【正文】 包括隱寫術(shù)，數(shù)字水印，數(shù)字指紋，隱蔽信道，閾下信道，低截獲概率通信和匿名通信等，狹義上的信息隱藏技術(shù)通常指隱寫術(shù)與數(shù)字水印。傳統(tǒng)的加密方法如 DES、 3DES 或 RSA 等也能滿足多媒體應(yīng)用中的要求。 多媒體數(shù)據(jù)，尤其是圖像，比傳統(tǒng)的文字蘊(yùn)涵更大的信息量，因而成為人類社會(huì)在信息利用方面的重要手段。因此，信息的安全與保密顯得越來越重要。最后 ，本課題從安全性角度實(shí)現(xiàn)了二者的結(jié)合，使得圖像信息的安全得到了進(jìn)一步的提高。雖然加密可以使原文信息不被暴露，但一旦原文被接收并被篡改，加密就顯得無能為力了。多媒體信息安全技術(shù)的研究主要有兩種方法：多媒體信息加密和多媒體信息隱藏技術(shù)。多媒體通信逐漸成為人們之間信息交流的重要手段。圖像加密有多種方法，本課題采用的算法是基于 DES和 RSA 的混合加密。為實(shí)現(xiàn)圖像認(rèn)證的目的，本課題采用報(bào)文摘要結(jié)合數(shù)字水印的方法。人們通過網(wǎng)絡(luò)交流各種信息，進(jìn)行網(wǎng)上貿(mào)易等。因此信息安全已成為人們 關(guān)心的焦點(diǎn)，也是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。 多媒體信息加密技術(shù)：我們可以把多媒體數(shù)據(jù)作為文本數(shù)據(jù)流一樣看待，使用傳統(tǒng) 的加密算法進(jìn)行加密。 多媒體信息隱藏技術(shù)：密碼學(xué)技術(shù)僅僅隱藏了了信息的內(nèi)容，而信息隱藏技術(shù)不但信息的內(nèi)容而且隱藏了信息的存在。 緒 論 2 研究內(nèi)容 數(shù)字圖像比聲音、文字等蘊(yùn)涵更多的信息，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。同時(shí)，為了鑒別出圖像是否被篡改，要求滿足圖像認(rèn)證的要求。 報(bào)文摘要技術(shù) 在信息的安全領(lǐng)域中，對(duì)付被動(dòng)攻擊的 重要措施是加密，而對(duì)付主動(dòng)攻擊中的篡改和偽造和則要用報(bào)文鑒別的方法。然后對(duì) H(m)進(jìn)行加密，得出EK（ H(m)），并將其追加在報(bào)文 m 后面發(fā)送出去。要做到不可偽造，報(bào)文摘要算法必須滿足以下兩個(gè)條件： （ 1） 任給一個(gè)報(bào)文摘要值 x，若想得到一個(gè)報(bào)文 y使得 H(y)=x，則在計(jì)算上是不可行的。 關(guān)鍵技術(shù) 4 單向散列函數(shù) 要設(shè)計(jì)一個(gè)接收任意長度 輸入的函數(shù)特別是單向散列函數(shù)是很困難的事，在實(shí)際中，單向散列函數(shù)建立在壓縮函數(shù)的想法上。最后一分組的散列就成為整個(gè)消息的散列。首先將消息分成為 512m 的分組（ m 是散列值的長度）。每個(gè) 128 位分組的散列是這一分組和上一分組的散列的函數(shù)。 （ 4） MD5算法 MD5 是 MD4 的改進(jìn)版，它 比 MD4 更復(fù)雜，但設(shè)計(jì)思想相似，并且也產(chǎn)生 128位散列。當(dāng)輸入是長度小于 264 位的消息時(shí)， SHA 產(chǎn)生一稱為消息摘要的 160 位輸出，然后將該摘要輸入到用于計(jì) 算消息簽名的 DSA 中。 NHash 算法已被證明不安全 。 數(shù)字圖像技術(shù) 數(shù)字水印的概念 日程生活中為了鑒別紙幣的真?zhèn)?，人們通常將紙幣?duì)著光源，會(huì)發(fā)現(xiàn)真的紙幣中有清晰的圖像信息顯示出來，這就是我們熟悉的“水印”。所謂“數(shù)字水印”是往多媒體數(shù)據(jù)中添加的某些數(shù)字信息，比如將在數(shù)碼相片中添加攝制者的信息，在數(shù)字影碟中添加電影公司的信息等等。在絕大多數(shù)的情況下，我們希望添加的信息是不可察覺的，并且希望攻擊者在不破壞數(shù)據(jù)本身質(zhì)量的情況下無法將水印去掉。顯然在經(jīng)過這些操作后，魯棒的水印算法應(yīng)仍能從水印圖像中提取出嵌入的水印或證明水印的存在。對(duì)比度 門限受視覺系統(tǒng)的空間、時(shí)間和頻率特性的影響。水印的譯碼（檢測）則是一個(gè)有噪信道中弱信號(hào)的檢測問題 [3]。為了保證在不可見的前提下，盡可能提高嵌入水印的強(qiáng)度，α的選擇必須考慮圖像的性質(zhì)和視覺系統(tǒng)的特性。比如在完整性確認(rèn)應(yīng)用中，必須能夠精確地提取出插入的水印，并且通過水印的完整性來確認(rèn)多媒體數(shù)據(jù)的完整性。