可视秘密共享研究

论文摘要

可视秘密共享能够将一幅秘密图案或图像拆分成多份并由多人持有,当其中具有许可权限的一组持有人无欺诈地示出自己的份额并组合在一起,就可以恢复出原始秘密。可视秘密共享可广泛地应用于普适计算、核导弹的发射控制、密钥的保管、秘方保密等领域。本文围绕可视秘密共享展开研究,研究内容主要包括多像素不扩展编码、利用反转实现理想对比度、具有掩图和认证功能的新型密图分存、通用访问结构等,并取得了一定的成果。一般的可视密图分存方案通常每步仅编码一个像素。本文提出了一种自适应不扩展多像素同时编码的可视密图分存方案。该方案能够根据原始密图中像素类型的变化自适应地进行步长可变的加密编码,每步编码的步长等于扫描序列中连续相同像素的个数；既可用于（n,n）和（k,n）等门限结构,也可用于包含任意许可集与禁止集的通用访问结构；既可用于黑白图像,也可用于灰度和彩色图像的加密编码；是像素不扩展编码方案,且还原秘密时无需任何计算和密码学知识；支持多种扫描方式,且配以合适的扫描方式可以更好地发挥该方案的编码效率优势。实验结果表明,对各种类型的输入图像均保持了较好的图像还原效果,具有编码效率较高及算法复杂性较低的特点。可视密图分存方案的一个主要不足是重构后图像的对比度损失严重,增加编码轮数并在密图重构时利用反转操作是改善对比度的一个有效途径。本文提出了一种利用反转操作实现理想对比度的新型可视秘密共享方案。该方案仅通过[m／h]轮编码就可使重构密图达到理想对比度；采取像素块编码的方式（即多点同时编码）,一次可同时对m个像素作编码处理；不产生像素扩展现象；实验结果表明,对各种访问结构和各类输入图像,还原后图像与加密前密图完全一致；从编码轮数、系统开销及编码效率等方面考查,该方案在同类方案中都是最优的。同时,本文还改进了Cimato等方案,在达到原方案同样性能的情况下,编码轮数从m降低为（m-h+1）,降低了系统开销；另外还提出了一个基于NPBVSS的优化方案,采用像素块编码的方式提高了编码效率,并消除了像素扩展现象,系统开销是Yang等提出的基于（t,n）-NPBVSS的方案的1／m。份额图像尺寸比原始密图小并具有掩图是可视秘密共享研究领域新的拓展方向。本文提出了一种具有掩图和认证功能的份额尺寸小于原始密图的新型可视加密方案和一个具有可变滑窗的LSBs方法——LSBs/RW。该方案能够生成具有掩图的份额图像,且份额图像尺寸比原始密图小,能够认证份额图像来源的合法性,并可精确还原原始密图。提出的LSBs/RW方法在进行替换操作之前通常可以给出9个候选值,与其它的LSBs方法相比,安全性高,嵌入操作后的图像质量高,灵活性好,能够根据应用场合的不同,实现嵌入容量与图像质量之间的动态平衡。同时,还给出了LSBs/RW方法在满足份额图像尺寸小于原始密图的前提下关于最小平均嵌入容量的一个必要条件。目前对于秘密共享的研究主要还是集中在具备完善性的访问结构上,且所包含的访问集个数较少；关于份额界的研究主要还是以被研究对象服从均匀分布为假设前提,并以份额所需比特位数作为界的度量,这些都会导致研究成果具有一定的局限性。本文基于通用访问结构,给出了包含任意多个访问集、适用于完善性与非完善性访问结构的基于信息论的一般性结论,这些结论是对已有相关工作的一般化总结,可作为更深层次研究的基础和工具,并可比较容易地从中推导出一些新的成果,也可使已知相关成果的证明和推导过程变得简洁明了；同时,以信息熵作为度量工具,给出了若干关于份额的界的一般化和更紧致的结论,既给出了所有份额都适用的界,也给出了适用于特定份额的界,这些结论同样是对相关研究成果的一般化总结,且均可普遍适用于被研究对象的任意概率分布,其中某些通用界要比许多已知研究结果具有更好的紧致性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 记号、缩略语、名词及说明
• 1.3 秘密共享的基本原理与技术
• 1.4 可视秘密共享的基本原理与技术
• 1.5 可视秘密共享研究中需重点解决的若干前沿问题
• 1.6 研究内容
• 1.7 主要贡献
• 1.8 论文组织结构
• 第2章 自适应不扩展多像素编码的可视秘密共享
• 2.1 概述
• 2.2 自适应不扩展多像素编码（SNME）方案
• 2.2.1 扫描方式
• 2.2.2 方案描述
• 2.2.3 安全性分析
• 2.2.4 复杂性分析
• 2.2.5 加密灰度图像
• 2.2.6 加密彩色图像
• 2.2.7 应用于其它访问结构
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 验证实验与对比实验
• 2.3.2 灰度图像
• 2.3.3 彩色图像
• 2.3.4 访问结构
• 2.3.5 扫描方式
• 2.4 本章小结
• 第3章 利用反转实现理想对比度的可视秘密共享
• 3.1 概述
• 3.2 相关工作
• 3.2.1 VSS基本模型
• 3.2.2 Viet-Kurosawa方案
• 3.2.3 易等方案
• 3.2.4 Cimato等方案
• 3.2.5 Yang等方案
• 3.2.6 基于NPBVSS的方案
• 3.3 对Cimato等方案的改进
• 3.4 基于PBVSS的新型方案
• 3.4.1 秘图分发
• 3.4.2 秘图重构
• 3.4.3 实例:白像素块的加密与重构
• 3.4.4 方案的正确性与安全性
• 3.4.5 方案的适应性
• 3.4.6 实验与分析
• 3.5 基于NPBVSS的优化方案
• 3.6 本章小结
• 第4章 具有小尺寸掩图和认证功能的可视秘密共享
• 4.1 概述
• 4.2 相关工作
• 4.3 具有小尺寸掩图和认证功能的可视秘密共享方案
• 4.3.1 主要思想
• 4.3.2 编码过程
• 4.3.3 解码过程
• 4.3.4 对多密图应用的支持
• 4.4 实验结果
• 4.4.1 验证实验
• 4.4.2 对比实验
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于通用访问结构的秘密共享的一般性总结
• 5.1 概述
• 5.2 基本模型
• 5.2.1 通用访问结构
• 5.2.2 （t,n）秘密共享
• 5.2.3 （t,L,n）秘密共享
• 5.2.4 编码率
• 5.2.5 隶属函数
• 5.3 通用访问结构的一般性总结
• 5.4 份额的通用界
• 5.4.1 所有份额均适用的界
• 5.4.2 适用于特定份额的界
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