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可视密码方案构造与应用研究

The Structure of Visual Cryptography Scheme and Application

作者: 专业:密码学 导师:何文才 年度:2014 学位:硕士  院校: 西安电子科技大学

Keywords

Visual Cryptography, Anti-Cheating, Color Image, Pixel Expansion, The Dual Watermarks

        随着信息安全研究领域的不断拓展,基于传统密码学的密码技术都需要投入大量的精力进行密钥存储、管理和分配,这些问题明显无法满足当前全民信息安全的需求。在现实的迫切需求下,可视密码技术作为信息安全领域中的一个新兴的研究方向,便由此而生了。它是针对图像加密的一种特殊的秘密共享方案,具有操作简单、隐蔽性强等特点,参与者无需掌握高深的密码学知识,只需要利用人眼的视觉系统,通过叠加分享图像便可以恢复出原始图像中的秘密信息。本文对可视密码中的几个重要方向进行了研究,并取得以下结果:(1)深入研究了传统可视密码方案的构造原理,进一步对可视密码的六个重要研究方向进行了分析,进而为下一步深入研究打下基础;(2)针对可视密码中的像素扩展和对比度降低问题,通过对基于XOR运算的可视密码方案的深入研究,结合彩色图像处理过程中的增色原理和半色调技术,本文提出了一种无像素扩展且对比良好的彩色可视密码方案;(3)对可视密码中存在参与者和分发者欺骗的问题进行了研究,通过引入可信第三方,本文提出了一种具有验证功能的彩色可视密码方案,有效地解决了可视密码中的欺骗问题;(4)通过对可视密码技术与数字水印、数字签名、二维码、身份认证等其他密码技术相结合方案的研究,进一步拓展了可视密码的应用范围;(5)本文提出了一种利用可视密码技术构造的双重数字水印算法,通过仿真实验证明,本算法有效地提高了水印图像的鲁棒性和透明性,同时提高了水印的安全性。
    With the development of information technology, information security isincreasingly serious, and the field of information security is expanding. However, thetechniques which are based on traditional cryptography require a lot of energy on keystorage, management and distribution. It is clear that these questions cannot meet theneeds of the current national information security. Under the urgent needs of the reality,the visual cryptography has been proposed as a new research direction. It is a specialkind of secret sharing scheme for image encryption. It has the characteristics such as thesimplicity of the secret recovery, high safety and strongly concealment. The participantscan restore the secret image by stacking the sharing images which do not need to masterthe knowledge of cryptography, only need to use the human visual system. In this paper,we have studied several important directions in visual cryptography, and mainly obtainsome results as follows:(1) According to the further study of the traditional threshold visual cryptographyscheme, we deeply study the six research directions of visual cryptography in recentyears that lay the foundation for the next step;(2) Considering the problem of pixel expansion and contrast in visual cryptographyscheme, this paper proposes a color visual cryptography scheme without pixelexpansion which is based on the research of XOR algorithm and combined with theadditive color model and halftone technique;(3) Considering the participants and distributor cheating problem in visualcryptography scheme, this paper proposes a verifiable color visual cryptography schemewhich is based on a trusted third party. This scheme effectively solves the cheatingproblem in visual cryptography scheme;(4) According to the further study of digital watermarking, digital signatures, QRcode and other cryptography technology applications of visual cryptography, we furtherexpand the application range of visual cryptography;(5) This paper proposes a DWT-domain dual watermarking algorithm of colorimage which is based on visual cryptography. Through the simulation experiments, thisalgorithm improves the transparency and robustness of watermarks effectively, andimproves the security of the watermarks.
        

可视密码方案构造与应用研究

摘要3-4
Abstract4
第一章 绪论7-15
    1.1 研究背景与意义7-9
        1.1.1 秘密共享7-8
        1.1.2 可视密码8-9
    1.2 国内外研究现状9-12
        1.2.1 可视密码方案的参数优化9-10
        1.2.2 彩色可视密码方案扩展10
        1.2.3 一般存取结构的可视密码方案扩展10-11
        1.2.4 有意义分享图像可视密码方案11
        1.2.5 防欺骗的可视密码方案11-12
        1.2.6 可视密码的应用问题研究12
    1.3 本文的组织结构与主要研究成果12-15
第二章 可视密码基本原理15-25
    2.1 基础理论15-16
        2.1.1 秘密共享技术的基本原理15
        2.1.2 秘密共享的一般访问结构15
        2.1.3 Lagrange 插值多项式方案15-16
    2.2 可视密码基本模型16-21
        2.2.1 VCS 基本原理16-18
        2.2.2 (2, n)-VCS18
        2.2.3 (2, 2)-VCS18-21
    2.3 一般存取结构的可视密码方案21
    2.4 基于 XOR 的(2, 2)-VCS21-23
    2.5 本章小结23-25
第三章 具有验证功能的防欺骗可视密码方案25-37
    3.1 可视密码中的欺骗问题25
    3.2 基于 XOR 的可验证的彩色可视密码方案(CVCS)25-34
        3.2.1 准备工作26-29
        3.2.2 方案构造29-31
        3.2.3 仿真实验结果31-33
        3.2.4 方案性能及安全性分析33-34
    3.3 本章小结34-37
第四章 可视密码的应用研究37-53
    4.1 基于 VCS 的小波变换彩色图像双重水印算法37-49
        4.1.1 双重数字水印技术37-38
        4.1.2 本算法相关技术介绍38-39
        4.1.3 方案的构造与实现39-42
        4.1.4 仿真实验结果42-48
        4.1.5 本算法性能分析48-49
    4.2 VCS 与其他密码技术结合49-51
        4.2.1 VCS 与 QR 码结合49-50
        4.2.2 基于数字签名的 VCS50
        4.2.3 VCS 与身份认证相结合50-51
        4.2.4 VCS 在其他应用领域研究51
    4.3 本章小结51-53
第五章 总结和展望53-57
    5.1 工作总结及主要创新点53-54
    5.2 主要不足之处54
    5.3 未来研究方向54-57
致谢57-59
参考文献59-63
硕士期间研究成果63-64
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