多媒體信息安全問題研究前瞻 - 密文域信號處理
張新鵬
2015年11月1日，15：00-16：30
密文圖像壓縮
信號處理與數(shù)據(jù)加密：
- 傳統(tǒng)方式趋急，處理與加密分離
為什么要進(jìn)行密文域信號處理：
- 云與大數(shù)據(jù)時代的要求
-· 加密與處理結(jié)合（信源加密原始信號着憨，處理者在加密域進(jìn)行處理中狂，信宿解密即得信號臼勉，在不知道信號內(nèi)容的條件下提供處理的服務(wù)） - 加密-> 壓縮快毛，處理漠另，計算 -> 解密
意義：
云計算捏雌，多媒體內(nèi)容安全服務(wù)提供核心技術(shù)支撐
學(xué)術(shù)意義：聯(lián)接了密碼學(xué)，信號處理兩個領(lǐng)域笆搓，對加密與處理提出了新的要求性湿，構(gòu)建加密信號處理的理論基礎(chǔ)
研究內(nèi)容：
- 密文域信號變換
- 密文信號壓縮
- 密文域內(nèi)容檢索
- 密文域信息隱藏
加密的主要方式：
- 基于部分加密： 安全性低，處理容易
- 基于對稱加密满败，安全性高肤频，處理容易但是受限（信息冗余）
- 基于同態(tài)加密，安全性高算墨，處理復(fù)雜度高
密文圖像壓縮
參與方：
- 內(nèi)容所有者：加密圖像
- 信道提供者（無密鑰）：降低數(shù)據(jù)量
- 接受者（有密鑰）： 重建明文圖像
加密圖像的無損壓縮：原理類似于分布式信源編碼
置亂加密圖像的有損壓縮
- 內(nèi)容所有者：置亂加密圖像
- 信道提供者：正交變換宵荒，量化壓縮，去除粗糙信號和精細(xì)信息
- 接受者：迭代重建圖像
圖像重建
恢復(fù)像素位置
estimate other pixels as the values of the first part nearest to them
問題： 仍然會有信息泄露净嘀，只是打亂了像素位置报咳，解決辦法如下：
加密圖像可伸縮編碼
內(nèi)容所有者： 模256加密，安全性更好
Hadamard變換（加減運(yùn)算）挖藏，量化壓縮
重建分辨率依賴于接收到的數(shù)據(jù)量
（??要能整出256）
（加密在本地進(jìn)行暑刃，可以集成入本地軟件，在接觸網(wǎng)絡(luò)前完成加密）
密文域可逆信息隱藏
對密文信號以可逆形式添加額外信息膜眠，實現(xiàn)對密文數(shù)據(jù)的管理
參與者：
- 內(nèi)容所有者： 加密
- 信息隱藏者： 通過修改密文信號實現(xiàn)數(shù)據(jù)嵌入
- 合法接受者： 數(shù)據(jù)提取岩臣，恢復(fù)明文信號
主要思路：
密文信號無冗余信息可以利用
解決辦法：合法用戶擁有密鑰溜嗜，可利用明文域冗余
實現(xiàn)：
- 可逆信息隱藏 部分加密
- 可逆信息隱藏 完全加密
- 無損，可逆信息隱藏 同態(tài)加密
部分加密+可逆隱藏
jpeg
加密：加密DCT系數(shù)符號架谎，保持DCT系數(shù)絕對值
信息嵌入：在DCT系數(shù)絕對值中進(jìn)行直方圖平移或擴(kuò)值
信息提取與內(nèi)容恢復(fù)：提取后恢復(fù)系數(shù)符號
未壓縮圖像
加密：置亂
信息嵌入：直方圖平移
信息提取與內(nèi)容恢復(fù)：直方圖平移炸宵，逆置亂
完全加密+可逆隱藏
基于數(shù)據(jù)調(diào)整的方法
主要思想：
- 信息嵌入：以一定的方式調(diào)整密文信號
內(nèi)容所有者（加密）：像素：8比特表示，流密碼或異或加密
信息嵌入者：嵌入狐树，分信息塊焙压，逐塊加入隱寫數(shù)據(jù)鸿脓，修改每個8比特中的低三位抑钟。
合法用戶，解密野哭，流密碼異或在塔。數(shù)據(jù)提取，內(nèi)容恢復(fù)拨黔。
數(shù)據(jù)提取內(nèi)容恢復(fù)性能依賴于分塊大谢桌！（塊大性能更好）
改進(jìn)：引入翻轉(zhuǎn)率，塊處理次序
不足：只有信息隱藏密鑰的用戶無法提取數(shù)據(jù)
在密文域進(jìn)行隱寫
：低三位進(jìn)行壓縮篱蝇，壓縮后剩余空間嵌入信息
接收方如果只有信息隱藏密鑰贺待，可以直接在密文中提取信息
在解壓縮的時候，乘以變換矩陣零截，會有多組解麸塞，窮舉所有的解，判斷平滑度涧衙。
同態(tài)加密+無損哪工，可逆隱藏
主要思想：
概率加密：無損信息隱藏
同態(tài)加密：預(yù)處理+加減調(diào)整實現(xiàn)無損隱藏
無損，可逆弧哎，可合并
逐像素加密
Paillier 加密
Damgard-Jurik 加密
無損隱藏
可逆隱藏
無損雁比，可逆合并方案
結(jié)束語
密文域可逆信息隱藏
密文圖像壓縮
進(jìn)一步研究：
- 新問題：密碼學(xué)和信號處理兩個不同緯度上的進(jìn)步
- 新理論：加密信號處理的理論基礎(chǔ)
- 新技術(shù)： 性能提升
- 新方法：更廣泛的加密處理
- 新載體：視頻音頻及其它
- 新功能：應(yīng)用驅(qū)動下的新發(fā)展
