CN104348611B - 融文件于图像的伪装加密方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种融文件于图像的伪装加密方法，其先后包括：给未处理的调色板图像的每个颜色分配0或1的值，然后将秘密信息随机嵌入给未处理的调色板图像中得处理后的调色板图像，完成伪装加密。本发明通过图像伪装算法和随机加密算法提高了图像隐藏信息的伪装性，稳定性及信息的安全性。

Description

融文件于图像的伪装加密方法

【技术领域】

本发明涉及加密方法，具体涉及融文件于图像的伪装加密方法。

【背景技术】

当今，随着计算机和Internet的迅速发展和日益普及，数据的保密越显重要，对数据的保密方式可以通过加密算法来实现，也可以通过数据的隐写或伪装来实现。

出于信息保密的目的，在信息传输或存储中，采用密码技术对需要保密的信息进行处理，使得处理后的信息不能被非授权者(含非法者)读懂或解读，这一过程称为加密。在加密处理过程中，需要保密的信息称为“明文”，经加密处理后的信息称为“密文”。加密即是将“明文”变为“密文”的过程；与此类似，将“密文”变为“明文”的过程被称为解密。

反馈移位寄存器生成序列的原理：一个反馈移位寄存器由移位寄存器和反馈函数两部分组成，其中移位寄存器是个位序列。如图1所示，对于n位移位寄存器，每次需要一位，n位移位寄存器中所有位右移一位，新的最左端的位则根据n位移位寄存器中的其它位通过反馈函数计算获得，移位寄存器输出的一个位一般是最低有效位。

线性反馈移位寄存器(LFSR)是一种最简单的反馈移位寄存器，其反馈函数是寄存器中某些位的简单异或，所述某些位也称之为抽头序列。使用一定抽头序列可以让一个n位的LFSR能够在重复之前产生2ⁿ-1位长的伪随机序列，这个输出的序列就称之为m序列，共有2ⁿ-1个不同的内部状态序列。

如图2所示，4位线性反馈移位寄存器，其抽头的位置设为第1和第4位，(即抽头序列为14)若设其初值为1111，则在重复之前能够产生共15种内部状态序列，因此其周期为2⁴-1。15种内部状态序列为：(1)1111，(2)0111(由初值1111右移一位，最左端位的0为b1与b4异或值，下列的各状态序列类推)，(3)1011，(4)0101，(5)1010，(6)1101，(7)0110，(8)0011，(9)1001，(10)0100，(11)0010，(12)0001，(13)1000，(14)1100，(15)1110。

颜色距离：位图图像是由像素构成的，每一像素对应一个向量，此向量表示该像素的颜色；设颜色c1＝(r1，g1，b1)，c2＝(r2，g2，b2)，定义两种颜色之间的距离d，如式(1.1)表示；

其中，r1、g1、b1、r2、g2、b2表示颜色分量；距离d可以用来衡量两种颜色在视觉上的差异，d的值越小，表示两种颜色的亮度和视觉差异就越小，反之则越大。

位图文件的结构：BMP图像文件是位图文件，位图是指将整幅图像分割成栅格，栅格的每一点称为像素，即一幅图像是由一系列像素点构成的点阵；bmp文件大体上分成四个部分，如表1所示。

表1

最佳奇偶分配(optimum parity assignment，OPA)原理：将位图调色板中的颜色划分为两个子集，不同子集分别表征不同的比特，在伪装过程中，与某一颜色距离最小的另一颜色必然属于不同的子集，也就是说，当像素的原始颜色代表的信息与欲嵌入的信息不同时，只需将原始颜色改为与之最接近的颜色即可。因此，这种密写引起的失真很小，这种划分子集的方法被称为“最佳”的。

调色板图像是在Internet上常见的图像形式，因此，在调色板图像中的密写有重要的实际意义。调色板图像的像素灰度值并不直接表示颜色分量，而是代表调色板中某一颜色的索引号。因此，利用调色板图像进行密写具有不同于灰度图像或真彩色图像的独特之处。在普通彩色图像中，每一个像素由24比特构成，R.G.B各占8个比特，可能的颜色共有2²⁴种；而一幅实际彩色图像中出现的颜色数目往往远小于这个值。为了便于在网络上传输，调色板图像往往用很少的颜色种类(如256色)表现可接受的彩色视觉效果。在调色板图像中，为每一种出现的颜色分配一个索引值，每个像素便对应一个颜色索引值。如果一幅调色板图像中仅出现256种颜色，那么一个颜色索引号只需8比特表示，这样一来，存储图像所需的空间便大大减小。

