分与水印部分的篡改，并准确定位非水印部分被篡改的位置，既不降低分块水印算法的定位精度，也不需要增加参数管理的难度，且可以有效抵抗量化攻击和黑盒攻击。

主权项

1、一种基于散列函数的分块脆弱水印生成与认证方法，包括如下步骤：(1)、水印生成：将大小为M×N的原始图像X的最低有效位置零，将其分为n个k×l互不相交的原始置零图像块Xr，r＝1，2...，n；另将水印标记B也分为n个子标记Br，r＝1，2...，n；以原始置零图像块Xr，r＝1，2...，n、水印子标记Br，r＝1，2...，n和原始图像X大小M，N的值拼成明文Mr，将该明文Mr和设定的密钥SK，利用基于复合非线性数字滤波器的混沌散列计算后得到长度为k*l的散列值Hr，将该散列值Hr变换成k行、l列的二值水印块Wr，r＝1，2...，n；将二值水印块Wr按原始置零图像块Xr的空间位置排列，拼成二值水印图像W＝[Wr]；设定加密密钥为key，利用置乱加密函数P(.)对二值水印图像W进行置乱加密，得到待嵌入的水印$W_{\mathrm{key}}^p=P(\mathrm{key},W);$ (2)、水印嵌入：将(1)步生成的待嵌入的水印Wkeyp嵌入到原始图像X的最低位生成水印图像Y；(3)、水印提取：对水印图像Y传输后收到的被测图像Y*，取被测图像Y*最低位的水印$W_{\mathrm{key}}^{p^{\prime }}=\mathrm{mod}(I^{*},2),$ 根据密钥key对其置乱恢复，得到从被测图像Y*最低位恢复的二值水印图像W′＝P-1(key，WP′)，其中P-1(.)为置乱函数P(.)的反函数；将被测图像Y*的最低有效位置零，将其分为n个k×l互不相交的被测置零图像块Yr*，r＝1，2...，n，以被测置零图像块Yr*代替(1)步的原始置零图像块Xr，按(1)步相同的方法生成被测图像Y*的二值水印图像$W^{*}={[W}_r^{*}];$ 再将被测图像Y* 最低位恢复的二值水印图像W′减去被测图像Y*的二值水印图像W*，得到水印差值图像ΔW＝|W′-W*|；(4)认证：将(3)步得到的水印差值图像ΔW分为n个互不相交的大小为k×l的水印差值图像块ΔWr，r＝1，2，...，n；根据水印差值图像块ΔWr中非零元素的个数tr与设定阈值T的关系，进行被测置零图像块篡改和水印篡改的判定，具体的判定规则为：若差值图像ΔW中存在0＜tr＜T的水印差值图像块ΔWr，则判定被测图像中有水印被篡改；如果存在tr≥T的水印差值图像块ΔWr，则判定该水印差值图像块ΔWr对应的被测置零图像块Yr*被篡改；若无被测置零图像块Yr*被篡改，则认证通过。