我們都知道密碼技術(shù)是保障信息安全的核心技術(shù)。我們通過對計算機中彩色圖像顏色三維屬性的研究，提出了一種完全區(qū)別于傳統(tǒng)密碼技術(shù)的新的密碼技術(shù)一彩色圖像信息融容密碼技術(shù)，并對該技術(shù)的實現(xiàn)原理、實現(xiàn)方法、技術(shù)創(chuàng)新進行了概括性的介紹。

一、彩色圖像信息融容密碼技術(shù)實現(xiàn)原理

彩色圖像信息融容密碼技術(shù)是根據(jù)色度學(xué)理論，將待傳輸或存儲的彩色圖像原文和用于加密或解密的彩色圖像密鑰，在RGB顏色空間和XYZ顏色空間中進行線性和非線性的定量變換，使顏色信息得以融容，形成外觀無序內(nèi)在有序的顏色組合，竊密者盡可觀之，不可知之。

在計算機系統(tǒng)中，彩色圖像中每一像素的顏色三刺激值通常用標準的紅綠蘭RGB值表示。R代表顏色的紅基色分量，G代表綠基色分量，B代表蘭基色分量，通常稱之為RGB顏色空間。計算機RGB三個通道中的每一通道通常分為28即256個等級，因此，三個通道可組合成224即16.7兆種顏色。每組RGB值，在顏色空間中代表一個顏色；反之，顏色空間中的任何一個顏色，會有一組確定的RGB值與其對應(yīng)。計算機系統(tǒng)中的顏色RGB值均為正值，不包括那些含有負值分量的顏色。

由于RGB顏色空間是與設(shè)備有關(guān)的顏色空間，有很多的不足，因此，國際照明委員會CIE建立了CIE 1931XYZ顏色空間，顏色用三刺激值XYZ表示。每一顏色有確定的XYZ值，在圖1、圖2中有確定的位置。

RGB顏色空間和XYZ顏色空間可以用下式進行彼此之間三刺激值的轉(zhuǎn)換：

當(dāng)然，上式可用矩陣形式表示，并可用逆矩陣形式表示XYZ向RGB的轉(zhuǎn)換。其中矩陣的九個系數(shù)可以根據(jù)色度學(xué)知識進行標定。

明文彩色圖像中某個像素的三刺激值為RiGiBi和XiYiZi，密鑰彩色圖像對應(yīng)像素的三刺激值為RjGjBj和XjYjZjo根據(jù)色度學(xué)理論，在CIE顏色立體中，選擇一種數(shù)學(xué)函數(shù)或數(shù)學(xué)處理方法，確定色度點XiYiZi和XjYjZj轉(zhuǎn)換對應(yīng)的色度點XmYmZm，并根據(jù)(1)式的逆矩陣確定出密文該像素的RmGmBmo對每一像素作不同的數(shù)學(xué)變換，獲得整個彩色圖像明文的加密密文彩色圖像。

解密是加密的逆處理，也就是說，在色立體中，色度點XiYiZi和XjYjZj與XmYmZm是確定的一組，利用加密時使用的數(shù)學(xué)函數(shù)的逆變換，必然得到惟一的解XiYiZi，從而得到原始明文RiGiBi。

彩色圖像信息融容密碼技術(shù)，通過顏色的三維屬性進行編碼演算，在浩瀚的顏色空間中映射變換；從密鑰來說，它不是多少位的碼，而是一幅彩色圖像。圖像中每個像素的色度值均與加密和解密相關(guān)，按目前8bit圖像板來說，每個像素可有16.7M種可能色度值，而每幅彩色圖像的像素點可以很多，所有可能組合的色度值總數(shù)已很難用數(shù)字表達。因此，密鑰長度之大，令密碼破譯者用窮舉攻擊法難以完成。

二、彩色圖像信息融容密碼技術(shù)

