基于混沌流密码体制的信息隐藏算法研究

2021-01-23王志

通信电源技术 2020年19期

王志

（郑州工业应用技术学院，河南郑州 451100）

0 引言

数字信息作为沟通与交流的主要载体，在网络上传播与共享时容易被复制和更改，可能会出现安全隐患，如混淆版权和影响真实性等问题，还会使重要信息被泄露，利用和泄露信息从事非法活动严重时甚至会对国家稳定和安全造成威胁[1]。因此信息安全问题受到了广泛关注，信息技术的应用也对通信安全提出了更高的要求。

传统的通信保密方式是使用密钥或公钥系统对通信内容加密，没有密钥的接收者就无法获得明文，但是这种方法容易明显分辨出被传输的信息，导致被监听者破解，而且随着计算机技术的提高，破解密钥的速度也随之加快[2]。加密信息被破解后，通信保密问题面临严峻的考验，因此信息隐藏技术应运而生。信息隐藏是将信息隐藏到不容易被注意的载体中，载体可以是文本、图像、音频以及视频，信息隐藏能够利用载体进行信息传送和保护版权，起到信息保护的作用。混沌流密码体制提供了多种混沌函数和参数，使信息编码方式多样化，提升了加密复杂性，有利于保障开放网络中的信息安全[3]。因此，本文基于混沌流密码体制研究信息隐藏算法，提高信息隐蔽性，降低被截取和破解的几率，为促进通信安全提供一定理论基础。

1 设计共享矩阵混沌加密算法

根据混沌流密码体制特性，设计分存算法，将原始信息变成随机序列，将密钥隐藏其中，再利用共享矩阵对隐藏信息编码。

1.1 混沌信息加密

混沌密码体制利用随机序列可以实现加密，提高共享安全性。将大小为W的原始信息转变为数据矩阵U，利用随机数产生密钥K，可表示为：

式中，ki表示随机数，ki∈{0,1}，；i为个数，1≤i≤192。利用密钥K产生混沌序列的初始值，将混沌序列初值代入，取模运算,混沌信息加密公式为：

式中，Cx(1)表示序列。

1.2 加密信息共享编码

通过共享矩阵对加密数据进行编码，形成分存加密信息。将得到的共享矩阵S(k,n)进行重复列扩展，扩展为n×(W+24)。对E编码，分析其中元素，若共享矩阵中为1，则保留E中该位置，若共享矩阵中为0，则删除E中该位置，最终经过编码得到降阶矩阵，设定为Hi，i与共享矩阵的参数n有关，经过降阶，数据量减少一半。将共享信息融合入降阶矩阵中得到融合列矩阵，设定为Fi，融合方式可表示为：

式中，D和B与Ne有关，Ne为列提取矩阵；D表示1×2阶矩阵；B表示列矩阵。融合后分别对应i个份额，分别存在每个接收者中，只有拥有一定数量份额才能实现数据恢复，从而产生加密作用。

1.3 信息重建

2 混沌密码与整数变换相结合的可逆信息隐藏算法

为防止信息在传播过程中被识别和攻击，将加密与信息隐藏相结合得到加密伪装信息。设计混沌密码与整数变换相结合的算法，充分利用信息数据内部相关性和差异值达到信息隐藏目的，且算法是可逆的，具有较高的信息嵌入率。

判断拓展算法得到的像素值、差异值以及设定的门限值，若A、B、C以及D均为奇数，则表明为可嵌入信息块，若其中存在偶数，则利用原始像素计算差异扩展值。将机密信息w1、w2以及w3藏入差异像素值中，表示为：

若差异像素值≥252或≤3，则表明该矩阵不能隐藏信息，则把设置为奇数，其余位置不变，记录原始像素A的最低有效位。判断以及是否＞255或＜0，若其中的一个值符合该条件，则嵌入信息失败，需重新计算，若都不符合条件，则表明能够嵌入信息，可以继续下一个分块矩阵，直到将所有信息嵌入，得到最终的嵌入矩阵。

3 仿真实验及分析

为验证信息隐藏算法的有效性，以图像作为隐藏信息载体进行测试，从信息熵和敏感性方面对算法进行评估。信息熵能够反映信息随机程度，可以表现出加密效果。分别计算4种明文图像和加密后的密文图像的信息熵值、压缩度以及冗余度，明文和密文图像信息如表1所示。

表1 明文、密文图像信息熵、压缩度和冗余度对比结果

由表1可知，与明文相比，密文的信息熵、压缩度以及冗余度有显著提升，密文信息熵值接近理论值8，冗余度均小于0.05%，说明加密效果较好，达到了信息熵标准，像素值随机分布，没有原始信息泄露。在图像加密隐藏信息过程中应注意选择合适的门限值，随门限值变化，同一图像的伪装质量有微弱下降变化，藏入信息后与原始图像的差别无法用人眼识别，说明有较好的抗信息识别能力。

将本文算法与文献[2]方法和文献[3]方法进行安全性能比较分析，对比加密、解密速度以及明文和密文敏感性，比较结果如表2所示。