基于一种像素不扩展的视觉密码方案在数字水印中的应用

马冬鹤

（吉林师范大学 数学学院 吉林 长春 130000）

1 引言

像素不扩展的视觉密码是现代密码学领域中一个很重要的分支领域，也是信息安全方向的重要研究对象。利用可视密码来保护秘密。一方面，可以保证秘密的鲁棒性；另一方面，破坏者必须获得大量的分存图片才能恢复出共同要保护的的秘密，而这往往非常困难。数字水印和其密码技术的结合，形成了有很大应用价值的密码算法。视觉密码是一种基于秘密共同分享的思想的密码技术，它依靠人的肉眼系统直接进行要保护对象秘密信息的恢复，它核心的安全性相似于“一次一密”解密过程。

在这个中国科技不断进步的时代，使得数字内容的互换和传送变得高效快捷。与此同时数字内容的版权问题变得突出。大家提出了很多不同的解决办法。以解决数字内容的安全性问题。有人提出利用密码技术来保证数字内容不被非法利用。为了数字内容的版权保护，学者们提出了数字水印技术。进而扩展提到像素不可扩展原理应用到数字水印中去，从而达到相对较好的恢复效果，使得图像不失真，这是研究的目的性。

文章主要是基于密码学原理，利用数字水印技术与密码学相结合的手段，提出了较为合理的保护秘密方案，没有经过复杂计算，该方案简单可行，不存在像素扩展问题。

2 基于一种（3，3）视觉密码方案的应用原理

假设分享图片为：白色像素（四个子像素有两个0）；

黑色像素（四个子像素有一个0）；

假设秘密图片为：白色像素（四个子像素中只一个0）；

黑色像素（四个子像素中都是1）。

基于这样的思想所构建的基本矩阵为：

①如果秘密像素是白色：分享图片由AAA、BAA、ABA、BBA矩阵之一产生；

②如果秘密像素是黑色：分享图片由AAB、BAB、ABB、BBB矩阵之一产生。

视觉密码就是通过寻找基础矩阵，然后进行矩阵的或运算（即叠加过程）进而找到可也恢复效果相当明显的基础矩阵。可视密码学的基本原理操作简单，通俗易懂，不需过多的计算。只需要人们仔细的用肉眼观察其中的秘密就可以。要想获得准确的秘密需要持有子密钥（分享图片）的人聚集到一起，然后对子密钥（分享图片）进行叠加即可轻松观察到秘密。所以可视密码给人们带来了方便与快捷。从而由于它的原理通俗易懂，它被用到了很多领域，比如身份认证领域、数字签名领域、远程控制访问领域等，当然还有文章提到的数字水印领域。

3 方案构建

设原来图片为A(n×m)的维，密钥是Y，水印图片B的(s×t)维，含水印图片C，提取水印图片D。

①将水印图片B变成二值图片。

②密钥Y在1到n×m个数随机打乱得到随机整数Z的s×t维数。

③建立一个二值矩阵H。然后对Z生成的s×t维矩阵中的每个0～255数用八位二进制数来表示；根据基础矩阵来修饰载体图像的最低来嵌入水印。进而密钥Y产成了s×t维二值矩阵Z。

④再建立一个二值矩阵E，然后在原来图片A中随意选取s×t个数，通过上面③中的方法，可以形成s×t维二值矩阵E。

⑤再建立一个二值矩阵F。则F是由H和E进行或运算得到的。

⑥最后形成含水印图片的分享图片C。

4 实验结果

原来图片A

水印图片B

带水印图片C

提取的水印图片D

5 结语

从实验结果得知，嵌入水印后的图片和原来图片没有产生明显差异，进而做到了嵌入信息不改变原始信息的目标，因此嵌入水印成功有效。提取后的水印图片和原来水印图像之间有微小变化，但不影响水印的识别。从而可见视觉密码很好的与数字水印相结合了，促进了科学的发展过程，这为今后的研究做出了基础。从这篇文章得知密码学可以应用到其他领域，并且发挥了它不用通过复杂的运算过程，减少了因为计算而产生的多余费用。综上所诉研究方案可行性高。