1.一种通过胶囊网络进行多信道秘密信息传输的方法,其特征在于:在胶囊网络的训练过程中,将多份不同的秘密信息嵌入到胶囊网络中;各接收者利用自己的密钥在含密胶囊网络中提取对应的信息,而对其他部分的秘密信息,该接收者无法确定秘密信息的存在性,更无法提取;此外,信息提取网络的参数由密钥直接生成,无需通过训练得到,也无需向接收者传送信息提取网络,只需持有正确密钥即可提取秘密信息;
采用的胶囊网络架构由Conv1层和PrimaryCaps层这两个卷积层、以及一个DightCaps层全连接层组成;Conv1层包含256个大小为9×9的卷积核,步长为1,激活函数为ReLU,用于提取局部像素特征;PrimaryCaps层为胶囊层,包含32个胶囊,各胶囊包含8个大小为9×9的卷积核,步长为2,激活函数为ReLU;最后,DightCaps层包含10个16维的胶囊;各胶囊分别表示一个类,均与PrimaryCaps层全连接;胶囊模长表示输入图像属于此类的概率;
PrimaryCaps层与DightCaps层间的参数通过路由协议传输与更新,从而增强激活的特征而抑制其余特征;设PrimaryCaps层中第i个胶囊的输出为ui,其中i∈{1,2,...,32},将ui与一个大小为8×16的权重矩阵Wij相乘得到预测向量 然后,DightCaps层中第j个胶囊的输出vj由下式(1)与式(2)计算得到,其中,j∈{1,2,...,10};
其中,cij为路由系数,通过路由协议得到,如下式(3)所示;biz表示参数bij中j=z的情况,z∈{1,2,...,10},参数bij,初始状态为0,之后根据路由协议动态更新,如式(4)所示,共进行2次路由协议的迭代;
DightCaps层中每个输出向量vj表示一个类,向量模长表示输入图像属于此类的概率;
式(2)中的非线性函数保证了短向量收缩至0而长向量接近于1;上述胶囊网络架构简称为架构A;在架构A的基础上,多通道秘密传输具体步骤如下:(1)按架构A所述构建用于信息隐藏的胶囊网络架构;
(2)设共有n个接收者,构建n个全连接层分别作为n个接收者的信息提取网络;此n个信息提取网络均连接在架构A的预测向量 上;将预测向量 上连接了n个信息提取网络的架构A简称为架构B;
(3)设{K1,K2,...,Kn}分别为各接收者的密钥,利用密钥{K1,K2,...,Kn}分别产生信息提取网络的n个全连接层参数;参数产生后在网络训练过程中保持不变;
(4)设需要向n个接收者传送的秘密信息向量分别为{M1,M2,...,Mn},Mr=[mi(1),mrT t
(2),...,mr(t)] ∈{0,1},r∈{1,2,...,n},即各秘密信息向量均包含t个任意的二进制比特;设在步骤(3)中n个信息提取网络的输出向量分别为 其中即n个信息提取网络的输出向量均包含t个取值在0到1之间的小数;
(5)胶囊网络的损失函数由两部分组成,如式(5)与(6)所示,其中Lτ为原始胶囊网络的损失函数,用于保证网络的分类精度,而LM用于促进信息嵌入;参数β=1.5用于调整两部分损失的比重,其值越大越利于秘密信息的嵌入,但不利于网络分类精度,反之亦然;
L=β·LM+Lτ (5)(6)以{M1,M2,...,Mn}为指导,以最小化式(6)所示的损失为目标,利用训练集图像训练架构B;其中训练集图像可以从MNIST图像数据集、CIFAR10图像数据集、ImageNet图像数据集等获得;选用何种图像数据集不为本发明内容,在图像数据集已选定的情况下,通过训练架构B来在架构A中嵌入n份不同的秘密信息{M1,M2,...,Mn};
(7)训练所得到的架构A即为可同时向n个接收者传送不同秘密信息的含密胶囊网络。