【正文】 遠的古代信息隱藏 技術(shù)不同于傳統(tǒng)的密碼學(xué)技術(shù)，密碼技術(shù)主要研究將機密信息進行特殊的編碼，形成不可識別的密碼形式 (密文 )進行傳遞；信息隱藏不同于密碼學(xué)中對信息內(nèi)容的保護，隱秘術(shù)著眼于隱藏信息本身的存在。因此，新型的多媒體應(yīng)用需要新的數(shù)據(jù)加密技術(shù)。保護圖像信息安全最經(jīng)濟有效的方法之～是采用密碼技術(shù)，但是，一方面?zhèn)?統(tǒng)的加密算法如 DES和RSA，一般是基于文本數(shù)據(jù)設(shè)計的，它把一段有意義的數(shù)據(jù)流 (稱為明文 )轉(zhuǎn)換成看起來沒有意義的數(shù)據(jù) (成為密文 )。因此針對多媒體信息安全保護技術(shù)的研究也顯得尤為重 要，多媒體信息安全是集數(shù)學(xué)、密碼學(xué)、信息論、概率論、計算復(fù)雜度理論和計算機網(wǎng)絡(luò)以及其它計算機應(yīng)用技術(shù)于一體的多學(xué)科交叉的研究課題。對于圖像信息，傳統(tǒng)的保密學(xué)尚缺少足夠的研究。由于人的視覺系統(tǒng)很復(fù)雜，數(shù)字圖像受環(huán)境條件、視覺性能、人的主觀意識的影響很大，因此要求系統(tǒng)與人的良好的基于 Arnold 置亂的數(shù)字圖像加密算法的研究與實現(xiàn) 2 配合，這還是一個很大的研究課題。 (3)數(shù)字圖像中各個象素不是獨立的，其相關(guān)性很大。 (2)數(shù)字圖像占用的頻帶較寬。 一般地，模擬圖像經(jīng)采樣離散后得到的數(shù)字圖像具有以下的特點： (1)圖像數(shù)據(jù)信息量很大。這種離散化了的圖像就是數(shù)字圖像，可以用 (, )Irc 來表示。一幅圖像可以用一個 2D數(shù)組 ( , )f xy 來表示，這里 x 和 y 表示 2D空間 XY中一個坐標(biāo)點的位置，而 f 則代表圖像在點的某種性質(zhì) F 的數(shù)值。 我們生活在一個信息時代，科學(xué)研究和統(tǒng)計表明，人類從外界獲得的信息約有 75％來自視覺系統(tǒng)，也就是從圖像中獲得的。圖像對我們并不陌生，它是用各種觀測系統(tǒng)以不同形 式和手段觀測客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼進而產(chǎn)生視知覺的實體?；?Arnold 置亂的數(shù)字圖像加密算法的研究與實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計論文 Ⅲ 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目： 基于 Arnold 置亂的數(shù)字圖像加密算法的研究與實現(xiàn) 基于 Arnold 置亂的數(shù)字圖像加密算法的研究與實現(xiàn) 1 第一章 綜述 在一切數(shù)字化信息中，圖像信息是一種非常直觀而又含有大量信息的載體，此所謂“千言萬語不及一張圖”。人的視覺系統(tǒng)就是一個觀測系統(tǒng)，通過它得到的圖像就是客觀景物在人眼中形成的影像。這里圖像是比較廣義的，例如照片、繪圖、視像等等。例如常用的圖 像一般是灰度圖，這時 f 表示灰度值，它常對應(yīng)客觀景物被觀察到的亮度值。這 里 I 代表離散化后的 f ， (, )rc 代表離散化后的 (, )xy ，其中 r 代表圖像的行 (row)， c 代表圖像的列 (column)。例如取 512512個象素組成一幅數(shù)字圖像，如其灰度級用 8比特的二進制來表示，則有 28=256個灰度級，那么這幅圖像的數(shù)據(jù)信息量即為 5125128=2097152比特。與語言信息相比，占用的頻帶要大幾個數(shù)量級。就是說，有大塊區(qū)域的灰度值是相差不大的。 信息安全 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，大量個人和公眾信息在剛絡(luò)上傳播，使得信息的安全問題成為人們關(guān)注的熱點，信息的安全與保密不僅與國家的政治、軍事和外交等有重大的關(guān)系，而且與國家的經(jīng)濟、商務(wù)活動以及個人都有極大的關(guān)系。隨著計算機技術(shù)與數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，對此已有一些研究成果。 對通訊安全的研究不僅包括加密，還包括以隱藏信息為根本的信息安全。由于將明文數(shù)據(jù)加密成密文數(shù)據(jù)，使得在網(wǎng)絡(luò)傳遞過程中非法攔截者無法從巾獲得信息，從而達到保密的目的。近年來，在這方面的研究取得了一些成果，主要針對視頻數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)。主要研究如何將一機密信息秘密隱藏于另一公開的信息中，然后通過公開信息的傳輸來傳遞機密信息。圖像比聲音、文字等蘊涵更多的信息量，因而在多媒體信息中占有舉足輕重的地位，數(shù)字圖像信息安全是多媒體信息安全的重要組成部分。它們從不同的角度保證信息的安全，如果我們將信息加密與信息隱藏有機地相結(jié)合 ，可進一步提高信息的安全性。在這些方法中，為保證安全性，一般主要依靠由密鑰以非常復(fù)雜的方式控制的替換過程，對于數(shù)據(jù)量極為龐大的多媒體數(shù)據(jù)流而毒， 難以實現(xiàn)快速的加、解密算法。