基于一階貝塞爾曲線的信息隱藏軟件的設(shè)計(jì)

吳琦

摘要：該文探討了基于一階貝塞爾曲線的信息融合算法，并在理論上證明了該算法的可用性；同時(shí)對(duì)該算法的相應(yīng)部分進(jìn)行了改進(jìn)，并編程實(shí)現(xiàn)了載體圖像文件對(duì)信息的隱藏和恢復(fù)功能；通過(guò)測(cè)試與分析，所開(kāi)發(fā)的軟件可以無(wú)損地對(duì)數(shù)據(jù)流信息進(jìn)行隱藏和恢復(fù)。

關(guān)鍵詞：信息隱藏技術(shù)；圖像空域；一階貝塞爾曲線；隱藏比例；位圖

中圖分類(lèi)號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）13-0112-02

Abstract： This paper focuses on the fusion algorithm based on the information of first order Bessel curve， and proves the availability of the algorithm in theory； secondly， the corresponding part of the algorithm is improved， and the programming of information hiding and restore function； finally， through the test and analysis， the development the software can be non-destructive to the data flow information hiding and recovering.

Key words： Information hiding； image； the first order Bessel curve； hidden proportion； bitmap

1 基于一階貝塞爾曲線的信息隱藏軟件的需求分析

通過(guò)對(duì)24位BMP位圖文件的空域研究，并且運(yùn)用一階貝塞爾曲線算法，在程序上實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)密信息的隱藏和恢復(fù)的功能。在算法的原有基礎(chǔ)上，首先進(jìn)行了對(duì)嵌入算法和恢復(fù)算法兩大模塊的程序改進(jìn)，使其對(duì)組幀過(guò)程中微小的差錯(cuò)進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)。并且在理論上運(yùn)用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)確定了算法中起關(guān)鍵作用的相關(guān)參數(shù)，使得最終隱藏比率達(dá)到3/8，即宿主文件可容納占其大小3/8的機(jī)密信息，同時(shí)保證融合后宿主文件的大小、類(lèi)型、形態(tài)不變，同時(shí)隱藏信息能夠成功的恢復(fù)出來(lái)。因此通過(guò)本軟件的使用，更有效的加大了信息隱藏的數(shù)據(jù)量，而且進(jìn)一步確保了重要信息的安全性，將其安全的融合到24位BMP位圖文件中，提高其保密程度。

2 基于一階貝塞爾曲線的信息隱藏軟件的設(shè)計(jì)方案

2.1 對(duì)明文組幀

核心算法的理論證明是正確和有效的，通過(guò)對(duì)其實(shí)現(xiàn)過(guò)程，以及測(cè)試實(shí)際應(yīng)用效果的算法。包括兩個(gè)模塊：提取文件和文件。在秘密檔案（明文）隱藏到位圖文件（主機(jī)信息）時(shí)，首先通過(guò)CFile類(lèi)打開(kāi)（）函數(shù)，它的內(nèi)容讀入內(nèi)存，和信息的秘密文件，如文件名，文件訪問(wèn)為了提取文件的長(zhǎng)度也可提取的信息存儲(chǔ)在隱藏狀態(tài)的位圖。因?yàn)槲募辉试S“*”，它可以作為一個(gè)單獨(dú)的文件的信息符號(hào)，通過(guò)一定的數(shù)據(jù)幀格式：

