一种安全的无载体纹理合成信息隐藏方案
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摘 要 为了有效抵御 Ｚｈｏｕ等［８］针对 Ｗｕ等［７］提出的无载体纹理合成信息隐藏方案的攻击，设计出一种基于 有限整数网格上拟仿射变换（ＱＡＴＬＩＧ）的纹理合成无载体信息隐藏方案。该方案通过在纹理合成过程中嵌入干 扰纹理块，来抵御文献［８］提出的攻击。其中，干扰纹理块的具体位置，由样本纹理源补丁块的坐标通过 ＱＡＴＬＩＧ 变换而得。同时该方案将 ＱＡＴＬＩＧ变换系数纳入密钥中。分析及实验表明，该方案保持了文献［７］方案的生成纹 理图像质量，信息隐藏容量损失极小（约 １．４６％ ～７．１１％），隐藏的信息被暴力破解的概率极低（远小于 １０－５），可 有效抵御文献［８］的攻击方案。
文献［７］方案相比文献［５］方案的主要优点是隐 藏容量大，同时由于采用块拼接而非逐像素合成，因此 合成效率高，合成效果好。随后，Ｚｈｏｕ等提出一种针 对文献［７］方 案 的 攻 击 方 法［８］。 其 中 指 出，由 于 该 算 法在生成小的拼贴块时，进行了大量的镜像操作，且在 生成纹理中嵌入了原样本纹理图像，因此攻击方可根 据得到的大幅纹理图像，从中恢复出样本纹理图像，然 后再重新模 拟 文 献 ［７］方 案 过 程，进 而 破 解 出 秘 密 信 息。鉴于此，为有效阻止 Ｚｈｏｕ等对文献［７］方案的破 解，本文提出一种安全的无载体纹理合成信息隐藏方 案，主要通过在样本纹理中利用有限整数网格上拟仿 射变换 （ＱｕａｓｉＡｆｆｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｎＬｉｍｉｔｅｄＩｎｔｅｇｅｒ Ｇｒｉｄｓ，ＱＡＴＬＩＧ）添加干扰块的方式来进行反破解。该 方案使得即使攻击方成功恢复出原样本纹理，也无法 具体得知究竟哪些块隐藏了信息，从而无法得知真正 的秘密信息。
１（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００７１，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ） ２（ＢｅｉｊｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｓｉｓｔＺｈｏｕＨ ｅｔａｌ．ｓａｔｔａｃｋｏｎｔｈｅｃｏｖｅｒｌｅｓｓｔｅｘｔｕｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｈｉｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙＷｕｅｔａｌ．，ｗｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｃｏｖｅｒｌｅｓｓｔｅｘｔｕｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｈｉｄｉｎｇｓｃｈｅｍｅｂａｓｅｄｏｎｑｕａｓｉ ａｆｆｉｎｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｎｌｉｍｉｔｅｄｉｎｔｅｇｅｒｇｒｉｄｓ（ＱＡＴＬＩＧ）．ＴｈｉｓｓｃｈｅｍｅｄｅｆｅｎｄｅｄａｇａｉｎｓｔａｔｔａｃｋｓｂｙＺｈｏｕＨ ｅｔａｌ．ｂｙ ｅｍｂｅｄｄｉｎｇｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｔｅｘｔｕｒｅｂｌｏｃｋｓｉｎｔｈｅｔｅｘｔｕｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｔｅｘｔｕｒｅ ｂｌｏｃｋｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｔｅｘｔｕｒｅｓｏｕｒｃｅｐａｔｃｈｂｌｏｃｋｂｙＱＡＴＬＩＧ，ａｎｄｔｈｅｓｃｈｅｍｅ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄｔｈｅＱＡＴＬＩＧ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｎｔｏｔｈｅｓｅｃｒｅｔｋｅｙ．Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｅｓｃｈｅｍｅ ｍａｉｎｔａｉｎｓｔｈｅｔｅｘｔｕｒｅｉｍａｇｅｑｕａｌｉｔｙｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙＷｕｅｔａｌ．，ａｎｄｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｈｉｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｌｏｓｓｉｓｅｘｔｒｅｍｅｌｙｓｍａｌｌ （ａｂｏｕｔ１．４６％ ～７．１１％）．Ｔｈｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆｈｉｄｄｅｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｂｅｉｎｇｖｉｏｌｅｎｔｌｙｃｒａｃｋｅｄｉｓｅｘｔｒｅｍｅｌｙｌｏｗ（ｆａｒｌｅｓｓｔｈａｎ １０－５），ａｎｄｉｔｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｓｉｓｔｔｈｅａｔｔａｃｋｓｃｈｅｍｅｏｆＺｈｏｕＨ ｅｔａｌ．
