【正文】 i mod? 公式（ 33） 2）計算 ??n? 。它會根據(jù)密鑰長度，自動選擇加密方案。 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 隨著計算機網(wǎng)絡(luò)不斷滲透到各個領(lǐng)域，密碼學的應(yīng)用也隨之擴大。古典密碼學中提出的加密方案是一種算法保護的方案，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有了安全保證。其密鑰長度可達 112 位，并且它還具有很強的擴展性，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)計的混合加密模塊就是使用這個接口 )，和內(nèi)存緩沖區(qū)接口。從 ? ?? ?1,0 ?? n ，中選擇一個與 ??n? 互素的數(shù) e 作為公開的加密指數(shù)。 這里， n為兩個大素數(shù) p 和 q 的乘積（素數(shù) p 和 q 一般為 100 位以上的十進制數(shù)）。 3) 加密時密鑰循環(huán)左移，而解密時循環(huán)右移。 矩陣 35 P盒置換 ???????????? 25 4 11 22 6 30 13 19 9 3 27 32 14 24 8 2 10 31 28 5 26 23 15 1 17 28 12 29 21 20 7 16 例如：將 S 盒輸出的第 16 位變換成第 1 位， S盒輸出的第 1位變換成第 9位。 5) 壓縮置換 按照密鑰置換矩陣 33，從 56 位密鑰中產(chǎn)生 48 位子密鑰。 算法實現(xiàn) 20 圖 36一輪 DES 變換 （ 3） DES算法加密過程 1) 初始置換 初始置換就是對輸入的 64位二進制明文 P=P1P2? P64 按照矩陣 31的規(guī)則，改變明文 P的順序，矩陣中的數(shù)字代表明文在 64 位二進制序列中的位置。目前在國內(nèi)，隨著三金工程尤其是金卡工程的啟動， DES 算法在 PQS、 ATM、磁卡及智能卡 (IC 卡 )、加油站、高速公路收費站等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，以此來實現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的保密，如信用卡持卡人的 PIN 的加密傳輸， IC 卡與 PQS 間的雙向認證、金融交易數(shù)據(jù)包的 MAC 校驗等，均用到 DES算法。 圖 35 LSB 水印總體模型 LSB 算法的實現(xiàn) 如果在一個 256*256 大小的 24位“ ”中隱藏了一個文本文件“ ”。 LSB 算法模型 LSB 算法采用直接改變圖像中像素的最后一位 bit 值來嵌入水印信息。 數(shù)字圖像水印 為達到達到圖像認證的目的，特引入易碎水印來實現(xiàn)。 II (d, a, b, c, M[15], 42, 0xfe2ce6e0)。 II (d, a, b, c, M[ 7], 42, 0x432aff97)。 HH (d, a, b, c, M[ 0], 32, 0xeaa127fa)。 HH (d, a, b, c, M[ 8], 32, 0x8771f681)。 GG (d, a, b, c, M[14], 22, 0xc33707d6)。 GG (d, a, b, c, M[ 6], 22, 0xc040b340)。 FF (d, a, b, c, M[ 9], 12, 0x8b44f7af)。 第一輪 第二輪 第三輪 第四輪 消息分組 A B C D D C B A 算法實現(xiàn) 15 FF (d, a, b, c, M[ 1], 12, 0xe8c7b756)。 圖 32 緩沖區(qū) nn+1 示意圖 圖 33 四輪算法 賦初值： A: 0x01234567 B: 0x89abcdef C: 0xfedcba98 D: 0x76543210 ABCD 構(gòu)成 buffer0。補位的補丁包括一個 1，剩下的全是 0，在原消息之后。 即： DES 和 RSA 的混合加密算法，先隨機產(chǎn)生一個 DES 密鑰，用此密鑰加密圖像，得到擴展名為 . 的文件 1，然后采用 RSA 加密算法對隨機產(chǎn)生的 DES密鑰進行加密將得到的密文加到文件 1 的文件頭里面去。 算法實現(xiàn) 11 3 算法實現(xiàn) 采用的算法 近年來，隨著國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像己經(jīng)逐漸克服了往日因存儲量巨大而帶來的 種種問題，成為信息表達方式的主流，數(shù)字圖像信息的安全問題成為國際上研究的焦點問題。解密密鑰叫做私人密鑰，簡稱私鑰。對稱算法的安全性完全依賴于密鑰 , 泄露密鑰就意味著任何人都能對消息進行解密。 而在接收端需要保存秘密的人的共同參與才能恢復出原始待傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)。 圖 24 數(shù)字圖像加密通用模型 數(shù)字圖像加密的典型算法 目前國內(nèi)外對數(shù)字圖像加密的研究主要采用以下幾種方法： （ 1）基于矩陣變換像素置換的圖像加密技術(shù) 1） Arnold 變換，俗稱貓臉變換 .設(shè)像素的坐標 x , y ∈ S = {0, 1, 2, ? , N1}, 則 Arnold 變換為： ? ?1,1,0,m o d21 11, ??????????????????????????? NyxNyxyx ? 公式 (24) Arnold 變換可以看做是裁剪和拼接的過程。這實際上是一個概率論中的假設(shè)檢驗問題。如果提取出的水印發(fā)生了部分的變化，最好還能夠通過發(fā)生變化的水印的位置來確定原始數(shù)據(jù)被篡 改的位置。 設(shè)載體圖像為 I，水印信號為 W，密鑰為 K，則水印嵌入可用公式（ 22）描述。若攻擊者試圖刪除水印則將導致多媒體產(chǎn)品的徹底破壞。與普通水印的特性類似，數(shù)字水印在多媒體 數(shù)據(jù)中（如數(shù)碼相片）也幾乎是不可見的，也很難被破壞掉。 MD5 是 MD4 的改進版，安全性更高，更難于被破譯。在一些初始化處理之后， MD5 以 512 位分組來處理輸入文本，每一分組又劃分為 16個 32位子分組。