一种基于LSB序列的数字图像隐藏处理技术

杨全海

（陕西职业技术学院 计算机科学系，陕西 西安710100）

一种基于LSB序列的数字图像隐藏处理技术

杨全海

（陕西职业技术学院 计算机科学系，陕西 西安710100）

随着计算机技术与密码学的发展，一般的加密方式越来越容易遭到破解。根据人眼对色彩的敏感度感知公式I＝0.3R+0.59G+0.11B，可知人眼对颜色敏感度依次为绿红蓝，文中采用最低有效位算法，结合DES加密，用需要加密的信息对24位图片RGB的最低位进行置换，实现了信息在数字图像中的隐藏。信息加密后，数字图像从肉眼上无法区分，可有效避开攻击者的注意力，保障了信息的机密性。

图像处理；信息隐藏；LSB；色彩感知

随着计算机运算能力的提高和密码学的发展，一般的加密信息安全性遭到了巨大挑战。信息隐藏技术受到了人们更多的关注，通过将信息隐藏在平常的载体中来逃避攻击者的注意力，然后在通信中采用附着了加密信息的载体来保障通信的安全性。因此，信息隐藏领域已成为信息安全的焦点。图像作为日常生活和网络中最常见的载体，将机密信息隐藏在数字图像中进行传输可较好地避开攻击者的注意。文中讨论了一种基于LSB序列的图像隐藏技术，根据人眼对色彩的敏感度感知公式I＝0.3R+0.59G+0.11B，可知人眼对颜色敏感度依次为绿红蓝，文中采用最低有效位算法，结合DES加密，用需要加密的信息对24位图片RGB的最低位进行置换，实现了信息在数字图像中的隐藏。在接收方来看，只需通过DES算法的可逆性，并通过密钥便可将隐藏在图片文件中的机密信息提取、还原，实现信息的隐秘传输[1]。

1　算法简介

1.1BMP简介

本算法将信息隐藏在24位BMP图像中，BMP图像是待加密信息的载体。BMP图像文件是位图文件，每一个像素具有自身的RGB值，即一幅图像是由一系列像素点构成的点阵。BMP图像文件格式，是微软公司为其WINDOWS环境设置的标准图像格式。BMP文件包括文件头、位图信息头、颜色信息和图形数据。24位位图的结构描述中没有颜色信息这一部分。

BMP文件头数据结构中标注BMP文件的类型、位图文件大小和位图起始位置信息。其结构定义为：typedef struct tagBITMAPFILEHEADER{}BITMAPFILEHEADER；

BMP位图信息头中标注有用于说明位图的尺寸等信息的数据。其结构定义为typedef struct tagBITMAPINFOHEADER {}BITMAPINFOHEADER；

在24位BMP位图中，位图数据区不在是图片的颜色索引，而直接是图像的像素值。这将大幅简化编程中的数据处理，提高信息隐藏的效率，这点也是本算法采用24位位图的原因[2]。

1.2DES算法简介

DES（Data Encryption Standard），是标准加密算法，采用分组加密的思想，以64位为分组进行加密。DES算法具有对称性：在加密和解密的过程中采用同一个算法。DES算法的密钥长度为56位，第8位作为机构校验位。密钥是可任意时刻改变的任意56位数。DES算法的安全性较高，目前为止的破解方法只有一种：穷举法。假如一台PC的运算能力是一百万次每秒，则其破解一个DES密码的时间是2285年，这足以证明该算法的安全性。

在DES加密中，采用异或、置换、代换、移位等四种运算。以64位明文分组M为例：经过一个初始置换IP后，M置换成m0；将m0明文左右两个32位长的部分，即m0=（L0，R0）。该运算被称为函数f（具体操作将在下一段），f进行16轮。同时，在运算过程中数据与密钥结合。16轮后，经过一个末置换：两个32位长的半部分合在一起，由此便可完成[3]。具体过程如图1所示。

在每一轮f中：密钥进行移位运算，从密钥的56位中选出48位。将每轮产生的数据的右半部32位扩展成48位，与原数据异或成新的32位数据。这四步运算构成了完整的函数f。然后，函数f的输出与左半部分异或后，成为新的右半部分，并将原来的右半部分置为新的左半部分。

图1　DES算法流程图

1.3DES解密

DES算法具有对称性，加密和解密使用相同的算法。若各轮加密密钥分别是K1，K2，K3….K16，则解密密钥就是K16，K15，K14…K1。即在解密时，DES密钥的次序相反。

2　算法实现

2.1LSB算法

在LSB（least significant bit）信息隐藏算法，信息被隐藏在数字图像二进制像素的最后一位。在进行算法时首先将信息转化成二进制，然后将其嵌入到图像的二进制像素的最后一位。这样由于只是图像像素的最低位像素发生了改变，人眼几乎无法分辨。

2.2主要算法流程图及代码

2.2.1嵌入算法流程

1）将原始信息载体化成二进制。

2）用二进制待隐藏信息的每一位比特替换载体图片像素的最低有效位。

3）将加载了秘密信息的图像还原为十进制像素值，显示加密后的图像。

嵌入算法流程图如图2所示[4]。

2.2.2提取算法流程

提取算法流程与嵌入相反，流程图如图3所示。

2.3算法测试

编程完成算法后，在“请输入待隐藏的信息”处输入待隐藏信息，然后输入加密密钥，并选择载体图片。具体的步骤如下：

1）输入的待隐藏信息选择C:Documentsand SettingsUsers picture1.bmp结果，如图4所示。

图2　嵌入算法流程图

图3　提取算法流程图

图4　带隐藏的图像信息

2）加密信息的密钥为“123456789”；

3）选择C:Documents and SettingsUserspicture2.bmp作为载体图片，如图5（a）所示；

4）隐藏信息后的图片保存在C:Documents and Settings Userspicture est.bmp目录下，结果如图5（a）所示。

5）点击“执行信息隐藏”按钮，执行信息隐藏后，就会在指定的路径下 （C:Documents and SettingsAdministrator桌面 est.bmp）生成一张test.bmp图片，结果如图5（b）所示。

图5　未加入加密信息的载体图像和加密后的图像

由图5（a）、（b）对比可看出，加密前后的图像在肉眼上几乎察觉不出任何区别，证实了本算法的实用性与可靠性。在通信端按照图3的提取算法编程后即可提取出加密的信息如图4所示。

3　结束语

文中基于LSB序列提出了数字图像处理隐藏算法，实现了信息在数字图像上的加密。加密后，载体图像在肉眼上无法辨别，可成功避开攻击者的注意力，保证通信的机密性。在算法的设计和实现过程中，体会到了信息安全的重要性，认识到了数字图像处理技术在网络安全领域的应用前景，希望在后续的科研实践中继续深入。

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Digital image hiding processing technology based on LSB sequence

YANG Quan-hai
（Shaanxi Vocational and Technical College of Computer Science，Xi'an 710100，China）

In order to satisfy the requirement of the modern cryptology and information security，a professional logistics Digital image hiding processing technology based on LSB sequence is proposed in this paper.According to the sensitivity of the human eye to color sensitivity，we replace the lowest bit of he RGB of the 24 images realizing the effective hiding of information.After Information encryption，we can not distinguish digital images from the naked eye，protecting the confidentiality of information.

digital image process；LSB；information encryption；RGB

TP311

A

1674－6236（2016）22-0142-03

2015-12-15稿件编号：201512161

杨全海（1974—），男，陕西澄城人，硕士，助教。研究方向：图形图像。