Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hướng tới việc mã hóa JPEG bảo tồn thuộc tính với hoán vị có cấu trúc và phân nhóm thích ứng
The Visual Computer - Trang 1-27 - 2023
Tóm tắt
An ninh và quyền riêng tư của hình ảnh kỹ thuật số là một mối quan tâm lớn trong không gian mạng. JPEG là tiêu chuẩn nén hình ảnh được sử dụng rộng rãi nhất, nhưng vẫn có những vấn đề về khả năng tương thích định dạng và bảo tồn kích thước tập tin trong hầu hết các phương pháp mã hóa hiện đại cho hình ảnh JPEG. Để giải quyết những vấn đề này, chúng tôi đề xuất một phương pháp mã hóa bảo tồn thuộc tính mới, mà qua đó làm mờ hình ảnh JPEG bằng cách xáo trộn các hệ số AC và DC. Quan sát quan trọng là việc sử dụng hoán vị có cấu trúc sáng tạo có tác động đáng kể đến việc mã hóa các hệ số và đồng thời ngăn ngừa tràn giá trị cũng như việc tăng kích thước. Trên cơ sở này, trước tiên chúng tôi tận dụng kỹ thuật tái sắp xếp và đảo ngược theo hàng để làm rối loạn các hệ số DC. Sau đó, một loạt các nhóm giá trị vi phân DC liên tiếp được tạo ra bằng cách sử dụng phân nhóm nhóm thích ứng và mỗi nhóm trong số đó được hoán vị độc lập bên trong. Cuối cùng, chúng tôi thực hiện hoán vị ACC theo khối và xáo trộn ACC trong khối để làm rối thêm hình dạng của hình ảnh gốc. Hơn nữa, các đặc điểm không thay đổi liên quan đến các hệ số được đưa vào quy trình tạo khóa để chống lại nhiều cuộc tấn công phân tích mã hóa khác nhau. Kết quả thực nghiệm cho thấy sự cải thiện đáng kể về khả năng tương thích định dạng và bảo tồn kích thước tập tin, đồng thời xác minh tính bảo mật chống lại nhiều loại tấn công.
Từ khóa
#bảo mật hình ảnh #mã hóa JPEG #hoán vị có cấu trúc #phân nhóm thích ứng #độ tương thích định dạngTài liệu tham khảo
Chen, C.H., Lee, C.Y.: A JPEG-like texture compression with adaptive quantization for 3D graphics application. Vis. Comput. 18, 29–40 (2002)
Ince, I.F., Bulut, F., Kilic, I., Yildirim, M.E., Ince, O.F.: Low dynamic range discrete cosine transform (LDR–DCT) for high-performance JPEG image compression. Vis. Comput. 38(5), 1845–1870 (2022)
Li, P., Lo, K.-T.: Survey on JPEG compatible joint image compression and encryption algorithms. IET Signal Process. 14(8), 475–488 (2020)
Zhang, L.Y., Liu, Y., Pareschi, F., Zhang, Y., Wong, K.W., Rovatti, R., Setti, G.: On the security of A class of diffusion mechanisms for image encryption. IEEE Trans. Cybern. 48(4), 1163–1175 (2017)
Chuman, T., Sirichotedumrong, W., Kiya, H.: Encryption-then-compression systems using grayscale-based image encryption for JPEG images. IEEE Trans. Inf. Forensics Secur. 14(6), 1515–1525 (2018)
Hua, Z., Zhou, Y., Huang, H.: Cosine-transform-based chaotic system for image encryption. Inf. Sci. 480, 403–419 (2019)
Li, P., Lo, K.-T.: Joint image compression and encryption based on order-8 alternating transforms. J. Visual Commun. Image Represent. 44, 61–71 (2017)
Li, P., Lo, K.-T.: A content-adaptive joint image compression and encryption scheme. IEEE Trans. Multimed. 20(8), 1960–1972 (2017)
Li, P., Lo, K.-T.: Joint image encryption and compression schemes based on 16×16 DCT. J. Vis. Commun. Image Represent. 58, 12–24 (2019)
Ong, S.Y., Minemura, K., Wong, K.S.: Progressive quality degradation in JPEG compressed image using dc block orientation with rewritable data embedding functionality. In: Proceedings of 2013 IEEE International Conference on Image Processing, Melbourne, VIC, Australia, pp. 4574–4578 (2014)
Minemura, K., Moayed, Z., Wong, K.S., Qi, X., Tanaka, K.: JPEG image scrambling without expansion in bitstream size. In Proceedings of 2012 19th IEEE International Conference on Image Processing, Orlando, FL, USA, pp. 261–264 (2013)
Ong, S., Wong, K., Qi, X., Tanaka, K.: Beyond format-compliant encryption for JPEG image. Signal Process. Image Commun. 31, 47–60 (2015)
Li, S., Zhang, Y.: Quantized DCT coefficient category address encryption for JPEG image. KSII Trans. Internet Inf. Syst. 10(4), 1790–1806 (2016)
Qian, Z., Xu, H., Luo, X., Zhang, X.: New Framework of reversible data hiding in encrypted JPEG bitstream. IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol. 29(2), 351–362 (2019)
Ji, X.Y., Bai, S., Guo, Y., Guo, H.: A new security solution to JPEG using hyper-chaotic system and modified zigzag scan coding. Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul. 22(1–3), 321–333 (2015)
