数字图像加密技术及其安全性分析

2020-01-06刘为超

科学技术创新 2020年17期

刘为超

（洛阳师范学院信息技术学院，河南洛阳471934）

在互联网时代中，数字图像已经成为信息传递的主要表现形式之一，普遍的存在于人们的日常生活中，甚至在国家机密中也发挥了很大的作用。因此，对其进行加密是时代发展的必然需求，不仅是为了保护个人信息不被泄露，更是为了维护国家的安全。而对数字图像信息进行加密是网络时代维护个人和国家信息安全的重要手段，同时也是信息隐藏技术未来的发展方向之一。

1 数字图像加密技术概述

1.1 数字图像加密技术的发展历程

数字图像加密技术是由早期密码学理论经过发展形成的。在当今社会中，密码一词并不陌生，人们的银行卡、各个软件、登录网站都会涉及，可以说是在人们生活中普遍存在。密码就是将可懂的明文转换成不可懂明文。现如今，密码已经发展成为一门学科，是一种尖端技术科学。而密码学的发展就是在编码和破译之间不断实践的过程。当代科学技术的发展和应用，使得密码学与数学、语言学、声学、电子学等众多学科紧密相连。在数字图像加密技术的发展中，文字和数码的加密和解密为其提供了理论依据。在经典密码学中，二进制流是其常见类型，而数字图像的效果却未引起过高的高度。由于数字图像具有数据量大、实时性高的特点，与经典密码的加密方法不是很匹配。而计算机图形学对图像安全性的重视度不高，基于这样的环境背景，数字图像加密技术引起了学者的高度重视。

1.2 数字图像加密技术的现状

随着数字图像的应用越来越广泛，受重视程度也越来越高，在世界上也掀起了数字图像加密技术的研究热潮。现如今，国内外的研究机构、公司和大学已经先后开始对其进行深入的研究，在信息安全和密码学的相关期刊上都可以看到关于数字图像加密技术的论文和报告。现阶段，我们所使用的数字图像加密算法都是应用现代密码体制对数字图像文件直接加密，在安全性上现代密码体制可以为其提供保障，因此人们对数字图像加密技术的安全性和保密性还是比较满意的。而在密码学设计中，高度强调非线性变换的引入，如混沌等非线性科学的引入将极大的推动密码学的发展，但是两者之间的完美结合还需要相当一段时间才能够实现。现如今，生物特征识别理论和技术的发展是我们有目共睹的，因此数字图像加密技术也将会有更好的发展。

2 我国数字图像加密技术的应用

现如今，数字图像处理技术无论是在研究上还是在应用上都得到了很好的发展，在加上网路技术的快速普及，为数字图像加密技术的进一步发展提供了有力的条件。人们在日常的生活和工作中，可以直接对数字图像进行保密传输、数字图纸安全传输、自动化办公系统的图像传输。数字图像加密技术在军事方面也得到了广泛的应用，例如：新型武器图、军事资料、军事设计图纸数字图像的传输，都需要进行加密以保障传输过程中的安全性和保密性。但是当今时代对数字图像加密技术的研究更多的是关注其在加密后的隐藏应用上，例如我们将对相关数据信息进行先加密，随后再将加密后的数据信息隐藏在一些载体中，这样当加密后的数据通过不安全网络时也不会被破坏或是破译，这样可以使数据图像的安全和保密得到进一步的保障。因此，加密后的图像再隐藏可以使数字图像加密技术拥有更好的发展前景。

3 数字图像加密技术安全性分析

随着计算机技术的和互联网的快速发展，衍生出了数字图像信息安全的问题。在数字图像加密技术的发展过程中，由于克服了存储方面的困难已经迅速发展成为信息表达方式的主要表现形式。然后，数据图像信息安全性问题也一度成为国际热议的课题。通过对数字图像加密技术的安全性进行研究，主要体现在数字图像信息安全隐藏和伪装的研究上，进行如下的分析：

3.1 数字图像置乱

数字图像置乱分为空间域置乱和频域置乱两种，是指置换数字图像的空间域或对数字图像的变换域参数进行修改，以获取令完全看不懂的杂乱图像作为传输数字图像的表象，用来掩盖真实的数字图像信息，进而对真实的数字图像信息进行保护，提高其在传输过程中的安全性。现如今，随着研究学者不断对其进行深入的研究，相继提出了数字图像变换的新算法，例如：arnold 变换、FASS 曲线、幻方变换、生命模型、混沌置乱等。这些数字图像的新算法已经被广泛的应用到数字图像信息安全处理中，也被是在数字图像的预处理和后处理中，可以很好的掩盖真实的数字图像信息，最大可能为数字图像信息的安全提供保障。

3.2 数字图像信息隐藏

提到数字图像信息隐藏相信大家对其并不陌生，在经典密码学中就存在信息隐藏，而数字图像信息隐藏于其非常类似。其原理都是将公开的图像作为载体，在其中一些视觉不敏感的图像像素中嵌入一些需要隐藏的信息。即先将数字图像信息进行保密，然后再将经过保密处理的数字图像信息隐藏其他图像中，往往都会选择公开的图像中。这主要是因为公开的图像因其自身具有的迷惑性或是对方放松警惕，因此不易被察觉，可以有效的降低对方的注意力，反倒可以减少数字图像信息遭受攻击和破译的机会，因此数字图像信息隐藏也可以在一定程度上保护数字图像加密的安全性。

3.3 数字图像水印技术

数字图像水印技术简称为数字水印，这是一种可以按照某种方式将著作权人身份的信息植入到出版物中的技术，分为鲁棒性的认证水印和脆弱性的认证水印技术。因此数字图像水印技术在图书、期刊、论文的发表中甚至国防军事通信中被广泛的应用，可以有效的解决版权纠纷问题。当发生版权纠纷事件时，为了维护著作权人的权力，可以采用数字图像水印技术对出版物中的身份信息按照相应的算法进行提取，提取之后就会将之前植入数字水印信息显示出来，这样就可以对从版权的归属问题进行验证，以维护出版物著作权人的合法利益，避免出现非法盗版问题。

3.4 数字图像分存

数字图像分存是在数字图像信息隐藏的基础上再对数字图像信息进行分散的技术，因此这一技术不仅可以对数字图像信息进行保密和隐藏，还可以实现对保密的数字图像进行分散存储的目的。这样的数据图像加密技术具有较高的安全性，因为完整的数据信息被分散存储，即使攻击者找到其中一部分或者几部分也无法获取完整的加密数字图像信息。这种加密方法与上述的方法相比，可以说是为攻击者设计双重障碍，在寻找分散的数据信时就会耗费攻击者大量的时间和精力，即使全部找到也还需要继续花费时间和精力对其进行破译。这样看来，数字图像分存时对数字图像信息设置双重保险，不仅提高了攻击者的难度还可以数据图像信息拥有者之间互相牵制，最大限度的保障了信息的保密性和安全性。