摘要：在云计算环境下采取信息隐藏技术对加密图像进行处理，既保证了数据统一性，又减少通信次数、降低安全风险。本文针对密文图像远程管理，提出云计算环境下密文域可逆信息隐藏技术应用框架，分析面向此类应用的关键技术特点与要求，为后续研究指明方向。
关键词：云计算；密文可逆信息隐藏；应用框架
一、需求分析
传统多媒体通信中，采取加密手段保障图像等媒体文件的存储传输安全[57]。随着云计算时代的来临，许多云数据中心相继投入建设与应用。如何有效管理庞大的数据是迫在眉睫需要解决的问题，同时这类基于云计算平台的图像管理对图像安全、处理等提出了更高要求。
第一，加密的图像具有隐秘性，这些图像交由云端管理时，图像具体内容不能被包括系统管理人员在内的非授权用户获取。第二，密文图像往往需要大量附加信息进行说明，如图像完整性校验数据、图像归属版权水印，该附加信息与对应密文图像紧密铰链。第三，这类应用领域对图像质量有严苛要求，因此任何管理操作必须保证图像质量不会受到影响
二、技术特点
根据以上应用需求，可归纳出云计算环境下密文图像管理的技术特点：
1.隐秘性：云计算平台中只有授权用户可对涉密图像进行浏览及相关处理操作，其他用户包括平台各级管理维护人员的任何操作均不应泄露图像内容，保障用户信息安全。
2.相关性：载体图像与附加信息相互依附，紧密相关，缺少任何一部分都会影响图像管理服务质量。
3.数据完整性：用户将图像交由云端管理，必须保证用户文件不会发生数据缺失。
4.持久性：远程服务器对图像实行长期管理，管理信息会在服务器中存储较长时间。
5.安全性：保障用户数据安全与自身管理权限安全。
6.高效性：确保众多用户同时传输图像时，云端服务器能够实时处理。
7.辅助于图像管理的附加信息具有非结构化特点。如医学诊断结论等。此类信息通常以说明文档，图像等难以通过数据库技术管理的形式存在，且此类信息具有动态性、累加性，如对对同一幅医学图像可有不同专家给出诊断结论或治疗方案等。
密文域可逆信息隐藏技术可为此类应用提供新的解决思路，可以将附加信息直接隐藏在图像中，并保证载体图像和附加信息的无损恢复，则既实现了载体图像与附加信息始终集成一体、准确匹配，又能保证附加信息与密文图像的关联性，同时还能减少传输、管理工作量，提升系统安全性和管理、传输效率。
三、应用框架
从上节可知，符合密文图像管理要求的密文域可逆信息隐藏系统必须达成三个核心目标：一是正确加密解密载体图像；二是准确嵌入提取附加信息；三是保证载体图像可完全恢复。其中加密操作是保障图像隐私的必然，准确嵌入提取附加信息是信息隐藏算法的原则要求，载体图像的完全恢复即保证算法完全可逆结合应用需求，提出面向云计算环境下密文图像管理的密文域可逆信息隐藏应用框架，如图1。
图1云计算环境下密文域可逆信息隐藏系统框架
如图1示，一个完整的图像密文域可逆信息隐藏系统依据实现功能可分为预处理、信息隐藏和图像恢复三个模块，其中，实现管理功能的核心模块是信息隐藏模块。实际应用中，各模块工作不完全独立，系统整体功能的实现需要不同模块相互协同完成。
1.预处理模块
预处理模块主要由发送端根据信息隐藏模块的技术需求实现各种预处理。在密文域下，此模块必须实现的功能是图像加密，其余还可根据算法设计的需要实现分块、压缩等不同的预处理操作。预处理操作一般由图像拥有者完成，一些较为复杂的预处理操作也可交由计算能力更为强大的服务端完成。
2.信息隐藏模块
根据不同需求实现附加信息在密文图像中的嵌入和提取，所有操作均在服务端完成。所有需要隐秘传输的信息，如军事目标判读信息、医学诊疗结果、版权归属信息等均可视为附加信息，可以为常见的用户编号，访问时间等结构化信息，也可以是文档，媒体文件等非结构化数据。应用中为提升安全性，可以将附加信息加密后再执行嵌入。信息隐藏表示根据嵌入规则将附加信息嵌入密文图像的过程，经此操作得到的用于在信道中传输或空间中存储的图像即为携密密文图像。信息提取是根据提取算法将携密密文图像中负载的附加信息提取并重构为有特定意义的信息的一系列操作的总称。
3.图像恢复模块
此模块实现载体图像的解密与恢复，在接收端完成。图像解密表示根据解密算法重现图像大部分内容信息。图像恢复是通过算法将载体图像失真消除，无损恢复到参与传输过程之前的状态。
四、工作流程
从获取原始载体图像开始，经加密预处理、信息隐藏、信息提取、解密至图像恢复得到原始图像，为一个完整的密文域可逆信息隐藏工作过程。上述过程包含发送端、服务器、接收端三方，发送端执行加密操作后直接将明文图像上传至服务器执行信息隐藏操作。其余操作根据级别权限由服务器或通信接收端完成。若框架中应用的密文域可逆信息隐藏算法具备可分离性，则秘密信息提取与图像解密操作可互不相关的独立进行。一些算法在设计时需要借助原始图像才能实现信息提取，称为非盲提取，若进行信息提取的操作方没有获得原始图像内容的权限，则非盲提取会造成原始图像内容泄漏。
五、结语
本文详细阐述了云计算环境下图像密文可逆信息隐藏应用框架。从应用中对信息安全保护的特殊需求分析密文图像管理的技术特点，归纳采用密文域可逆信息隐藏应具备的原则要求，提出具体实现应用框架并详细阐述了框架工作机制与流程。
论文作者:刘宇
论文发表刊物:《知识-力量》2019年11月51期
论文发表时间:2019/12/6
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