【正文】 5 或 SHA 要慢得多。本課題使用單向散列函數(shù)的目的是為了實(shí)現(xiàn)圖像認(rèn)證，故選用安全性較高的 MD5 算法 [4]。 借鑒普通水印的含義和功能，人們采用類(lèi)似的概念保護(hù)諸如數(shù)字圖像、數(shù)字音樂(lè)這樣的多媒體數(shù)據(jù)，因此就產(chǎn)生了“數(shù)字水印”的概念。 數(shù)字水印的要求 數(shù)字水印是往多媒體數(shù)據(jù)（如圖像、聲音、視頻信號(hào)等）中添加某些數(shù)字信息以達(dá)到圖像認(rèn)證等作用。 有效的數(shù)字水印應(yīng)該能夠承受大量不同的物理和幾何失真，包括有意的（如惡意攻擊）或無(wú)意的（如圖像壓縮，濾波、掃描與復(fù)印，噪音污染、尺寸變化等等）。 數(shù)字水印的原理及其通用模型 從圖像處理的角度看，嵌入水印信號(hào)可以視為在強(qiáng)背景下迭加一個(gè)弱信號(hào)，只要迭加的水印信號(hào)強(qiáng)度低于 HVS 的對(duì)比度門(mén)限， HVS 就無(wú)法感到信號(hào)的存在。盡管水印信號(hào)具有一定的能量，但分布到信道中任一頻率上的能量是難以檢測(cè)到的。 有兩種常用的水印嵌入公式： iiwi aWVV ?? ? ?iiwi aWVV ?? 1 公式 (23) 關(guān)鍵技術(shù) 7 圖 21 水印信號(hào)嵌入 其中 wii VV, 分別表示載體圖像像素和嵌入水印的圖像像素； iW 為水印信號(hào)分量， 0≤ i≤ K；α為強(qiáng)度因子。 在某些水印系統(tǒng)中，水印可以被精確地抽取出來(lái)，這一過(guò)程被稱(chēng)作水印提取。這時(shí)我們需要一個(gè)水印檢測(cè)過(guò)程，見(jiàn)圖 23。從以上論述可以看出，水印提取的任務(wù)是從嵌入水印的數(shù)據(jù)中提取水印信號(hào)，而水 印檢測(cè)的任務(wù)是判斷某一數(shù)據(jù)內(nèi)容中是否存在指定的水印信號(hào)。所謂虛檢 (false positive)，就是將沒(méi)有水印信號(hào)的數(shù)據(jù)誤認(rèn)為含有水印信號(hào)。在接收端采用相應(yīng)的算法解密，恢復(fù)出原文。由于離散數(shù)字圖像是有限點(diǎn)集 ,這種反復(fù)變換的結(jié)果 , 在開(kāi)始階段 S 中像素點(diǎn)的位置變化會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)程度的混亂 ,但由于動(dòng)力系統(tǒng)固有的特性 , 在迭代進(jìn)行到一定步數(shù)時(shí)會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的位置。 （ 2）基于秘密分割與秘密共享的圖像加密技術(shù) 秘密分割就是把消息分割成許多碎片 , 每一個(gè)碎片本身并不代表什么 , 但把這些碎片放到一起消息就會(huì)重現(xiàn)出來(lái)。這種加密機(jī)制的設(shè)計(jì)思想是加密算法可以公開(kāi) ,通信的保密性完全依賴(lài)于密鑰的保密性 (即滿(mǎn)足 Kerckhoffs 假設(shè) )。在大多數(shù)對(duì)稱(chēng)算法中 ,加解密密鑰是相同的。對(duì)稱(chēng)算法又可分為兩類(lèi)。之所以叫做公開(kāi)密鑰算法 ,是因?yàn)榧用苊荑€能夠公開(kāi) ,即任何人都能用加密密鑰加密信息 ,但只有用相應(yīng)的解密密鑰才能解密信息。解密密鑰和加密密鑰不同 ,從一個(gè)難以推出另一個(gè) ,其設(shè)計(jì)規(guī)律都是把推算解密密鑰的問(wèn)題等效為一個(gè)難以求解的數(shù)學(xué)問(wèn)題。它們的共同點(diǎn)都是基于陷門(mén)單向函數(shù)的概念 ,把問(wèn)題歸結(jié)為某一數(shù)學(xué)難題的求解。數(shù)字圖像信息安全保密是結(jié)合數(shù)學(xué)、密碼學(xué)、信息論、計(jì)算機(jī)視覺(jué)以及其它計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的多學(xué)科交叉的研究課題。 通過(guò)閱讀一定量的資料了解到該課題目前在國(guó)內(nèi)外的研究狀況和相應(yīng)的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，為了滿(mǎn)足圖像鑒定的要求，特引進(jìn)數(shù)字水印技術(shù)，即：采用一散列函數(shù)作用原圖像，以提取一報(bào)文摘要，然后將此報(bào)文摘要作為水印信息嵌入到原始圖像中，經(jīng)加密解密后，再在解密后的圖像中提取水印信息，然后判斷此水印信息和原報(bào)文摘要是否相同，若相同，說(shuō)明原始圖像沒(méi)有被篡改過(guò)，否則說(shuō)明原始圖像已被篡改。 