Xu, Y., Xiong, L., Xu, Z., Pan, S.: A content security protection scheme in JPEG compressed domain. J. Vis. Commun. Image Represent. 25(5), 805–813 (2014)
Liang, H., Zhang, X., Cheng, H.: Huffman-code based retrieval for encrypted JPEG images. J. Vis. Commun. Image Represent. 61, 149–156 (2019)
Niu, X., Zhou, C., Ding, J., Yang, B.: JPEG encryption with file size preservation. In: Proceedings of 2008 International Conference on Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing, IEEE, Harbin, China, pp. 308–311 (2008)
Shreyamshakumar, B.K., Patil, C.R.: JPEG image encryption using fuzzy PN sequences. Signal Image Video Process. 4(4), 419–427 (2010)
Unterweger, A., Uhl, A.: Length-preserving bit-stream-based JPEG encryption. In: Proceedings of Multimedia Security, ACM, Coventry, United Kingdom, pp. 85–90 (2012)
Cheng, H., Zhang, X., Yu, J., Li, F.: Markov process-based retrieval for encrypted JPEG images. EURASIP J. Inf. Secur. 2016(1), 1 (2016)
Cheng, H., Zhang, X., Yu, J., Zhang, Y.: Encrypted JPEG image retrieval using block-wise feature comparison. J. Vis. Commun. Image Represent. 40, 111–117 (2016)
Qian, Z., Zhang, X., Wang, S.: Reversible data hiding in encrypted JPEG bitstream. IEEE Trans. Multimed. 16(5), 1486–1491 (2014)
Qian, Z., Zhou, H., Zhang, X., Zhang, W.: Separable reversible data hiding in encrypted JPEG bitstream. IEEE Trans. Dependable Secur. Comput. 15(6), 1055–1067 (2016)
Chang, J.C., Lu, Y.Z., Wu, H.L.: A separable reversible data hiding scheme for encrypted JPEG bitstream. Signal Process. 133, 135–143 (2017)
He, J., Huang, S., Tang, S., Huang, J.: JPEG image encryption with improved format compatibility and file size preservation. IEEE Trans. Multimed. 20(10), 2645–2658 (2018)
He, J., Chen, J., Luo, W., Tang, S., Huang, J.: A novel high-capacity reversible data hiding scheme for encrypted JPEG bitstream. IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol. 29(12), 3501–3515 (2019)
Minemura, K., Wong, K.S., Qi, X., Tanaka, K.: A scrambling framework for block transform compressed image. Multimed. Tools Appl. 76, 6709–6729 (2017)
Khan, N.A., Altaf, M., Khan, F.A.: Selective encryption of JPEG images with chaotic based novel S-box. Multimed. Tools Appl. (2021). https://doi.org/10.1007/s11042-020-10110-5
Qin, C., Hu, J., Li, F., Qian, Z., Zhang, X.: JPEG image encryption with adaptive DC coefficient prediction and RS pair permutation. IEEE Trans. Multimed. (2022). https://doi.org/10.1109/TMM.2022.3148591
Int. Telecommunication Union: Digital Compression and Coding of Continuous-tone Still Images-Requirements and Guidelines. ITU Std. T.81 (1992)
Yi, S., Zhou, Y.: Separable and reversible data hiding in encrypted images using parametric binary tree labeling. IEEE Trans. Multimed. 21(1), 51–64 (2019)
Su, G.D., Chang, C.C., Lin, C.C.: A high capacity reversible data hiding in encrypted AMBTC-compressed images. IEEE Access 8, 26984–27000 (2020)
Lian, S.: Multimedia Content Encryption: Techniques and Applications. CRC Press, USA (2008)
Li, B., Feng, Y., Xiong, Z., Yang, W., Liu, G.: Research on AI security enhanced encryption algorithm of autonomous IoT systems. Inf. Sci. 575, 379–398 (2021)
Su, G.D., Chang, C.C.: Toward high-capacity crypto-domain reversible data hiding with huffman-based lossless image coding. Vis. Comput. (2022). https://doi.org/10.1007/s00371-022-02613-z
Talhaoui, M.Z., Wang, X., Midoun, M.A.: A new one-dimensional cosine polynomial chaotic map and its use in image encryption. Vis. Comput. 37, 541–551 (2021)
Li, C., Zhang, Y., Li, H., Zhou, Y.: Visual image encryption scheme based on inter-intra-block scrambling and weighted diffusion. Vis. Comput. (2023). https://doi.org/10.1007/s00371-023-02812-2
Schaefer, G., Stich, M.: ‘UCID: an uncompressed color image database. In: Storage and Retrieval Methods and Applications for Multimedia, Series Proceedings of SPIE, vol. 5307, pp. 472–480 (2004)
BOWS-2 Dataset. Accessed: Jul. 1, 2020. [Online]. http://bows2.ec-lille.fr/
CorelDraw Dataset. Accessed: Jul. 1, 2020. [Online]. http://www.corel.com
DOTA Dataset. Accessed: Jan. 22, 2023. [Online]. https://captain-whu.github.io/DOTA/dataset.html
Yuan, Y., He, H., Chen, F.: On the security of encrypted JPEG image with adaptive key generated by invariant characteristic. In: International Workshop on Digital Watermarking, pp. 58–71. Springer (2021)