【发明内容】

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种融文件于图像的伪装加密方法，提高了图像隐藏信息的伪装性、随机性和信息的安全性。

上述技术问题通过以下技术方案实现：

一种融文件于图像的伪装加密方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)计算未处理的调色板图像(即要被嵌入保密信息的图像)中每两个不同颜色之间的距离d_ij＝|c_i-c_j|，其中，c_i和c_j表示不同的颜色；i、j＝0，1，2…，255；i≠j；|·|表示取欧几里得范数，即如式(1.1)对三个分量之差的平方和开根号；

2)将所有的距离d_ij按从小到大的顺序排列，相同大小的d_ij之间的顺序可以随意定；

3)设初始颜色集合C为空集，初始表征集合P_xy(x＝0，1，2…255；y＝0，1)为空集，其中，P_x0用来记录与对应的位图调色板索引号颜色最近的颜色索引号，P_x1用来记录与对应的位图调色板索引号颜色的奇偶表征值；按顺序往下依次选择每一个d_ij做以下处理：如果c_i和c_j都不属于C，则令P_i1＝0和P_j1＝1；如果且c_j∈C，令P_i1＝1-P_j1；若c_i∈C且则令P_j1＝1-P_i1，再P_i0＝j，P_j0＝i；更新C＝C∪{c_i}∪{c_j}；

经过步骤3)后，每一个颜色c_k(k＝0，1，2…，255)都有一个为0或1的值P_k1，集合C包含所有的颜色；

4)嵌入秘密信息：首先按先后次序地将所需保密的文件的每一比特用不重复的伪随机游走的方式与所述未处理的调色板图像中的一个像素建立对应关系，按对应关系做以下处理：如果像素颜色对应的P_x1值和欲嵌入的比特相同，就不作改动；如果不同，则将该像素的颜色的索引号改为P_x0，即把该像素的颜色改变为与其最接近的颜色；得出处理后的调色板图像；

5)提取秘密信息时，先参考步骤1)步骤3)计算出处理后的调色板图像的Pxy，然后用相同的所述伪随机游走方式与处理后的调色板图像中的像素建立对应关系，然后取出对应像素的P_x1值。

所述不重复的伪随机游走，采用线性反馈移位寄存器来实现，具体为：通过第一线性反馈移位寄存器LFSR_1产生所有的行号；对应产生的每一个行号，由第二线性反馈移位寄存器LFSR_2产生所有的列号来确定嵌入信息的位置。

在每一行中，第二线性反馈移位寄存器LFSR_2的抽头序列都不同。

由上述技术方案可见，本发明通过图像伪装算法和随机加密算法提高了图像隐藏信息的伪装性，稳定性及信息的安全性。

【附图说明】

图1为线性反馈移位寄存器的应用示意图；

图2为4位线性反馈移位寄存器的应用示意图；

图3为不重复的伪随机游走的具体实施示意图；

图4为未处理的8位伪彩图；

图5为通过本发明对图4进行嵌入加密信息后的图片。

【具体实施方式】

本发明提供的融文件于图像的伪装加密方法，具体包括以下步骤：

1)计算未处理的调色板图像(即要被嵌入保密信息的图像)中每两个不同颜色之间的距离d_ij＝|_ci-c_j|，其中，c_i和c_j表示不同的颜色；i、j＝0，1，2…，255；i≠j；|·|表示取欧几里得范数，即如式(1.1)对三个分量之差的平方和开根号；

2)将所有的距离d_ij按从小到大的顺序排列，相同大小的d_ij之间的顺序可以随意定；

3)设初始颜色集合C为空集，初始表征集合P_xy(x＝0，1，2…255；y＝0，1)为空集，其中，P_x0用来记录与对应的位图调色板索引号颜色最近的颜色索引号，P_x1用来记录与对应的位图调色板索引号颜色的奇偶表征值；按顺序往下依次选择每一个d_ij做以下处理：如果c_i和c_j都不属于C，则令P_i1＝0和P_j1＝1；如果且c_j∈C，令P_i1＝1-P_j1；若c_i∈C且则令P_j1＝1-P_i1，再P_i0＝j，P_j0＝i；更新C＝C∪{c_i}∪{c_j}；

