基于块调制置乱的图像加密算法安全性分析

屈凌峰 和红杰 陈 帆 张善俊

1(信号与信息处理四川省重点实验室(西南交通大学) 成都 610031)2(神奈川大学理学部计算机科学科 日本神奈川県平塚市 259-1293)

图像加密域可逆信息隐藏(reversible data hiding in encrypted image, RDH-EI)是一种对原始图像加密后，在密文图像中可逆地隐藏附加信息，在接收端从含附加信息的密文图像提取信息后，能无损重建原始图像的技术.RDH-EI结合密码学与信息隐藏技术，用来解决云存储场景中用户因图像所有权与管理权分离而产生的安全问题，已成为信息安全与云计算领域的研究热点[1-2].

近10多年发展，RDH-EI在隐藏容量、解密图像质量等方面取得了较好的进展.以隐藏容量为例,从早期算法不足0.01 bpp(bit per pixel)[3]，逐步提高至0.3 bpp[4-7]和0.5 bpp[8]，最新算法的隐藏容量已接近或超过1 bpp.而对RDH-EI中加密算法的安全性研究才刚刚起步.加密算法的安全性事关图像内容安全保护的成败，对RDH-EI算法至关重要[2].传统图像加密(如像素异或与置乱[9-10]、像素置乱等)方法很难直接用于RDH-EI算法.这是因为加密图像不存在像素间冗余，难以腾出空间用于隐藏附加数据并得到高质量的解密图像.因此，RDH-EI需要设计特殊的图像加密算法.

流密码加密[3-10]和块置乱加密[11-13]是RDH-EI常用的加密算法，流密码和块置乱加密算法具有简单、时间复杂度低的特点.然而，流密码加密方案已被证实无法抵抗唯密文攻击[2]，且由于加密图像熵最大化，采用流密码加密的RDH-EI算法往往隐藏容量较低.相比于流密码加密，块置乱加密保留了图像块内像素值相关……