数字图像加密实现

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1、 2010 届本科毕业论文届本科毕业论文 数字图像加密技术与实现数字图像加密技术与实现 系系 院 院 学生姓名 学生姓名 学学 号 号 专专 业 业 年年 级 级 完成日期 完成日期 指导教师 指导教师 摘 要 随着 Internet 技术与多媒体技术的飞速发展 数字化信息可以以不同的形 式在网络上方便 快捷地传输 多媒体通信逐渐成为人们之间信息交流的重要手 段 多媒体信息安全技术的研究主要有两种方法 多媒体信息加密和多媒体信息 隐藏技术 信息加密与信息隐藏从不同的角度保证信息的安全 如果我们将信息 加密与信息隐藏有机地相结合 可进一步提高信息的安全性 本课题的目的是实现一个安全性比较高的图像

2、信息安全算法 图像信息的 安全主要包括图像加密和图像认证 图像加密的目的是将一幅图像明文通过一定 的算法使其变成不可识别的密文 以防止攻击者截获原图像信息 图像加密有多 种方法 本课题采用的算法是基于 DES 和 RSA 的混合加密 虽然加密可以使原文 信息不被暴露 但一旦原文被接收并被篡改 加密就显得无能为力了 此时 就 需要图像认证的技术 图像认证的作用就是鉴定原图像有没有被篡改 以保护发 送者的利益 为实现图像认证的目的 本课题采用报文摘要结合数字水印的方法 最后 本课题从安全性角度实现了二者的结合 使得图像信息的安全得到了进一 步的提高 关键词 信息安全 图像加密 图像认证 数字水印

3、Abstract With the Internet technology and the rapid development of multimedia technology digital information can be transfered in different forms on the web quickly and easily Multimedia communication has gradually become an important means of information exchange between people Multimedia Informati

4、on Security Technology there are two main ways multimedia information and multimedia information hiding encryption technology Message encryption and information hiding information from different angles to ensure the security if we hide the information encrypted with the organic combination of inform

5、ation can further enhance information security The goal of this topic is realizing a high security pictorial information security algorithm the pictorial information security mainly includes the image encryption and the image authentication the goal of image encryption is turning a pictorial informa

6、tion to be distinguished through a certain algorithm which preventing the aggressor capture the original map The image encryption has many kinds of methods this topic uses the algorithm of the mix encryption which is based on on DES and the RSA Although encryption may cause the original text informa

7、tion not be exposed but once the original text is received and is tampered with the encryption appeared helplessly This time needs the image authentication technology The image authentication s function is appraising if the original map picture has been tampered with which is to protect the transmis

8、sion s benefit In order to realize the image authentication goal this topic uses the method of a telegram abstract union numeral watermark Finally this topic has realized the two union from the secure angle enable the security of pictorial information obtaining further enhancement KeywordsKeywords S

9、ecurity Image encryption Image Authentication Digital Watermarking 目 录 1 绪论 1 1 1 研究背景 1 1 2 研究方法 1 1 3 研究内容 2 2 关键技术 3 2 1 报文摘要技术 3 2 1 1 单向散列函数 4 2 1 2 单向散列函数技术 4 2 2 数字图像技术 5 2 2 1 数字水印的概念 5 2 2 2 数字水印的要求 6 2 2 3 数字水印的原理及其通用模型 6 2 3 数字图像加密技术 8 2 3 1 数字图像加密的原理与通用模型 8 2 3 2 数字图像加密的典型算法 8 3 算法实现 11

10、3 1 采用的算法 11 3 2 算法流程图 12 3 3 报文摘要提取 12 3 4 数字图像水印 17 3 4 1 位图的位面 17 3 4 2 LSB 算法模型 17 3 4 3 LSB 算法的实现 18 3 5 混合加密 19 3 5 1 DES 算法 19 3 5 2 RSA 公开密钥密码体制 25 3 5 3 混合加密的实现 26 4 一种基于现代密码体制的图像加密算法 28 4 1 现代密码体制 28 4 2 AES 简介 29 4 2 1 AES 的来源 29 4 2 2 AES 算法描述 30 4 3 基于 AES 的数字图像置乱 31 4 4 实验结果与分析 32 4 4

11、1 图像的置乱效果 32 5 总结 33 参考文献 34 致谢 35 1 绪论 1 1 研究背景 随着 Internet 技术与多媒体技术的飞速发展 数字化信息可以以不同的形 式在网络上方便 快捷地传输 多媒体通信逐渐成为人们之间信息交流的重要手 段 人们通过网络交流各种信息 进行网上贸易等 因此 信息的安全与保密显 得越来越重要 信息的安全与保密不仅与国家的政治 军事和外交等有重大的关 系 而且与国家的经济 商务活动以及个人都有极大的关系 随着信息化社会的 到来 数字信息与网络已成为人们生活中的重要组成部分 他们给我们带来方便 的同时 也给我们带来了隐患 敏感信息可能轻易地被窃取 篡改 非法