1、彩色圖像信息融容密碼技術(shù)明文表觀

本課題所研究的彩色圖像信息融容密碼技術(shù)，目前有兩種形式的加密明文表觀結(jié)果，簡稱為顯密型和隱密型：

(1)顯密型：加密后的密文顯現(xiàn)為一幅亂碼圖，即使被人截獲，知道可能有秘密，但不知如何解密。

(2)隱密型：此種加密后的密文圖顯現(xiàn)為一幅正常的彩色圖像，與密鑰圖像相近似，外觀不易被人發(fā)覺加密，可以避開截查和懷疑，比較隱蔽。

無論是顯密型還是隱密型，其保密性相同。彩色圖像信息融容密碼術(shù)除密鑰手段外，還可將部分技術(shù)固化成硬件，增加一層保密手段；另外，在加密、解密算法軟件和密鑰中又可分別設(shè)置密碼，再度提高保密性，做到萬無一失。

2、加密算法

密碼算法是實現(xiàn)密碼對信息進行“明”“密”變換的一種特定的規(guī)則，不同的密碼算法有不同的變換規(guī)則。密碼算法對密碼系統(tǒng)的安全性有著至關(guān)重要的意義。衡量密碼算法的優(yōu)劣采用的是密碼強度的概念。密碼強度不高的密碼算法極易被對方分析攻破，導(dǎo)致密碼系統(tǒng)失靈或被對方利用。對高強度的密碼算法，目前國內(nèi)外普遍采用數(shù)理邏輯的方法，這些方法許多都是數(shù)學(xué)中研究的課題，屬于計算方法問題。而本課題提出的彩色圖像信息融容密碼技術(shù)研究采用顏色空間色度變換的多樣性、顏色映射關(guān)系的惟一性，將彩色圖像信息容融或調(diào)制，具體的密碼算法理論相對簡單，但是變換組合難以猜測。

密鑰是秘密信息的鑰匙，掌握了密鑰就可以獲得保密的信息。在密碼系統(tǒng)中，密鑰的生成、使用和管理至關(guān)重要。彩色圖像信息融容密碼技術(shù)研究選擇彩色圖像作為密鑰，每一像素的色度參數(shù)參與“運算”，使明文彩色圖像變換成視覺上無序的亂碼彩色圖，實際上卻是有章可循的定量色度點映射。將每一像素控制成單體密鑰，并與像素的圖像坐標再相關(guān)聯(lián)，使得密鑰不能攻破。

目前基于密鑰的算法通常分對稱算法和公開密鑰的非對稱算法兩大類。彩色圖像信息融容密碼術(shù)課題對這兩種算法分別進行了研究，并得以很好的實現(xiàn)。在單體個人對應(yīng)信息傳遞時，可采用相同的彩色密碼圖進行加密和解密；在群體之間進行安全信息通信時，可采用公開的彩色圖像密鑰加密，接收者可分別利用自己的彩色圖像私鑰解密，獲得信息，私鑰和公鑰是由密碼算法生成的惟一對應(yīng)的一對彩色圖像數(shù)據(jù)，通過私鑰不能推導(dǎo)出對應(yīng)的公鑰，通過公鑰也不能推導(dǎo)出對應(yīng)的私鑰。

3、對隱型加密形式的研究

隱型加密方法具有更大的欺騙性。為了能更好地保密和誤導(dǎo)信息密文的攻擊者，彩色圖像信息融容密碼術(shù)課題對隱型加密形式進行了深入的研究。

由于人眼對于顏色的視覺分辨能力在整個顏色空間中并非恒定，對于一些顏色則需要較大的色差才可區(qū)分，而大多數(shù)彩色圖像標準規(guī)定的顏色等級比人類眼睛能夠察覺到的要多得多。利用視覺的這些特點，則可以將秘密信息隱藏在其他任何普通不被懷疑的彩色圖像中，并在接受端予以剝離。這種隱藏術(shù)其實很簡單，但是，為了能夠使隱型加密方法也具有認證功能，彩色圖像信息融容密碼技術(shù)課題對隱藏過程中因人眼視覺分辨的色差差額圖像進行了再度加密，并在接受端重新融合，提高彩色圖像信息壓縮與圖像解密還原質(zhì)量，實現(xiàn)解密密文與原始明文的一致。因此，新的隱型加密方法，既愚弄不了普通人，也不能騙過那些為特定的信息而有目的地掃描網(wǎng)絡(luò)的大型計算機。

三、彩色圖像信息融容密碼技術(shù)的實現(xiàn)

本課題利用VC語言編制了加密程序和相應(yīng)的解密程序，并對程序進行了編譯，使用可執(zhí)行程序中顯示的要求，輸入相關(guān)的圖像或數(shù)據(jù)，即可完成安全信息的加解密，實現(xiàn)密文的傳輸、存儲或解讀。