這使得在處理圖像數(shù)據(jù)時傳統(tǒng)的加密方法顯得效率不高、效果不理想。這使得圖像的實時加密變得非常困難。香農(nóng)在信息論中提到，一個足夠安全的加密算法應(yīng)該滿足 E(P/c)=E(P)。一個均勻分布的信息源具有極大的不確定性。一般來講，圖像的安全性由實際的應(yīng)用情況所決定，除了軍事應(yīng)用等特殊情況外，通常圖像信息的價值很低．因此沒必要對所有類型的圖像都應(yīng)用級別很高的加密算法。數(shù)字圖像具有信息量大、信息表達直觀的特點，它的安全保密顯然與以往在計算機上所面對的文本數(shù)據(jù)截然不同。按照加密對象的不同，可分為：對空間域像素值的加密 方法、對變換域系數(shù)的加密方法等等。 圖像置亂與 Arnold算法 針對圖像作品的保護措施有許多種，其中圖像置亂和數(shù)字圖像加密技術(shù)受到了廣泛的重視。 數(shù)字圖像置亂是一種數(shù)字圖像空間域的變換，它通過對 圖像空間的重新分布來打亂各像素的次序，但其像素總數(shù)目不變，直方圖不變，使一幅圖像變得面目全非，因其分散性較好，所以也有人運用這種技術(shù)來生成人工仿真的布料紋理。 Arnold變換可以將圖像的錯誤分散出去，所以用在數(shù)字圖像水印時其魯棒性較好。選擇一幅有實際意義的二值圖像作為數(shù)字水印 ,通過對原始圖像進行多級小波分解后 ,自適應(yīng)的修改選擇的中頻系數(shù)來進行嵌入。 第二章，介紹分組密碼的設(shè)計理論，包括分組密碼設(shè)計的安全性 原則、分組密碼的數(shù)學(xué)模型、迭代分組密碼的整體結(jié)構(gòu)和分組密碼的參數(shù)選取 以及 Rijndael算法的數(shù)學(xué)原理 。這種字母置換可以看成是一維數(shù)據(jù) 流的值置換，在一定程度上達到了保護信息的目的。比如把話音的頻譜劃分成若干個子帶，重新排列它們的次序以達到置亂的效果。近年來，已有很多文獻提出了語音置亂的方法，如異步語音置亂算法，時頻擾亂法等等。 隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，圖像置亂加密技術(shù)已成為數(shù)字圖像安全傳輸和保密存儲的主要手段之一。此外，目前給出的置亂加密算法大多是基于數(shù)學(xué)變換的，去亂過程有時也可通過置亂加密的周期性獲得。在絕大多數(shù)情況下區(qū)域 R 是一個矩形，對 R 中任意的點 (, )xy ， ( , )Fxy 代表圖像的信息 (如灰度值， RGB 分量值等 )，表示圖像的二元函數(shù)有其特殊性，這就是相關(guān)性。但是平移和旋轉(zhuǎn)變換都不會改變像素 間 的相對關(guān)系，由它們所生成的圖像沒有結(jié)構(gòu)上的變化；而比例和錯切變換一般都會改變圖像在像素平面上所占據(jù)的位置，使原始圖像中的像素點跑到圖像以外的區(qū)域，因此，僅僅由這四種幾何變換中的一種無法構(gòu)造出我們要求的排列變換來，需要考慮同時使用其中的兩種甚至四種幾何變換。 定理 互相正交的 n 階拉丁方的個數(shù)不超過 1n? 個。由定理 知存在有 1n? 個拉丁方的互相正交的拉丁方組 1 2 1, ,..., nA A A ? 在該組中任取兩個互相正交的拉丁方設(shè)為： ,ijAA 1 , 1i j n? ? ? ， ij? 。 算法的周期性： 表 ： 不同階數(shù)下的相同參數(shù)的正交拉丁方變換的周期 表 ： 相同階數(shù) r的不同參數(shù)的止交拉 J方變換的周期 基于 Arnold 置亂的數(shù)字圖像加密算法的研究與實現(xiàn) 8 表 ： 不同階數(shù)下的不同參數(shù)的正交拉丁方變換的周期 和許多置亂算法一樣，基于正交拉丁方的加密算法的周期性仍有待進一步研究。 設(shè)嵌入對象是 nn? 的像素矩陣 B，我們可以將 B與 A各元素一一對應(yīng)，然后將處于 A中元素 1位置的像素移至元素 2位置處，將處于 A中元素 2位置的像素移至元素 3位置處，以此類推，最后將 2n 處的像素移至 l處。 原始圖像中相鄰的像素經(jīng)置亂后大都仍保持空問相鄰狀態(tài)，因此這種方法的置亂效果較差，為了得到較好的置亂效果，需要多次重復(fù)上面過程，成倍地增加計算量；此外，對于非正方尺寸的圖像，上述置亂算法不能直接應(yīng)用。 騎士巡游變換：對于圖像 { ( , )}nmA a i j ?? ，用巡游矩陣 { ( , )}nmT t i j ?? 作置亂變換，得到圖像 B。密鑰個數(shù)大于 Hilbert曲線、 Peano方法、 E曲線、幻方置亂變換的密鑰個數(shù)。 基于 Arnold 置亂的數(shù)字圖像加密算法的研究與實現(xiàn) 10 基于 Arnold變 換的數(shù)字圖像置亂 對于二維可逆保面積方程： 39。 1 1 ( m o d )39。 這是對一個一般的二維可逆保面積映射加了取正整數(shù)的限制，這種變換具有拉伸和折疊的性質(zhì)，經(jīng)變換后原來相鄰的兩點 (, )ij 和 (, 1)ij? 經(jīng)幾次迭代后就不再相鄰，這樣圖像經(jīng)迭代若干次后就變得不可辨認(rèn)，從而達到加密的效果。 Arnold變換實際上是一種點的位置移動，且這種 變換是一一對應(yīng)的。xxANyy?? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?，其中