经过步骤3)后，每一个颜色c_k(k＝0，1，2…，255)都有一个为0或1的值P_k1，集合C包含所有的颜色；

4)嵌入秘密信息：首先按先后次序地将所需保密的的每一比特用不重复的伪随机游走的方式与所述未处理的调色板图像中的一个像素建立对应关系，按对应关系做以下处理：如果像素颜色对应的P_x1值和欲嵌入的比特相同，就不作改动；如果不同，则将该像素的颜色的索引号改为P_x0，即把该像素的颜色改变为与其最接近的颜色；得出处理后的调色板图像；由此可见，对像素最大的改动也只是调整到最相近的颜色上，未处理的调色板图像与处理后的调色板图像之间的差异就比较小，可以保证很好的隐蔽性；

5)提取秘密信息时，先参考步骤1)-步骤3)计算出处理后的调色板图像的P_xy，(即将对未处理的调色板图像处理的步骤1)-步骤3)来处理“处理后的调色板图像”)然后用相同的所述伪随机游走方式与处理后的调色板图像中的像素建立对应关系，然后取出对应像素的P_x1值。

如图3所示，所述不重复的伪随机游走，采用线性反馈移位寄存器来实现，具体为：通过第一线性反馈移位寄存器LFSR_1产生所有的行号(即采用第一线性反馈移位寄存器LFSR_1确定行的处理顺序)；对应产生的每一个行号，由第二线性反馈移位寄存器LFSR_2产生所有的列号(即采用第二线性反馈移位寄存器LFSR_1确定每一行中列的处理顺序)来确定嵌入信息的位置；在每一行中，第二线性反馈移位寄存器LFSR_2的抽头序列都不同，以确保每一行中的列顺序都是不同的，提高了嵌入数据的离散性或是随机性更好，从而提高加密的强度。以256×256图片为例，每个像素都嵌入信息，第一线性反馈移位寄存器需要8个比特进行初始化，在每一行中进行信息载入时第二线性反馈移位寄存器需要8个比特进行初始化，由于共256行，因此，总共需要8+256×8个比特进行LFSR初始化。

如图4和图5所示，经过测试证明，使用以上伪装加密算法处理过的彩图(密写率为97.7％)与原图像相比几乎没有视觉影响。

本发明不局限于上述实施例，基于上述实施例的、未做出创造性劳动的简单替换，应当属于本发明揭露的范围。

Claims (2)

1.一种融文件于图像的伪装加密方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)计算未处理的调色板图像(即要被嵌入保密信息的图像)中每两个不同颜色之间的距离d_ij＝|c_i-c_j|，其中，c_i和c_j表示不同的颜色；i、j＝0,1,2…，255；i≠j；|·|表示取欧几里得范数；

2)将所有的距离d_ij按从小到大的顺序排列，相同大小的d_ij之间的顺序可以随意定；

3)设初始颜色集合C为空集，初始表征集合P_xy 为空集，其中，P_x0用来记录与对应的位图调色板索引号颜色最近的颜色索引号，P_x1用来记录与对应的位图调色板索引号颜色的奇偶表征值；按顺序往下依次选择每一个d_ij做以下处理：如果c_i和c_j都不属于C，则令P_i1＝0和P_j1＝1；如果且c_j∈C，令P_i1＝1-P_j1；若c_i∈C且则令P_j1＝1-P_i1,再P_i0＝j,P_j0＝i；更新C＝C∪{c_i}∪{c_j}；

经过步骤3)后，每一个颜色c_k 都有一个为0或1的值P_k1,集合C包含所有的颜色；

4)嵌入秘密信息：首先按先后次序地将所需保密的文件的每一比特用不重复的伪随机游走的方式与所述未处理的调色板图像中的一个像素建立对应关系，按对应关系做以下处理：如果像素颜色对应的P_x1值和欲嵌入的比特相同，就不作改动；如果不同，则将该像素的颜色的索引号改为P_x0,即把该像素的颜色改变为与其最接近的颜色；得出处理后的调色板图像；所述不重复的伪随机游走，采用线性反馈移位寄存器来实现，具体为：通过第一线性反馈移位寄存器LFSR_1产生所有的行号；对应产生的每一个行号，由第二线性反馈移位寄存器LFSR_2产生所有的列号来确定嵌入信息的位置；在每一行中，第二线性反馈移位寄存器LFSR_2的抽头序列都不同；

5)提取秘密信息时，先参考步骤1)-步骤3)计算出处理后的调色板图像的P_xy,然后用相同的所述伪随机游走方式与处理后的调色板图像中的像素建立对应关系，然后取出对应像素的P_x1值。

2.根据权利要求1所述的融文件于图像的伪装加密方法，其特征在于，所述初始表征集合P_xy中的x取值范围为：x＝0,1,2,…,255；y取值范围为：y＝0,1；所述颜色c_k中的k取值范围为：k＝0,1,2,…,255。