目前彩色圖像的圖像格式有很多種，例如，BMP、JPEG、PCX、TIFF和PNG等格式。由于BMP格式的彩色圖像質(zhì)量較好、圖像采集存儲相對來說不難，特別是BMP圖像即位圖使用的非常廣泛，在很多圖像處理軟件中均有其存在。因此，本項目以編制BMP彩色圖像密碼術(shù)為主，其他格式的圖像可以方便地通過已有的圖像處理軟件進行相互轉(zhuǎn)換，得以加密和解密，實現(xiàn)信息的安全傳輸和存儲。

加密和解密的實現(xiàn)框圖如圖3所示。

至于彩色圖像密鑰，可以由信息傳遞雙方約定隨時生成，也可以建立彩色圖像密鑰庫。私鑰彩色圖像也是由編制的計算機軟件生成，每個私鑰均可由不同的運算形式產(chǎn)生，因此，密鑰的靈活性更確保了信息傳輸?shù)陌踩?。公鑰可以使用任何彩色圖像，甚至包括從網(wǎng)絡(luò)上下載的彩色圖像：只要下載的圖像相同即可。

利用VC語言編制彩色圖像信息融容密碼術(shù)計算機加密解密程序，并由秘密明文發(fā)送方和接受方分別持有加密程序和解密程序。這些程序已經(jīng)經(jīng)過編譯，形成可執(zhí)行程序，應(yīng)該具有一定的反編譯能力，在編制程序時已經(jīng)考慮到，即使當(dāng)竊密方破譯了加解密程序，也只能了解了彩色圖像信息融容密碼術(shù)的算法，但對我們的信息安全傳輸和存儲無任何妨礙。

四、彩色圖像信息融容密碼技術(shù)的特點及創(chuàng)新之處

本加密技術(shù)的創(chuàng)新之處在于利用色度學(xué)的理論對彩色圖像進行加密解密。它與目前廣泛應(yīng)用的加密技術(shù)相比，彩色圖像融容密碼技術(shù)具有如下特點。

(1)加密解密速度快

以當(dāng)前計算機的處理速度，對1G大小的圖像進行加密或解密僅需要1秒的時間。隨著計算機的發(fā)展，本密碼技術(shù)產(chǎn)品的加密和解密速度會更快，甚至相當(dāng)于實時化處理，有利于保密信息的及時傳遞。

(2)加密算法理論簡單

它是利用色度學(xué)的理論，在顏色空間中進行線性和非線性的定量變換，使顏色信息得以融容。算法簡單，但保密性強。

(3)保密性強

基于顏色的三維屬性對文本、圖像進行加密，從密鑰來說，是一幅彩色圖像，圖像中的每個像素的色度值均參與加密和解密，按目前8bit圖像板計算，每個像素有16.7兆種可能的色度值，而每幅彩色圖像的像素是如此之多，所有可能組合的色度·值總數(shù)已很難用數(shù)字表達。因此，令密碼破譯者即使用最好的計算機也無法用窮舉攻擊法破解。

(4)公鑰私鑰、對稱非對稱兼顧

加密解密過程均可運用公鑰方法和私鑰方法、運用對稱算法或非對稱算法，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的要求，可靈活方便地選擇相應(yīng)的方法。

(5)具有價格競爭優(yōu)勢

目前國際上已有密碼技術(shù)產(chǎn)品銷售和應(yīng)用，但多為情報和軍事服務(wù)，價格不菲。本密碼技術(shù)產(chǎn)品的成本相對較低，只需簡單的軟件即可實現(xiàn)加密和解密，不需要昂貴的硬件支持。

彩色圖像信息融容密碼技術(shù)產(chǎn)品可應(yīng)用于信息安全的各個領(lǐng)域，特別是可以方便地用于個人網(wǎng)絡(luò)通訊、個人保密資料，適用范圍廣泛。本方法的密鑰可長時間周期變換或一密一換，均方便快捷。本密碼技術(shù)可以在人群集團內(nèi)使用，并能做到任何二人間的密文不被集團內(nèi)的第三人破解。該技術(shù)加密速度快、保密性強、實現(xiàn)簡單，具有廣泛的市場推廣價值。

admin

收藏 海報分享