//對(duì)明文進(jìn)行組幀

for（int k=0；k

HideData[k]=InfoHead.GetAt（k）；

HideFile.Read（HideData+HeadLen，HideFileLen）； //文件內(nèi)容

for （DWORD kk=HeadLen+HideFileLen；kk

HideData[kk]=0； //空余內(nèi)容以0填充

2.2嵌入算法

組幀完畢后，根據(jù)T = 0.035、L = 3算法進(jìn)行信息流的融合處理。因?yàn)樗且粋€(gè)8位的圖像信息隱藏3比特的秘密文件的信息，所以最小公倍數(shù)24位（3字節(jié)）為一個(gè)周期。比特流劃分可用比特和移位運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)，三字節(jié)的掩模的秘密文件是在[ 224，28，3 ]命令，[ 128112，14，1 ]，[ 192，56，7 ]，應(yīng)相應(yīng)的移位操作。本代碼是核心代碼隱藏文件，直接反映了該算法的中心思想：

for（DWORD i=54；i

{Temp=（（HideData[j]&224）>>5）<<5； //第一個(gè)“3比特”構(gòu)成圖像的第一字節(jié)

BaseData[i]=HideCalculate（BaseData[i]，Temp）； //進(jìn)行兩文件融合計(jì)算

i++； //修正宿主信息當(dāng)前指針（字節(jié)為單位）

Temp=（（HideData[j]&28）>>2）<<5； //第二個(gè)“3比特”構(gòu)成圖像的第二字節(jié)

BaseData[i]=HideCalculate（BaseData[i]，Temp）；

i++；

Temp=（HideData[j]&3）<<1； //第三個(gè)“3比特”

j++； //修正隱藏信息當(dāng)前指針（字節(jié)為單位）

Temp|=（HideData[j]&128）>>7；

Temp*=32；

BaseData[i]=HideCalculate（BaseData[i]，Temp）；

i++；

Temp=（（HideData[j]&112）>>4）<<5； //第四個(gè)“3比特”

BaseData[i]=HideCalculate（BaseData[i]，Temp）；

i++；

Temp=（（HideData[j]&14）>>1）<<5； //第五個(gè)“3比特”

BaseData[i]=HideCalculate（BaseData[i]，Temp）；

i++；

Temp=（HideData[j]&1）<<2； //第六個(gè)“3比特”

j++；

Temp|=（HideData[j]&192）>>6；

Temp*=32；

BaseData[i]=HideCalculate（BaseData[i]，Temp）；

i++；

Temp=（（HideData[j]&56）>>3）<<5； //第七個(gè)“3比特”

BaseData[i]=HideCalculate（BaseData[i]，Temp）；

i++；

Temp=（HideData[j]&7）<<5； //第八個(gè)“3比特”

BaseData[i]=HideCalculate（BaseData[i]，Temp）；

j++；}

其中，在無(wú)符號(hào)字符hidecalculate計(jì)算圖像融合（unsigned char、unsigned char B，H）功能來(lái)完成。B參數(shù)的主機(jī)信息內(nèi)容，H是隱藏信息的內(nèi)容。在計(jì)算完成后將合并信息實(shí)現(xiàn)功能的代碼，如下：

unsigned char CDataHiderView：：HideCalculate（unsigned char B， unsigned char H）

{// f2=round（f0*（1-t））+round（f1*t）

unsigned char R=（int）（（1-t）*B+0.5f）+（int）（t*H+0.5f）；

return R；}

2.3恢復(fù)算法

從位圖文件提取過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)隱藏文件的逆過(guò)程。將包含一個(gè)隱藏文件的位圖和原始位圖的讀取到緩沖區(qū)中，從每個(gè)字節(jié)的信息獲取主機(jī)的3位中提取的信息，然后根據(jù)8位/字節(jié)格式由一個(gè)流的字節(jié)序列的比特流，以恢復(fù)隱藏的信息：

for（DWORD i=54；i

{Temp=（ShowCalculate（CarrierData[i]，BaseData[i]）&7）<<5；//提取出第一個(gè)“3比特”

i++； //宿主信息指針修正（字節(jié)為單位）

Temp|=（ShowCalculate（CarrierData[i]，BaseData[i]）&7）<<2； //提取出第二個(gè)“3比特”

i++；

Temp|=（ShowCalculate（CarrierData[i]，BaseData[i]）&6）>>1； //提取出第三個(gè)“3比特”