MD5 和 MD4 算法都是將消息劃分成 512 位的消息塊進(jìn)行處理，最終形成 128 位的信息摘要。 原始圖像 DES 密鑰 數(shù)據(jù)流 摘要 摘要水印 加密圖像 摘要水印 解密后圖像 摘要水印 摘要 RSA加密此密鑰 對(duì)此，看是否一致？以達(dá)到圖像認(rèn)證的目的！ 解密 文件頭 加密圖像 摘要水印 提取水印 DES 加密 MD5算法 作為水印信息 算法實(shí)現(xiàn) 13 (2) 追加長(zhǎng)度 在追加長(zhǎng)度前，通過(guò)補(bǔ)位，消息長(zhǎng)度已經(jīng)變成模 512 余 448，接下來(lái)的追加長(zhǎng)度將在消息后繼續(xù)補(bǔ)充 64 位的信息，新消息將是 512的整數(shù)倍。緩沖區(qū)除接受 Hash函數(shù)最終結(jié)果外，還記錄中間結(jié)果。主循環(huán)有四輪，每輪很相似， 每一輪進(jìn)行 16 次操作，每次操作對(duì) a,b,c 和 d 中的其中三個(gè)作一次線(xiàn)性函數(shù)運(yùn)算，然后將所得的結(jié)果加上第四個(gè)變量，文本的一個(gè)子分組和一個(gè)常數(shù)，再將所得的結(jié)果向右環(huán)移一個(gè)不定的數(shù)，并加上或中之一，最后用該結(jié)果取代 a,b,c 或 d中之一。函數(shù) H是 逐位奇偶操作符。 FF (b, c, d, a, M[ 3], 14, 0xc1bdceee)。 FF (b, c, d, a, M[ 7], 14, 0xfd469501)。 FF (b, c, d, a, M[11], 14, 0x895cd7be)。 FF (b, c, d, a, M[15], 14, 0x49b40821)。 GG (b, c, d, a, M[ 0], 24, 0xe9b6c7aa)。 GG (b, c, d, a, M[ 4], 24, 0xe7d3fbc8)。 GG (b, c, d, a, M[ 8], 24, 0x455a14ed)。 算法實(shí)現(xiàn) 16 GG (b, c, d, a, M[12], 24, 0x8d2a4c8a)。 HH (b, c, d, a, M[14], 34, 0xfde5380c)。 HH (b, c, d, a, M[10], 34, 0xbebfbc70)。 HH (b, c, d, a, M[ 6], 34, 0xe4881d05)。 HH (b, c, d, a, M[ 2], 34, 0xc4ac5665)。 II (b, c, d, a, M[ 5], 44, 0xfc93a039)。 II (b, c, d, a, M[ 1], 44, 0x85845dd1)。 II (b, c, d, a, M[13], 44, 0x4e0811a1)。 II (b, c, d, a, M[ 9], 44, 0xeb86d391)。鑒于空間域 LSB 水印模型具有較低的魯棒性，故本課題采用 LSB 算法 [7]。水印信息隱藏在這些看似噪聲的位置進(jìn)行處理，其對(duì)圖像的破壞就不會(huì)太大，當(dāng)然，在加入水印之前，首先要選擇好信息具體加入的位面位置，不能將水印信息加入在存在圖像視覺(jué)信息的位面上，因此，一般的 LSB 算法中，水印一般加在圖像的后 4 位。因此，后四位均是 LSB 數(shù)字水印的嵌入范圍。 水印：要嵌入到原始圖片中的一段信息，可以是文字，也可以是圖像。所以，水印信息大小將可以最大為宿主文件的八分之 一。 混合加密 DES 算法 DES 即數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，最初是 IBM 的 和 等人提出的一個(gè)數(shù)據(jù)加密算法 Lucifef，它于 1976 年被美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局正式用于商業(yè)和政府非要害信息的加密。密鑰長(zhǎng)度為 56位，但密鑰通常表示為 64 位，并分為 8 組每組第 8位作為奇偶校驗(yàn)位，以確保密鑰的正確性。 3）將置換 后的明文分成左右兩組，每組 32 位。 2) 明文分組 將置換后的明文，即新的 64 位二進(jìn)制序列，按順序分為左，右兩組，每組都是 32 位。 4) 密鑰分組，移位，合并 將置換后的 56 位密鑰按順序分成左右兩個(gè)部分 RL KK, ，每部分 27 位，根據(jù)DES算法輪數(shù)（迭代次數(shù)），分別將兩個(gè)部分 RL KK, 地區(qū)循環(huán) 左移 1 位或 2位，每輪循環(huán)左移位數(shù)按照密鑰移位個(gè)數(shù)表 31選取。 矩陣 33 密鑰壓縮壓縮置換 ??????????????????????????32 29 36 50 42 46 53 34 56 39 49 44 48 33 45 51 40 30 55 47 37 31 52 41 2 13 20 27 7 16 8 26 4 12 19 23 10 21 6 15 28 3 5 1 24 11 17 14 6) 擴(kuò)展置換 將原明文數(shù)據(jù)的右半部分 R從 32 位擴(kuò)展成 48位，擴(kuò)展置換按照擴(kuò)展置換矩陣 34規(guī)則進(jìn)行。 ?????? 1S 8S 6 位 4 位 32 位輸出 48 位輸入 算法實(shí)現(xiàn) 24 S 盒替換是 DES 的核心部分，整個(gè)變換過(guò)程是非線(xiàn)性的（而 DES 算法的其它變換都是線(xiàn)性的），提供了很好的混亂數(shù)據(jù)效果，比 DES 算法其它步驟提供的安全性更好。 11） Ri1Li 將原分組的右半部分 Ri1作為分組的左半部分 Li。 矩陣 36 逆初始置換 ?????????????????????????? 25 57 17 49 9 41 1 33 26 58 18 50 10 42 2 34 27 59 19 51 11 43 3 35 28 60 20 52 12 44 4 36 29 61 21 53 13 45 5 37 30 62 22 54 14 46 6 38 31 63 23 55 15 47 7 39 32 64 24 56 16 48 8 40 （ 4） DES 算法解密過(guò)程 DES 算法加密和解密過(guò)程使用相同的算法，并使用相同的加密密鑰和解密密鑰，兩者的區(qū)別是： 1） DES 加密時(shí)是從 L0， R0 到 L15， R15 進(jìn)行變換，而解密時(shí)是從 L15， R15算法實(shí)現(xiàn) 25 到 L0， R0 進(jìn)行變換的。解密時(shí)，先用第一個(gè)密鑰解密，然后用第二個(gè)密鑰加密，最后再用第一個(gè)密鑰解密。用戶(hù)把加密密鑰公開(kāi)，使得任何其它用戶(hù)都可以使用。 （ 1）加密算法 若用整數(shù) X表示明文，用整數(shù) Y表示密文（ X 和 Y 均小于 n ） ，則加密和解DES 1K 明文 DES DES DES DES DES 密文 3K 2K 加密 解密密 算法實(shí)現(xiàn) 26 密運(yùn)算為： 加密： nXY e mod? 解密： nYX d mod? 公式（ 31） （ 2）密鑰的產(chǎn)生 1）計(jì)算 n 。 加密公式簡(jiǎn)化為： ? ?nmc eii mod? 公式（ 32） 解密時(shí)，取每一 個(gè)加密后的分組 ic 并計(jì)算： ? ?ncm dii mod? 公式（ 33） 2）計(jì)算 ??n? 。用戶(hù)計(jì)算出滿(mǎn)足下式的 ? ?nedd ?? mod1: 作為解密指數(shù) ,得出： ? ?? ?? ?11m o d1 ??? ? qped 公式（ 35） 5）得出所需要的公開(kāi)密鑰和私有密鑰。它會(huì)根據(jù)密鑰長(zhǎng)度，自動(dòng)選擇加密方案。 (3) 本設(shè)計(jì)的 RSA 密鑰長(zhǎng)度最大可達(dá) 600 位 16 進(jìn)制數(shù) (約合 720 位 10 進(jìn)制數(shù) )。 一種基于現(xiàn)代密碼體制的圖像加密算法 28 4 一種基于現(xiàn)代密碼體制的圖像加密算法 現(xiàn)代密碼體制 隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不斷滲透到各個(gè)領(lǐng)域，密碼學(xué)的應(yīng)用也隨之?dāng)U大。這樣，對(duì)于加密的明文信息的保護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)密鑰信息的保護(hù)，從而提高了加密的安全性和加密算法的生命力 [12]。古典密碼學(xué)中提出的加密方案是一種算法保護(hù)的方案，在保密方案安全的情況下，可能收到一定的安全效果，但是，隨著保密方案的泄露，被加密信息的安全就沒(méi)有了安全保證。 (4) 本設(shè)計(jì)產(chǎn)生 RSA 密鑰對(duì)的速度非?？欤话阍?3 秒以?xún)?nèi)。其密鑰長(zhǎng)度可達(dá) 112 位，并且它還具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，提供了 3種加解密接口：文件 接口，文件句柄接口 (可以供其他加密系統(tǒng)使用，本設(shè)計(jì)的混合加密模塊就是使用這個(gè)接口 )，和內(nèi)存緩沖區(qū)接口。本設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下： (1) 提供了兩個(gè)加密接口 .混合加密， DES加密。從 ? ?? ?1,0 ?? n ，中選擇一個(gè)與 ??n? 互素的數(shù) e 作為公開(kāi)的加密指數(shù)。加密消息 m 時(shí)，首先將它分成比 n小的數(shù)據(jù)分組（采用十六進(jìn)制數(shù)，選取小于 n 的 16 的最大次冪），也就是說(shuō)， p和 q為 100 位的素?cái)?shù)，那么 n 將有 200 位，每個(gè)消息分組 im