一種基于LSB序列的數(shù)字圖像隱藏處理技術(shù)

楊全海

（陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)系，陜西 西安710100）

一種基于LSB序列的數(shù)字圖像隱藏處理技術(shù)

楊全海

（陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)系，陜西 西安710100）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與密碼學(xué)的發(fā)展，一般的加密方式越來越容易遭到破解。根據(jù)人眼對(duì)色彩的敏感度感知公式I＝0.3R+0.59G+0.11B，可知人眼對(duì)顏色敏感度依次為綠紅藍(lán)，文中采用最低有效位算法，結(jié)合DES加密，用需要加密的信息對(duì)24位圖片RGB的最低位進(jìn)行置換，實(shí)現(xiàn)了信息在數(shù)字圖像中的隱藏。信息加密后，數(shù)字圖像從肉眼上無法區(qū)分，可有效避開攻擊者的注意力，保障了信息的機(jī)密性。

圖像處理；信息隱藏；LSB；色彩感知

隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的提高和密碼學(xué)的發(fā)展，一般的加密信息安全性遭到了巨大挑戰(zhàn)。信息隱藏技術(shù)受到了人們更多的關(guān)注，通過將信息隱藏在平常的載體中來逃避攻擊者的注意力，然后在通信中采用附著了加密信息的載體來保障通信的安全性。因此，信息隱藏領(lǐng)域已成為信息安全的焦點(diǎn)。圖像作為日常生活和網(wǎng)絡(luò)中最常見的載體，將機(jī)密信息隱藏在數(shù)字圖像中進(jìn)行傳輸可較好地避開攻擊者的注意。文中討論了一種基于LSB序列的圖像隱藏技術(shù)，根據(jù)人眼對(duì)色彩的敏感度感知公式I＝0.3R+0.59G+0.11B，可知人眼對(duì)顏色敏感度依次為綠紅藍(lán)，文中采用最低有效位算法，結(jié)合DES加密，用需要加密的信息對(duì)24位圖片RGB的最低位進(jìn)行置換，實(shí)現(xiàn)了信息在數(shù)字圖像中的隱藏。在接收方來看，只需通過DES算法的可逆性，并通過密鑰便可將隱藏在圖片文件中的機(jī)密信息提取、還原，實(shí)現(xiàn)信息的隱秘傳輸[1]。

1　算法簡介

1.1BMP簡介

本算法將信息隱藏在24位BMP圖像中，BMP圖像是待加密信息的載體。BMP圖像文件是位圖文件，每一個(gè)像素具有自身的RGB值，即一幅圖像是由一系列像素點(diǎn)構(gòu)成的點(diǎn)陣。BMP圖像文件格式，是微軟公司為其WINDOWS環(huán)境設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)圖像格式。BMP文件包括文件頭、位圖信息頭、顏色信息和圖形數(shù)據(jù)。24位位圖的結(jié)構(gòu)描述中沒有顏色信息這一部分。

BMP文件頭數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中標(biāo)注BMP文件的類型、位圖文件大小和位圖起始位置信息。其結(jié)構(gòu)定義為：typedef struct tagBITMAPFILEHEADER{}BITMAPFILEHEADER；

BMP位圖信息頭中標(biāo)注有用于說明位圖的尺寸等信息的數(shù)據(jù)。其結(jié)構(gòu)定義為typedef struct tagBITMAPINFOHEADER {}BITMAPINFOHEADER；

在24位BMP位圖中，位圖數(shù)據(jù)區(qū)不在是圖片的顏色索引，而直接是圖像的像素值。這將大幅簡化編程中的數(shù)據(jù)處理，提高信息隱藏的效率，這點(diǎn)也是本算法采用24位位圖的原因[2]。

1.2DES算法簡介

DES（Data Encryption Standard），是標(biāo)準(zhǔn)加密算法，采用分組加密的思想，以64位為分組進(jìn)行加密。DES算法具有對(duì)稱性：在加密和解密的過程中采用同一個(gè)算法。DES算法的密鑰長度為56位，第8位作為機(jī)構(gòu)校驗(yàn)位。密鑰是可任意時(shí)刻改變的任意56位數(shù)。DES算法的安全性較高，目前為止的破解方法只有一種：窮舉法。假如一臺(tái)PC的運(yùn)算能力是一百萬次每秒，則其破解一個(gè)DES密碼的時(shí)間是2285年，這足以證明該算法的安全性。