CarrierData[j]=Temp； //恢復(fù)出第一個(gè)隱藏字節(jié)

j++； //隱藏信息指針修正（字節(jié)為單位）

Temp=（ShowCalculate（CarrierData[i]，BaseData[i]）&1）<<7；

i++；

Temp|=（ShowCalculate（CarrierData[i]，BaseData[i]）&7）<<4； //提取出第四個(gè)“3比特”

i++；

Temp|=（ShowCalculate（CarrierData[i]，BaseData[i]）&7）<<1； //提取出第五個(gè)“3比特”

i++；

Temp|=（ShowCalculate（CarrierData[i]，BaseData[i]）&4）>>2； //提取出第六個(gè)“3比特”

CarrierData[j]=Temp； //恢復(fù)出第二個(gè)隱藏字節(jié)

j++；

Temp=（ShowCalculate（CarrierData[i]，BaseData[i]）&3）<<6；

i++；

Temp|=（ShowCalculate（CarrierData[i]，BaseData[i]）&7）<<3； //提取出第七個(gè)“3比特”

i++；

Temp|=ShowCalculate（CarrierData[i]，BaseData[i]）&7； //提取出第八個(gè)“3比特”

CarrierData[j]=Temp； //恢復(fù)出第三個(gè)隱藏字節(jié)

j++；}

這是恢復(fù)和糾錯(cuò)信息的主要工作是在unsigned char showcalculate（unsigned char、unsigned char c，b）功能來(lái)完成。為主機(jī)信息內(nèi)容C參數(shù)，參數(shù)的原始信息內(nèi)容，返回值是3位隱藏信息（未轉(zhuǎn)移）：

unsigned char CDataHiderView：：ShowCalculate（unsigned char C， unsigned char B）

{// rf1=round（（f2-round（（1-t）*f0））/t）

unsigned char R=（int）（（C- （int）（（1-t）*B+0.5f））/t+0.5f）；

if（R%32>15） //誤差修正（自動(dòng)糾錯(cuò)）

R+=15；

R=（int）（R/32.0f+0.5f）；

return R；}

經(jīng)過(guò)以上處理，文件的信息和內(nèi)容可以被隱藏的文件恢復(fù)從主機(jī)內(nèi)存位圖剩下的工作，不僅要恢復(fù)的文件頭格式文件的相關(guān)信息進(jìn)行提取，然后將文件內(nèi)容保存到磁盤(pán)完成任何二進(jìn)制文件。

3 基于一階貝塞爾曲線的信息隱藏軟件的實(shí)現(xiàn)

3.1基本步驟

軟件的實(shí)現(xiàn)主要為宿主文件的正確選取，待隱藏文件的正確選取，融合過(guò)程的成功進(jìn)行，融合后文件的正確選取，恢復(fù)過(guò)程的成功進(jìn)行五部分。實(shí)現(xiàn)步驟如圖1，而其間各種程序的實(shí)現(xiàn)也同步進(jìn)行。首先選擇非空BMP位圖文件作為宿主文件，因?yàn)榇塑浖x定的宿主文件類(lèi)型僅為24位BMP位圖文件，而大小為0kb的文件不能作為宿主文件使用，同時(shí)軟件也會(huì)提示宿主文件選取錯(cuò)誤；當(dāng)選取待隱藏文件時(shí)，各種文件類(lèi)型均可選取，如.txt文本文件類(lèi)型、.exe執(zhí)行文件類(lèi)型以及各種圖像文件類(lèi)型。若選取的文件過(guò)大，超過(guò)宿主文件大小的3/8，軟件在融合步驟將會(huì)提示待隱藏文件大小過(guò)大。因此本軟件更適合隱藏容量較小的圖像文件和文本文件；融合過(guò)程的成功進(jìn)行取決于融合系數(shù)的選擇，組幀部分的實(shí)現(xiàn)如圖2所示，融合過(guò)程的成功進(jìn)行取決于融合系數(shù)的選擇，組幀完畢后將按照參數(shù)t=0.035、L=3對(duì)組幀后的信息進(jìn)行融合。一般情況下，融合系數(shù)和串長(zhǎng)參數(shù)在軟件原有程序中已確定。融合時(shí)，軟件提示融合后文件的儲(chǔ)存地址，在此要注意為融合后的文件作標(biāo)記，并確定路徑；恢復(fù)文件時(shí)，必須正確選取融合后的文件，否則軟件會(huì)提示選取文件有誤。恢復(fù)過(guò)程是融合過(guò)程的逆過(guò)程，按照組幀信息，確保機(jī)密文件的完整性和正確性。同時(shí)軟件會(huì)提示機(jī)密文件的儲(chǔ)存位置。

3.2錯(cuò)誤判斷

當(dāng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)隱藏及恢復(fù)過(guò)程中，難免會(huì)發(fā)生一些錯(cuò)誤。對(duì)于相應(yīng)錯(cuò)誤，軟件經(jīng)過(guò)判斷，都會(huì)給出相應(yīng)的錯(cuò)誤提示框，告訴用戶(hù)正確的操作。

當(dāng)選擇宿主文件時(shí)，假如選擇的宿主文件不為BMP文件，軟件會(huì)提示“宿主文件格式錯(cuò)誤”；即使是BMP文件格式，但并非24位，軟件將會(huì)提示“位圖文件應(yīng)為24位”；而當(dāng)選擇了字節(jié)為0kb的24位BMP文件時(shí)，提示為“此文件不能用于隱藏?cái)?shù)據(jù)”。

待隱藏文件選擇后，當(dāng)點(diǎn)擊嵌入數(shù)據(jù)按鈕時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)判斷待隱藏文件大小是否小于或等于宿主文件大小的3/8，若大于宿主文件大小的3/8時(shí)，軟件會(huì)提示“隱藏文件過(guò)大”；而當(dāng)恢復(fù)機(jī)密文件時(shí)，軟件首先會(huì)判斷所選文件是否為隱藏有機(jī)密文件的融和文件，若不是即提示“所選文件非融和文件”；假如融合文件被他人破壞，使文件標(biāo)頭組幀受到影響，導(dǎo)致文件無(wú)法恢復(fù)，軟件會(huì)提示“文件被破壞無(wú)法恢復(fù)”。

3.3測(cè)試與分析

以491×363大小的24位BMP圖像作為原始圖像進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在t=0.035、L=3時(shí)理論最大隱藏?cái)?shù)為491×363×3×3/8=200，512字節(jié)。占位圖大小536，576字節(jié)的37.368%，約為宿主圖像大小的原始圖像含有隱含文件的圖像3/8。在一個(gè)大小為4，096的文本文件隱藏實(shí)驗(yàn)，隱藏位圖的大小是536，576字節(jié)，然后從中恢復(fù)的成功的位圖，并正常運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該隱藏算法的一階Bézier曲線上的信息是正確和可行的，并可以實(shí)現(xiàn)位圖位圖，文本信息隱藏與恢復(fù)的位圖文件類(lèi)型。

4 結(jié)束語(yǔ)

在本文中，通過(guò)對(duì)24位BMP文件格式的認(rèn)識(shí)，和基于一階貝塞爾曲線的圖像隱藏算法，二進(jìn)制文件的隱藏，可以恢復(fù)正確的。此外，該算法的可靠性進(jìn)行了理論上證明，然后通過(guò)軟件測(cè)試分析，驗(yàn)證了算法的正確性。該算法可以隱藏容量。該算法可以隱藏容量高達(dá)3 / 8主機(jī)信息的能力，因此它是非常適合和保密的文件隱藏。該算法的信息隱藏軟件，信息隱藏和恢復(fù)可以成功的將小于或等于主文件3 / 8的規(guī)模，預(yù)計(jì)將達(dá)到最優(yōu)的結(jié)果。

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