纹理，并保 证 合 成 结 果 与 输 入 样 图 在 视 觉 上 的 相 似 性 ［２－３］。将纹理合 成 技 术 和 信 息 隐 藏 的 结 合，是 一 种 新的无 载 体 信 息 隐 藏 技 术 思 路。该 技 术 由 Ｏｔｏｒｉ和 Ｋｕｒｉｙａｍａ采用逐像素生成纹理的方式首次提出 。 ［４－５］ 但是，Ｏｔｏｒｉ等的方案存在计算量大和提取误码率等缺 陷［６］。为此 Ｗｕ等提出了一种基于块拼贴的纹理合成 信息隐藏方案［７］。该方案将每一个候选块分为内核和
关键词 信息隐藏 纹理合成 无载体 有限整数网格拟仿射变换
中图分类号 ＴＰ３ 文献标识码 Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００３８６ｘ．２０１９．０６．０５２
ＡＳＥＣＵＲＥＣＯＶＥＲＬＥＳＳＴＥＸＴＵＲＥＳＹＮＴＨＥＳＩＳＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＨＩＤＩＮＧ ＳＣＨＥＭＥ
ＤｕＹａｏｇａｎｇ１，２ ＷａｎｇＺｅｈａｏ１ ＺｈａｏＧｅｎｇ１，２ ＺｈａｎｇＹａｎｓｈｕｏ２
第 ３６卷第 ６期 ２０１９年 ６月
计算机应用与软件 ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅ
Ｖｏｌ３６ Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．２０１９
一种安全的无载体纹理合成信息隐藏方案
杜耀刚１，２ 王泽豪１ 赵 耿１，２ 张艳硕２
１（西安电子科技大学通信工程学院 陕西 西安 ７１００７１） ２（北京ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ子科技学院 北京 １０００７０）
收稿日期：２０１８－１１－０８。国家自然科学基金面上项目（６１７７２０４７）；国家重点研发计划基金项目（２０１７ＹＦＢ０８０１８０３）。杜耀刚， 教授，主研领域：信息隐藏，密码数学基础理论。王泽豪，硕士生。赵耿，教授。张艳硕，博士。
２８８
计算机应用与软件
２０１９年
外围两部分，比较待拼接的重叠区域与所有候选块对 应区域的均方误差（ＭＳＥ）并排序。秘密嵌入时，就取 对应 ＭＳＥ排名的候选块进行纹理缝合。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｈｉｄｉｎｇ Ｔｅｘｔｕｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓ Ｃｏｖｅｒｌｅｓｓ Ｑｕａｓｉａｆｆｉｎｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｎｌｉｍｉｔｅｄｉｎｔｅｇｅｒｇｒｉｄｓ
０ 引 言
无载体信息隐藏是一种全新的概念，它是指不对 载体本身进行修改而完成信息隐藏的各种技术的统 称［１］，是当前研究的热点。基于样图的纹理生成技术， 是指根据小面积的样本纹理特征，合成大面积的输出
文献［７］方案相比文献［５］方案的主要优点是隐 藏容量大，同时由于采用块拼接而非逐像素合成，因此 合成效率高，合成效果好。随后，Ｚｈｏｕ等提出一种针 对文献［７］方 案 的 攻 击 方 法［８］。 其 中 指 出，由 于 该 算 法在生成小的拼贴块时，进行了大量的镜像操作，且在 生成纹理中嵌入了原样本纹理图像，因此攻击方可根 据得到的大幅纹理图像，从中恢复出样本纹理图像，然 后再重新模 拟 文 献 ［７］方 案 过 程，进 而 破 解 出 秘 密 信 息。鉴于此，为有效阻止 Ｚｈｏｕ等对文献［７］方案的破 解，本文提出一种安全的无载体纹理合成信息隐藏方 案，主要通过在样本纹理中利用有限整数网格上拟仿 射变换 （ＱｕａｓｉＡｆｆｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｎＬｉｍｉｔｅｄＩｎｔｅｇｅｒ Ｇｒｉｄｓ，ＱＡＴＬＩＧ）添加干扰块的方式来进行反破解。该 方案使得即使攻击方成功恢复出原样本纹理，也无法 具体得知究竟哪些块隐藏了信息，从而无法得知真正 的秘密信息。
１（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００７１，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ） ２（ＢｅｉｊｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｓｉｓｔＺｈｏｕＨ ｅｔａｌ．ｓａｔｔａｃｋｏｎｔｈｅｃｏｖｅｒｌｅｓｓｔｅｘｔｕｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｈｉｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙＷｕｅｔａｌ．，ｗｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｃｏｖｅｒｌｅｓｓｔｅｘｔｕｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｈｉｄｉｎｇｓｃｈｅｍｅｂａｓｅｄｏｎｑｕａｓｉ ａｆｆｉｎｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｎｌｉｍｉｔｅｄｉｎｔｅｇｅｒｇｒｉｄｓ（ＱＡＴＬＩＧ）．ＴｈｉｓｓｃｈｅｍｅｄｅｆｅｎｄｅｄａｇａｉｎｓｔａｔｔａｃｋｓｂｙＺｈｏｕＨ ｅｔａｌ．ｂｙ ｅｍｂｅｄｄｉｎｇｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｔｅｘｔｕｒｅｂｌｏｃｋｓｉｎｔｈｅｔｅｘｔｕｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｔｅｘｔｕｒｅ ｂｌｏｃｋｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｔｅｘｔｕｒｅｓｏｕｒｃｅｐａｔｃｈｂｌｏｃｋｂｙＱＡＴＬＩＧ，ａｎｄｔｈｅｓｃｈｅｍｅ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄｔｈｅＱＡＴＬＩＧ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｎｔｏｔｈｅｓｅｃｒｅｔｋｅｙ．Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｅｓｃｈｅｍｅ ｍａｉｎｔａｉｎｓｔｈｅｔｅｘｔｕｒｅｉｍａｇｅｑｕａｌｉｔｙｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙＷｕｅｔａｌ．，ａｎｄｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｈｉｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｌｏｓｓｉｓｅｘｔｒｅｍｅｌｙｓｍａｌｌ （ａｂｏｕｔ１．４６％ ～７．１１％）．Ｔｈｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆｈｉｄｄｅｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｂｅｉｎｇｖｉｏｌｅｎｔｌｙｃｒａｃｋｅｄｉｓｅｘｔｒｅｍｅｌｙｌｏｗ（ｆａｒｌｅｓｓｔｈａｎ １０－５），ａｎｄｉｔｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｓｉｓｔｔｈｅａｔｔａｃｋｓｃｈｅｍｅｏｆＺｈｏｕＨ ｅｔａｌ．
纹理，并保 证 合 成 结 果 与 输 入 样 图 在 视 觉 上 的 相 似 性 ［２－３］。将纹理合 成 技 术 和 信 息 隐 藏 的 结 合，是 一 种 新的无 载 体 信 息 隐 藏 技 术 思 路。该 技 术 由 Ｏｔｏｒｉ和 Ｋｕｒｉｙａｍａ采用逐像素生成纹理的方式首次提出 。 ［４－５］ 但是，Ｏｔｏｒｉ等的方案存在计算量大和提取误码率等缺 陷［６］。为此 Ｗｕ等提出了一种基于块拼贴的纹理合成 信息隐藏方案［７］。该方案将每一个候选块分为内核和
关键词 信息隐藏 纹理合成 无载体 有限整数网格拟仿射变换
中图分类号 ＴＰ３ 文献标识码 Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００３８６ｘ．２０１９．０６．０５２
ＡＳＥＣＵＲＥＣＯＶＥＲＬＥＳＳＴＥＸＴＵＲＥＳＹＮＴＨＥＳＩＳＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＨＩＤＩＮＧ ＳＣＨＥＭＥ
ＤｕＹａｏｇａｎｇ１，２ ＷａｎｇＺｅｈａｏ１ ＺｈａｏＧｅｎｇ１，２ ＺｈａｎｇＹａｎｓｈｕｏ２
第 ３６卷第 ６期 ２０１９年 ６月
计算机应用与软件 ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅ
Ｖｏｌ３６ Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．２０１９
一种安全的无载体纹理合成信息隐藏方案
杜耀刚１，２ 王泽豪１ 赵 耿１，２ 张艳硕２
１（西安电子科技大学通信工程学院 陕西 西安 ７１００７１） ２（北京ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ子科技学院 北京 １０００７０）
收稿日期：２０１８－１１－０８。国家自然科学基金面上项目（６１７７２０４７）；国家重点研发计划基金项目（２０１７ＹＦＢ０８０１８０３）。杜耀刚， 教授，主研领域：信息隐藏，密码数学基础理论。王泽豪，硕士生。赵耿，教授。张艳硕，博士。
２８８
计算机应用与软件
２０１９年
外围两部分，比较待拼接的重叠区域与所有候选块对 应区域的均方误差（ＭＳＥ）并排序。秘密嵌入时，就取 对应 ＭＳＥ排名的候选块进行纹理缝合。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｈｉｄｉｎｇ Ｔｅｘｔｕｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓ Ｃｏｖｅｒｌｅｓｓ Ｑｕａｓｉａｆｆｉｎｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｎｌｉｍｉｔｅｄｉｎｔｅｇｅｒｇｒｉｄｓ
０ 引 言
无载体信息隐藏是一种全新的概念，它是指不对 载体本身进行修改而完成信息隐藏的各种技术的统 称［１］，是当前研究的热点。基于样图的纹理生成技术， 是指根据小面积的样本纹理特征，合成大面积的输出