在DES加密中，采用異或、置換、代換、移位等四種運(yùn)算。以64位明文分組M為例：經(jīng)過一個(gè)初始置換IP后，M置換成m0；將m0明文左右兩個(gè)32位長的部分，即m0=（L0，R0）。該運(yùn)算被稱為函數(shù)f（具體操作將在下一段），f進(jìn)行16輪。同時(shí)，在運(yùn)算過程中數(shù)據(jù)與密鑰結(jié)合。16輪后，經(jīng)過一個(gè)末置換：兩個(gè)32位長的半部分合在一起，由此便可完成[3]。具體過程如圖1所示。

在每一輪f中：密鑰進(jìn)行移位運(yùn)算，從密鑰的56位中選出48位。將每輪產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的右半部32位擴(kuò)展成48位，與原數(shù)據(jù)異或成新的32位數(shù)據(jù)。這四步運(yùn)算構(gòu)成了完整的函數(shù)f。然后，函數(shù)f的輸出與左半部分異或后，成為新的右半部分，并將原來的右半部分置為新的左半部分。

圖1　DES算法流程圖

1.3DES解密

DES算法具有對(duì)稱性，加密和解密使用相同的算法。若各輪加密密鑰分別是K1，K2，K3….K16，則解密密鑰就是K16，K15，K14…K1。即在解密時(shí)，DES密鑰的次序相反。

2　算法實(shí)現(xiàn)

2.1LSB算法

在LSB（least significant bit）信息隱藏算法，信息被隱藏在數(shù)字圖像二進(jìn)制像素的最后一位。在進(jìn)行算法時(shí)首先將信息轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制，然后將其嵌入到圖像的二進(jìn)制像素的最后一位。這樣由于只是圖像像素的最低位像素發(fā)生了改變，人眼幾乎無法分辨。

2.2主要算法流程圖及代碼

2.2.1嵌入算法流程

1）將原始信息載體化成二進(jìn)制。

2）用二進(jìn)制待隱藏信息的每一位比特替換載體圖片像素的最低有效位。

3）將加載了秘密信息的圖像還原為十進(jìn)制像素值，顯示加密后的圖像。

嵌入算法流程圖如圖2所示[4]。

2.2.2提取算法流程

提取算法流程與嵌入相反，流程圖如圖3所示。

2.3算法測(cè)試

編程完成算法后，在“請(qǐng)輸入待隱藏的信息”處輸入待隱藏信息，然后輸入加密密鑰，并選擇載體圖片。具體的步驟如下：

1）輸入的待隱藏信息選擇C:Documentsand SettingsUsers picture1.bmp結(jié)果，如圖4所示。

圖2　嵌入算法流程圖

圖3　提取算法流程圖

圖4　帶隱藏的圖像信息

2）加密信息的密鑰為“123456789”；

3）選擇C:Documents and SettingsUserspicture2.bmp作為載體圖片，如圖5（a）所示；

4）隱藏信息后的圖片保存在C:Documents and Settings Userspicture est.bmp目錄下，結(jié)果如圖5（a）所示。

5）點(diǎn)擊“執(zhí)行信息隱藏”按鈕，執(zhí)行信息隱藏后，就會(huì)在指定的路徑下 （C:Documents and SettingsAdministrator桌面 est.bmp）生成一張test.bmp圖片，結(jié)果如圖5（b）所示。

圖5　未加入加密信息的載體圖像和加密后的圖像

由圖5（a）、（b）對(duì)比可看出，加密前后的圖像在肉眼上幾乎察覺不出任何區(qū)別，證實(shí)了本算法的實(shí)用性與可靠性。在通信端按照?qǐng)D3的提取算法編程后即可提取出加密的信息如圖4所示。

3　結(jié)束語

文中基于LSB序列提出了數(shù)字圖像處理隱藏算法，實(shí)現(xiàn)了信息在數(shù)字圖像上的加密。加密后，載體圖像在肉眼上無法辨別，可成功避開攻擊者的注意力，保證通信的機(jī)密性。在算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程中，體會(huì)到了信息安全的重要性，認(rèn)識(shí)到了數(shù)字圖像處理技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的應(yīng)用前景，希望在后續(xù)的科研實(shí)踐中繼續(xù)深入。

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Digital image hiding processing technology based on LSB sequence

YANG Quan-hai
（Shaanxi Vocational and Technical College of Computer Science，Xi'an 710100，China）

In order to satisfy the requirement of the modern cryptology and information security，a professional logistics Digital image hiding processing technology based on LSB sequence is proposed in this paper.According to the sensitivity of the human eye to color sensitivity，we replace the lowest bit of he RGB of the 24 images realizing the effective hiding of information.After Information encryption，we can not distinguish digital images from the naked eye，protecting the confidentiality of information.

digital image process；LSB；information encryption；RGB

TP311

A

1674－6236（2016）22-0142-03

2015-12-15稿件編號(hào)：201512161

楊全海（1974—），男，陜西澄城人，碩士，助教。研究方向：圖形圖像。