数字图像加密与实现
摘要：随着Internet 技术与多媒体技术的飞速发展，数字化信息可以以不同的形式在网络上方便、快捷地传输。多媒体通信逐渐成为人们之间信息交流的重要手段。多媒体信息安全技术的研究主要有两种方法：多媒体信息加密和多媒体信息隐藏技术。信息加密与信息隐藏从不同的角度保证信息的安全，如果我们将信息加密与信息隐藏有机地相结合，可进一步提高信息的安全性。
关键词：计算机；数字图像；加密；实现在分析数字图像的结构和特点，对数字图像进行加密和解密，即：利用一定的算法对一副图像进行加密以达到不暴露原始图像的目的，然后进行解密以达到恢复原始图像的目的。
一、数字图像加密技术1、数字图像加密的原理与通用
模型数字图像加密就是在发送端采用一定的算法作用
于一幅图像明文，使其变成不可识别的密文，达到图
像保密的目的。在接收端采用相应的算法解密，恢复
出原文。其通用算法模型如图1-1 所示：
2、数字图像加密的典型算法目前国内外对数字图像加密的研究主要采用以下几种方法：
（1）基于矩阵变换像素置换的图像加密技术
1）Arnold 变换，俗称猫脸变换.设像素的坐标x，y€ S={0 , 1, 2,…，N-1}，则Arnold 变换为：公式（2-4）
Arnold 变换可以看做是裁剪和拼接的过程。通过这一过程将离散化的数字图像矩阵S中的点重新排列。由于离散数字图像是有限点集，这种反复变换的结果，在开始阶段S中像素点的位置变化会出现相当程度的混乱，但由于动力系统固有的特性，在迭代进行到一定步数时会恢复到原来的位置。
2）按幻方做图像像素置乱变换。这种变换实质上是矩阵的初等变换，并且由于幻方矩阵是一有限维矩阵，经过n 次置换，又会回到原来的位置，因而也可以用（1 ）所述的方法加以破译，固其加密效果也是不好的。但若能把初等矩阵变换转化为某种非线性变换则有可能增强置乱效果，再结合其它的现代密码学的一些成熟的加密算法如DES, RSA等则可以增加算法的保密性[6]。
（2）基于秘密分割与秘密共享的图像加密技术
秘密分割就是把消息分割成许多碎片，每一个碎片本身并不代表什么，但把这些碎片放到一起消息就会重现出来。这种思想用于图像数据的加密上就是在发送端先要把图像数据按某种算法进行分割，并把分割后的图像数据交
给不同的人来保存；而在接收端需要保存秘密的人的共同参与才能恢复出原始待传输的图像数据。
（3）基于现代密码体制的图像加密技术这种加密技术就是把待传输的图像看做明文，通过各种加密算法，如DES，RSA 等，在密钥的控制下，达到图像数据的保密通信。这种加密机制的设计思想是加密算法可以公开，通信的保密性完全依赖于密钥的保密性（即满足Kerckhoffs 假设）。其原理框图如图1-2 所示：
其中：加密密钥和解密密钥可以相同也可以不同，并依此来划分出两种基本的密码算法，即对称算法和非对称算法（也叫公开密钥算法。基于密钥的算法通常有以下两类：
1）对称算法
对称算法，又叫传统密码算法，就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来，反过来也成立。在大多数对称算法中，加解密密钥是相同的。这些算法也叫秘密密钥算法或单钥算法，它要求发送方和接受方在安全通信之前商定一个密钥。对称算法的安全性完全依赖于密钥，泄露密钥就意味着任何人都能对消息进行解密。只要通信需要保密，密钥就必须保密。对称算法又可分为两类。一次只对明文中的单个位（或字节）运算的算法称为流密码。另一类算
法是对明文的一组位进行运算，叫分组密码，如IBM 的DES 算法。
2）公开密钥算法用作加密的密钥不同于用作解密的密钥，并且解密密钥不能根据加密密钥计算出来。之所以叫做公开密钥算法，是因为加密密钥能够公开，即任何人都能用加密密钥加密信息，但只有用相应的解密密钥才能解密信息。在这种体制中，加密密钥叫做公开密钥，简称公钥。解密密钥叫做私人密钥，简称私钥。利用公钥密码体制进行保密通信时，加密密钥可以公开，只保密解密密钥就能达到保密通信。解密密钥和加密密钥不同，从一个难以推出另一个，其设计规律都是把推算解密密钥的问题等效为一个难以求解的数学问题。通信双方无须事先交换密钥就可建立起保密通信，它解决了通信双方进行保密通信的密钥分配问题。它不需要铺设专门的安全传输线路，也不需要专门信使在通信双方传递密钥，因而可以节约大量费用。在公钥密码体制中，最重要的有RSA 体制、背包体制、EIGamal体制、Robin 体制、椭圆曲线体制及多维RSA 体制等。它们的共同点都是基于陷门单向函数的概念，把问题归结为某一数学难题的求解。其中背包体制在最初提出 5 年中被认为是安全的，但此算法在20 世纪80 年代初就被Shamir 完全破译了。
二、算法实现
1、采用的算法近年来，随着国际互联网络与多媒体
技术的迅速发展，数字图像己经逐渐克服了往日因存储量
巨大而带来的种种问题，成为信息表达方式的主流，数字图像信息的安全问题成为国际上研究的焦点问题。数字图像具有信息量大、信息表达直观的特点，它的安全保密显然与以往在计算机上所面对的文本数据截然不同。数字图像信息安全保密是结合数学、密码学、信息论、计算机视觉以及其它计算机应用技术的多学科交叉的研究课题。数字图像的加密技术是当代信息安全领域中比较活跃的一个研究方向。
2、算法流程图
三、总结本文的重点工作是研究数字图像加密与加密
算法性能的评价研究。简单的对数字图像加密与实现进行分析与归纳总结
参考文献
[1]任洪娥，尚振伟，张健.一-种基rArnold 换的数字图像加密_算法[_1].光学技术术，2009.35(3)
[2]黄仿元.基于Arnold 变换的图像置乱算法及实
现[J].贵州人学学报2008八3 (3): 276-279