12、复制和 传播等 因此信息安全已成为人们关心的焦点 也是当今的研究热点和难点 多媒体数据 尤其是图像 比传统的文字蕴涵更大的信息量 因而成为人类 社会在信息利用方面的重要手段 因此针对多媒体信息安全保护技术的研究也显 得尤为重要 多媒体信息安全是集数学 密码学 信息论 概率论 计算复杂度 理论和计算机网络以及其它计算机应用技术于一体的多学科交叉的研究课题 1 2 研究方法 多媒体信息安全技术的研究主要有两种方法 多媒体信息加密和多媒体信息 隐藏技术 多媒体信息加密技术 我们可以把多媒体数据作为文本数据流一样看待 使 用传统的加密算法进行加密 传统的加密方法如 DES 3 DES 或 RSA 等也

13、能满足 多媒体应用中的要求 然而 新型的多媒体应用就需要新的数据加密技术 近年 来 在这方面的研究取得了一些成果 主要针对视频数据和图像数据 多媒体信息隐藏技术 密码学技术仅仅隐藏了了信息的内容 而信息隐藏技 术不但信息的内容而且隐藏了信息的存在 广义上的信息隐藏技术包括隐写术 数字水印 数字指纹 隐蔽信道 阈下信道 低截获概率通信和匿名通信等 狭 义上的信息隐藏技术通常指隐写术与数字水印 其中 数字水印技术在图像论证 方面有较广泛的应用 信息加密与信息隐藏从不同的角度保证信息的安全 如果我们将信息加密与 信息隐藏有机地相结合 可进一步提高信息的安全性 1 3 研究内容 数字图像比声音 文字等

14、蕴涵更多的信息 因而在多媒体信息中占有举足 轻重的地位 数字图像信息安全是多媒体信息安全的重要组成部分 因此本文以 数字图像为基础 研究数字图像信息安全技术 图像信息安全技术包括图像加密 和图像认证等 2 关键技术 本课题旨在分析数字图像的结构和特点 对数字图像进行加密和解密 即 利用一定的算法对一副图像进行加密以达到不暴露原始图像的目的 然后进行解 密以达到恢复原始图像的目的 同时 为了鉴别出图像是否被篡改 要求满足图 像认证的要求 认证的目的是检测对图像数据的修改 以确定载体信息的完整性 和真实性 可用易碎水印和报文摘要来实现图像认证 虽然只用报文摘要也能达 到图像认证的目的 这种方法认证

15、的精确度比较高 但是在传输过程中难免会受 到噪声等的干扰 故使用报文摘要可能会达不到预期的目的 同时 因为数字水 印也有图像认证的功能 因此 本系统采用报文摘要结合易碎水印来实现该目的 2 1 报文摘要技术 在信息的安全领域中 对付被动攻击的重要措施是加密 而对付主动攻击中 的篡改和伪造和则要用报文鉴别的方法 报文鉴别是这样一种过程 它使得通信 的接收方能够验证所收到的报文的真伪 近年来 广泛使用报文摘要 MD 进行报文鉴别 发送端将可变长度的报文 m 经过报文摘要算法后得出固定长度的报文摘要 H m 然后对 H m 进行加密 得 出 EK H m 并将其追加在报文 m 后面发送出去 接收端将

16、 EK H m 解密还 原为 H m 再将收到的报文进行摘要运算 得出的是否为此 H m 如不一样 则可断定收到的报文不是发送端发送的 报文摘要是多对一的单向散列函数的例子 要做到不可伪造 报文摘要算法 必须满足以下两个条件 1 任给一个报文摘要值 x 若想得到一个报文 y 使得 H y x 则在计算 上是不可行的 2 若想找到任意两个报文 x 和 y 使得 H x H y 则在计算上是不可行 的 上述的两个条件表明 若 m H m 是发送者产生的报文和报文摘要对 则 攻击者不可能伪造出另一个报文 y 使得 y 与 x 具有同样的报文摘要 发送者可 以对进行数字签名 使报文成为可检验的和不可抵赖的 2 2 1 1 单向散列函数 要设计一个接收任意长度输入的函数特别是单向散列函数是很困难的事 在 实际中 单向散列函数建立在压缩函数的想法上 给定一长度为 m 的输入 单向 函数输出长为 n 的散列值 压缩函数的输入是消息分组和文本前一分组的输出 输出是到该点的所有分组的散列 即分组的散列为 i M 公式 2 1 1 iii hMfH 该散列值和下一轮消息分组一起 作为压缩函数下一轮的输入