通常水印檢測的第一步是水印提取，然后是水印判決。另外，水印檢測的結(jié)果依賴于一個(gè)閾值，當(dāng)相關(guān)性檢測的結(jié)果超過這個(gè)閾值時(shí)，給出含有指定水印的結(jié)論。所謂漏檢 (false negative)，就是未能從含有水印信號(hào)的數(shù)據(jù)中檢測到水印信號(hào)。其通用算法模型如圖 24所示。 2）按幻方做圖像像素置亂變換。這種思想用于圖像數(shù)據(jù)的加密上就是在發(fā)送端先要把圖像數(shù)據(jù)按某種算法進(jìn)行分割 , 并把分割后的圖像數(shù)據(jù)交給不同的人來保存 。其原理框圖如圖 25所示。這些算法也叫秘密密鑰算法或單鑰算法 , 它要求發(fā)送方和接受方在安全通信之前商定一個(gè)密鑰。一次只對(duì)明文中的單個(gè)位 (或字節(jié) )運(yùn)算的算法稱為流密碼。在這種體制中 ,加密密鑰叫做公開密鑰，簡稱公鑰。通信雙方無須事先交換密鑰就可建立起保密通信 ,它解決了通信雙方進(jìn)行保密通信的密鑰分配問題。其中背包體制在最初提出 5年中被認(rèn)為是安全的 ,但此算法在 20 世紀(jì) 80 年代初就被 Shamir 完全破譯了。數(shù)字圖像的加密技術(shù)是當(dāng)代信息安全領(lǐng)域中比較活躍的一個(gè)研究方向。經(jīng)過反復(fù)的思考，本課題打算按以下思路著手設(shè)計(jì)，以求最終能以程序?qū)崿F(xiàn)該課題。 算法實(shí)現(xiàn) 12 算法流程圖 圖 31 算法流程圖 報(bào)文摘要提取 MD5 算法是由 Rivest(RSA 中的 R)于 1991 年提出的 Hash 算法。 實(shí)現(xiàn) MD5算法主要經(jīng)過以下五個(gè)步驟： (1) 補(bǔ)位 補(bǔ)位的目標(biāo) 是使輸入的消息長度，從任意值變成一個(gè)新的長度 n，使得n=448(mod512)，即通過補(bǔ)位使消息長度差 64位成為 512 的整數(shù)倍，即使原消息的長度正好滿足要求，也需要進(jìn)行補(bǔ)位。追加長度的信息由 64 位表示，被追加到已補(bǔ)的信息后，如果原消息 長度超過 64 位，只使用低64位。 在圖 32中，將緩沖區(qū)分成 4等份，即 4個(gè) 32 位寄存器（ A， B， C， D），每個(gè) 32 位寄存器也被稱為字。主循環(huán)的運(yùn)算過程見圖 34。 設(shè) Mj 表示消息的第 j個(gè)子分組（從 0 到 15）， s 表示循環(huán)左移 s 位，則四種操作為： FF(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示 a=b+((a+(F(b,c,d)+ Mj + ti)s) GG(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示 a=b+((a+(G(b,c,d)+ Mj + ti)s) HH(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示 a=b+((a+(H(b,c,d)+ Mj + ti)s) II(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示 a=b+((a+(I(b,c,d)+ Mj + ti)s) 這四輪（ 64步）是： 第 1 輪： FF (a, b, c, d, M[ 0], 11, 0xd76aa478)。 FF (a, b, c, d, M[ 4], 11, 0xf57c0faf)。 FF (a, b, c, d, M[ 8], 11, 0x698098d8)。 FF (a, b, c, d, M[12], 11, 0x6b901122)。 第 2 輪： GG (a, b, c, d, M[ 1], 21, 0xf61e2562)。 GG (a, b, c, d, M[ 5], 21, 0xd62f105d)。 GG (a, b, c, d, M[ 9], 21, 0x21e1cde6)。 GG (a, b, c, d, M[13], 21, 0xa9e3e905)。 第 3 輪： HH (a, b, c, d, M[ 5], 31, 0xfffa3942)。 HH (a, b, c, d, M[ 1], 31, 0xa4beea44)。 HH (a, b, c, d, M[13], 31, 0x289b7ec6)。 HH (a, b, c, d, M[ 9], 31, 0xd9d4d039)。 第 4 輪： II (a, b, c, d, M[ 0], 41, 0xf4292244)。 II (a, b, c, d, M[12], 41, 0x655b59c3)。 