隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別是互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，信息安全問(wèn)題已引起人們的極大關(guān)注。密碼是保障信息安全的核心技術(shù)，是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)信息保護(hù)和安全認(rèn)證的有效手段，在解決網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的身份認(rèn)證、安全接入以及信息的保密性、完整性和不可否認(rèn)性等方面發(fā)揮著特殊的不可替代的作用，有效地使用密碼技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)控制的關(guān)鍵。目前加密技術(shù)研究與應(yīng)用已經(jīng)由政府、軍事、外交等領(lǐng)域逐步走向社會(huì)，深入到經(jīng)濟(jì)、金融、商務(wù)、科技、文化、甚至個(gè)人領(lǐng)域，應(yīng)用不斷擴(kuò)大電子商務(wù)、電子政務(wù)、網(wǎng)絡(luò)通訊、金融保險(xiǎn)、防偽識(shí)別、個(gè)人隱私等等都需要可靠的密碼技術(shù)，公安軍事、情報(bào)部門(mén)當(dāng)然也期待著更實(shí)用、保險(xiǎn)的加密和解密技術(shù)。

一、彩色光譜三維屬性加密技術(shù)的關(guān)鍵

加密算法是用于加密和解密的數(shù)學(xué)函數(shù)（通常情況下有兩個(gè)相關(guān)的函數(shù)一個(gè)用作加密，一個(gè)用作解密）。如果算法的保密性是基于保持算法的秘密，這種算法稱(chēng)為受限制的算法，這樣的算法具有歷史意義，但按現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)，它們的保密性已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。大的或經(jīng)常變換的用戶(hù)組織不能使用它們，因?yàn)槿绻幸粋€(gè)用戶(hù)離開(kāi)這個(gè)組織，其他的用戶(hù)就必須改換另外不同的算法。如果有人無(wú)意暴露了這個(gè)秘密，所有人都必須改變他們的算法。另外，受限制的密碼算法不可能進(jìn)行質(zhì)量控制和標(biāo)準(zhǔn)化。每個(gè)用戶(hù)組織必須有他們自己的唯一算法。這樣的組織不可能采用流行的硬件或軟件產(chǎn)品，因?yàn)楦`密者可以買(mǎi)到這些流行產(chǎn)品并學(xué)習(xí)算法。于是用戶(hù)不得不自己編寫(xiě)算法并予以實(shí)現(xiàn)，如果這個(gè)組織中沒(méi)有好的密碼學(xué)專(zhuān)家，那么他們就無(wú)法知道他們是否擁有安全的算法。

為了能夠獲得安全的密碼算法和密鑰，彩色圖像信息加密技術(shù)則是根據(jù)色度學(xué)理論，將待傳輸或存儲(chǔ)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顏色空間間進(jìn)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(wú)序內(nèi)在有序的顏色組合，竊密者盡可觀之，不可知之。

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，彩色圖像中每一像素的顏色三刺激值通常用標(biāo)準(zhǔn)的紅綠藍(lán)RGB值表示。R-顏的紅基色分且；G-綠基色分量；B-藍(lán)基色分量，通常稱(chēng)之為RGB顏色空間。計(jì)算機(jī)RGB三個(gè)通道中的每一通道通常分為28即256個(gè)等級(jí)，因此，三個(gè)通道可組合成224即167兆種顏色。每組RGB值，在顏色空間中代表一個(gè)顏色；反之，顏色空間中的任何一個(gè)顏色，會(huì)有一組確定的RGB值與其對(duì)應(yīng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的顏色RGB值均為正值，不包括那些合有負(fù)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(guó)際照明委員會(huì)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，有確定的位置。

RGB顏色空間和XYZ顏色空間可以用下式進(jìn)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9個(gè)系數(shù)可以根據(jù)色度學(xué)知識(shí)進(jìn)行標(biāo)定。

明文彩色圖像中某個(gè)像素的三刺激值為RiGiBi和XiYiZi，密鑰彩色圖像對(duì)應(yīng)像素的三刺激值為RjGjBj和XjYjZj。根據(jù)色度學(xué)理論，在CIE色立體中，選擇—種數(shù)學(xué)函數(shù)或數(shù)學(xué)處理方法，確定色度點(diǎn)XiYiZi和XjYjZj。轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)的色度點(diǎn)XmYmZm，并根據(jù)(1)式的逆矩陣確定出密文該像素能RmGmBm對(duì)每一像素作不同的數(shù)學(xué)變換，獲得整個(gè)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(shuō)，在色立體中，色度點(diǎn)XiYiZi和XjYjZj與XmYmZm是確定的一組，利用加密時(shí)使用的數(shù)學(xué)函數(shù)的逆變換，必然得到唯一的解XiYiZi，從而得到原始明文RiGiBi。