若輸出是 128 位散列值，則每分組 384 位長；若輸出是 256 位散列值，則分組 256 位長。給定一長度為 m 的輸入，單向函數(shù)輸出長為 n的散列值。接收端將 EK（ H(m)）解密還原為 H(m)，再將收到的報文進行摘要運算，得出的是否為此 H(m)。認證的目的是檢測對圖像數(shù)據(jù)的修改，以確定載體信息的完整性和真實性。廣義上的信息隱藏技術(shù)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。 多媒體數(shù)據(jù)，尤其是圖像，比傳統(tǒng)的文字蘊涵更大的信息量，因而成為人類社會在信息利用方面的重要手段。最后 ，本課題從安全性角度實現(xiàn)了二者的結(jié)合，使得圖像信息的安全得到了進一步的提高。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)。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。人們通過網(wǎng)絡(luò)交流各種信息，進行網(wǎng)上貿(mào)易等。 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) 的加密算法進行加密。 緒 論 2 研究內(nèi)容 數(shù)字圖像比聲音、文字等蘊涵更多的信息，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。 報文摘要技術(shù) 在信息的安全領(lǐng)域中，對付被動攻擊的 重要措施是加密，而對付主動攻擊中的篡改和偽造和則要用報文鑒別的方法。要做到不可偽造，報文摘要算法必須滿足以下兩個條件： （ 1） 任給一個報文摘要值 x，若想得到一個報文 y使得 H(y)=x，則在計算上是不可行的。最后一分組的散列就成為整個消息的散列。每個 128 位分組的散列是這一分組和上一分組的散列的函數(shù)。當輸入是長度小于 264 位的消息時， 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 算消息簽名的 DSA 中。 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)危藗兺ǔ⒓垘艑χ庠?，會發(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”。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。對比度 門限受視覺系統(tǒng)的空間、時間和頻率特性的影響。為了保證在不可見的前提下，盡可能提高嵌入水印的強度，α的選擇必須考慮圖像的性質(zhì)和視覺系統(tǒng)的特性。通常水印檢測的第一步是水印提取，然后是水印判決。所謂漏檢 (false negative)，就是未能從含有水印信號的數(shù)據(jù)中檢測到水印信號。 2）按幻方做圖像像素置亂變換。其原理框圖如圖 25所示。一次只對明文中的單個位 (或字節(jié) )運算的算法稱為流密碼。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行保密通信的密鑰分配問題。數(shù)字圖像的加密技術(shù)是當代信息安全領(lǐng)域中比較活躍的一個研究方向。 算法實現(xiàn) 12 算法流程圖 圖 31 算法流程圖 報文摘要提取 MD5 算法是由 Rivest(RSA 中的 R)于 1991 年提出的 Hash 算法。追加長度的信息由 64 位表示，被追加到已補的信息后，如果原消息 長度超過 64 位，只使用低64位。主循環(huán)的運算過程見圖 34。 FF (a, b, c, d, M[ 4], 11, 0xf57c0faf)。 FF (a, b, c, d, M[12], 11, 0x6b901122)。 GG (a, b, c, d, M[ 5], 21, 0xd62f105d)。 GG (a, b, c, d, M[13], 21, 0xa9e3e905)。 HH (a, b, c, d, M[ 1], 31, 0xa4beea44)。 HH (a, b, c, d, M[ 9], 31, 0xd9d4d039)。 II (a, b, c, d, M[12], 41, 0x655b59c3)。 算法實現(xiàn) 17 II (a, b, c, d, M[ 4], 41, 0xf7537e82)。 位圖的位面 在一幅用多比特值表示其灰度的圖像來說，其中每個比特可看作表示了一個二值平面，也稱作“位面”。嵌入水印的過程可以分為兩個階段，其分別為：嵌入過程、提取過程。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，約漢字 4000 多個。 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)，對一維數(shù)據(jù)按 64 比特為一組進行分組加密。 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。 算法實現(xiàn) 23 矩陣 34 擴展置換 ?????????????????????????? 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) 子密鑰和擴展置換后的數(shù)據(jù)異或運算 將子密鑰和擴展置換后的數(shù)據(jù)按位進行異或運算，然后，將得到的 48位結(jié)果送到 S盒代替。 12）重復 4— 11 步，循環(huán)操作 16 輪。相關(guān)圖示如下圖 38所示。 用戶秘密地選擇兩個大素數(shù) p 和 q，計算出 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，實際上 n 是幾百比特長的數(shù)。 公開密鑰 (即加密密鑰 ) ? ?depk ,? 私有密鑰 (即解密密鑰 ) ? ?ndsk ,? 混合加密的實現(xiàn) 本設(shè)計使用 DES 作為對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。 加 /解密時你可以從文件中導入密鑰。