II (a, b, c, d, M[ 8], 41, 0x6fa87e4f)。 算法實(shí)現(xiàn) 17 II (a, b, c, d, M[ 4], 41, 0xf7537e82)。 （ 5）輸出結(jié)果 最后再將 a,b,c 和 d 還原為 A， B， C，和 D，將 ABCD 組合起來，就構(gòu)成原消息的摘要。 位圖的位面 在一幅用多比特值表示其灰度的圖像來說，其中每個(gè)比特可看作表示了一個(gè)二值平面，也稱作“位面”。在圖像中加入水印信息，最直接想到的方法就是直接修改圖像像素的像素值，空間域水印算法就是基于這種思想的。嵌入水印的過程可以分為兩個(gè)階段，其分別為：嵌入過程、提取過程。 水印的基本模型如圖 35所示。那么，在該大小的位圖中可最大可隱藏的字符數(shù)為 256*256/8=8192 個(gè)，約漢字 4000 多個(gè)。 DES 是典型的加解密鑰相同的對(duì)稱密碼體制，其優(yōu)勢在于加解密速度快、算法易實(shí)現(xiàn)、安全性好。 作 (1) 基于 DES算法的數(shù)字圖像加密 將 DES 算法用于數(shù)字圖像加密，可以考慮將圖像色彩的二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一維數(shù)據(jù)，對(duì)一維數(shù)據(jù)按 64 比特為一組進(jìn)行分組加密。 4）進(jìn)行 16 輪相同的變換，包括密鑰變換，每輪變換如下圖 36所示。 3) 密鑰置換 密鑰置換就是按矩陣 32的規(guī)則改變密鑰的順序。 算法實(shí)現(xiàn) 22 表 31 每輪密鑰循環(huán)左移位數(shù) 迭代次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 右移位數(shù) 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1 例如： KL0=c1c2? c28， KR0=d1d2? d28 由于是第 1次迭代，循環(huán)左移位數(shù)是1，所以， KL0=c2c3? c28c1， KR0=d2d3? d28d1,KLKR 兩組密鑰循環(huán)左移后，再合并成 56 位密鑰，例如： K1=c2c3? c28c1d2d3? d28d1,合并后 56 位密鑰一方 面用于產(chǎn)生子密鑰，另一方面為下次迭代運(yùn)算做準(zhǔn)備。 算法實(shí)現(xiàn) 23 矩陣 34 擴(kuò)展置換 ?????????????????????????? 1 32 31 30 29 28 29 28 27 26 25 24 25 24 23 22 21 20 21 20 19 18 17 16 17 16 15 14 13 12 13 12 11 10 9 8 9 8 7 6 5 4 5 4 3 2 1 32 7) 子密鑰和擴(kuò)展置換后的數(shù)據(jù)異或運(yùn)算 將子密鑰和擴(kuò)展置換后的數(shù)據(jù)按位進(jìn)行異或運(yùn)算，然后，將得到的 48位結(jié)果送到 S盒代替。 9) P 盒置換 將 S 盒輸出的 32 位二進(jìn)制數(shù) 據(jù)按 P盒置換矩陣 35進(jìn)行置換。 12）重復(fù) 4— 11 步，循環(huán)操作 16 輪。 2) 加密時(shí)各輪的加密密鑰為 K0K1? K15，而解密時(shí)各輪的解密密鑰為K15K14? K0。相關(guān)圖示如下圖 38所示。而對(duì)解密密鑰中的 d 則保密 [10]。 用戶秘密地選擇兩個(gè)大素?cái)?shù) p 和 q，計(jì)算出 n=pq,n 稱為 RSA 算法的模數(shù)，明文必須用小于 n 的數(shù)來表示，實(shí)際上 n 是幾百比特長的數(shù)。用戶再計(jì)算出 n的歐拉函數(shù)，即： ? ? ? ? ? ? ? ?nqpn ?????? .11 公式（ 34） 3）選擇 e。 公開密鑰 (即加密密鑰 ) ? ?depk ,? 私有密鑰 (即解密密鑰 ) ? ?ndsk ,? 混合加密的實(shí)現(xiàn) 本設(shè)計(jì)使用 DES 作為對(duì)稱密鑰算法加密原圖像，使用 RSA 作為公開密鑰算法加密 DES 密鑰。當(dāng)密鑰長度在 64 位以內(nèi)時(shí)它將使用標(biāo)準(zhǔn) 算法實(shí)現(xiàn) 27 DES 加密，當(dāng)密鑰長度超過 64位后，系統(tǒng)將設(shè)置第 2密鑰，并啟用 3次 DES 加密。 加 /解密時(shí)你可以從文件中導(dǎo)入密鑰。密碼學(xué)是研究如何將可懂的明文變?yōu)椴豢啥拿芪牡倪^程 (加密過程 )，以及從不可懂的密文恢復(fù)到可懂的明文的過程 (解密過程或密碼分析過程 )。