如果是隱型對(duì)稱(chēng)算法加密，則流程如下：分別為明文、密鑰、密文和原始明文。

二、彩色光譜三維屬性加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)

彩色圖像信息融容密碼術(shù)課題是一種密碼軟件項(xiàng)目，因此，編寫(xiě)計(jì)算機(jī)加密解密軟件和建立密鑰彩色圖像是本研究最重要的工作。彩色圖像的圖像格式有很多種，例如，BMP、JPEG、PCX、TJFF和PNG等等格式。由于BMP格式的彩色圖像質(zhì)量較好、圖像采集存儲(chǔ)相對(duì)來(lái)說(shuō)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(xiàng)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(guò)已有的圖像處理軟件進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，得以加密和解密，實(shí)現(xiàn)信息的安全傳輸和存儲(chǔ)。

加密和解密的軟件框架圖簡(jiǎn)介如圖1。

至于彩色圖像密鑰，可以由信息傳遞雙方約定隨時(shí)生成，也可以建立彩色圖像密鑰庫(kù)。私鑰彩色圖像也是由編制的計(jì)算機(jī)軟件生成，每個(gè)私鑰均可由不同的運(yùn)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。

三、彩色光譜三維屬性加密技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

根據(jù)色度學(xué)理論對(duì)彩色圖像進(jìn)行處理，我們已取得很多研究成果。這些處理方法和技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)彩色圖像每一像素的顏色進(jìn)行定量的控制和變換。無(wú)論是失真彩色還原矯正復(fù)現(xiàn)，還是假彩色增強(qiáng)處理識(shí)別，均能做到顏色的定量描述，并在此基礎(chǔ)上，發(fā)展出彩色圖像信息融容密碼術(shù)。

1、加解密實(shí)時(shí)性

對(duì)1兆大小的彩色圖像進(jìn)行加密或解密僅需IS左右的時(shí)間。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展，本密碼技術(shù)產(chǎn)品的加密和解密速度可以繼續(xù)提高，甚至相當(dāng)于實(shí)時(shí)化處理，有利于
保密信息的及時(shí)傳遞。

2、算法理論簡(jiǎn)單

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

3、保密性強(qiáng)

基于顏色的三維屬性對(duì)文本、圖像文件加密，從密鑰來(lái)說(shuō)，是一幅彩色圖像，圖像中的每個(gè)像素的色度值均參與加密和解密，按目前8bit圖像板計(jì)算，每個(gè)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(dá)。因此，令密碼破譯者即使用最好的計(jì)算機(jī)也無(wú)法用窮舉攻擊法破解。

4、公鑰私鑰、對(duì)稱(chēng)、非對(duì)稱(chēng)兼顧

加密解密過(guò)程均可運(yùn)用公鑰方法和私鑰方法、運(yùn)用對(duì)稱(chēng)算注或非對(duì)稱(chēng)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、隱型顯型兼顧

顯型加密方法可使竊密者誤解；避免對(duì)密文的篡改和破壞。

6、具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

目前國(guó)際上已有加密技術(shù)產(chǎn)品銷(xiāo)售和應(yīng)用，但多為情報(bào)和軍事服務(wù)，價(jià)格不菲。本加密技術(shù)產(chǎn)品的成本相對(duì)較低，只需簡(jiǎn)單的軟件，一張光盤(pán)或軟盤(pán)即可實(shí)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術(shù)研究，目前屬于對(duì)稱(chēng)加密技術(shù)，即加密和解密密鑰相同，將來(lái)根據(jù)需要可發(fā)展成公開(kāi)密鑰密碼技術(shù)。無(wú)論從算法，還是從密鑰來(lái)說(shuō)，彩色圖像融容密碼術(shù)完全區(qū)別于傳統(tǒng)密碼技術(shù)，并不需要復(fù)雜的數(shù)論方法，卻可實(shí)現(xiàn)對(duì)黑白或彩色文本、圖像的加密和解密，是—前新型的密碼技術(shù)。它的特點(diǎn)可以使它具有良好的應(yīng)用前景，一旦形成產(chǎn)品，將在信息安全傳輸存儲(chǔ)等方面發(fā)揮作用。

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