【摘要】 本文將從密碼學(xué)和數(shù)字水印技術(shù)兩方面入手，設(shè)計一種加密的數(shù)字水印算法，這種算法是基于了數(shù)字水印技術(shù)中常用的LSB算法以及密碼學(xué)中經(jīng)典的RC4算法。由于LSB算法的魯棒性不強，因此可以將此數(shù)字水印可以看做是一種信息偽裝。當(dāng)信息接收方要對秘密信息提取時，必須知道密鑰和水印長度，否則將無法提取秘密信息，從而實現(xiàn)高度隱秘的信息隱藏。

【關(guān)鍵詞】 LSB算法 RC4算法 信息隱藏 信息加密 數(shù)字水印

1.研究的背景與意義

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在全世界迅速發(fā)展，Internet已經(jīng)成為全世界必不可少的信息資源。信息在社會中的地位和作用越來越重要，每個人的生活都與信息的產(chǎn)生、存儲、處理和傳遞密切相關(guān)，信息的安全與保密問題成了人人都關(guān)心的事情。

然而在電子商務(wù)中提到的多媒體作品版權(quán)恰恰需要得到永久的保護，顯然傳統(tǒng)的加密算法已經(jīng)不足以實現(xiàn)版權(quán)保護功能。為了保護創(chuàng)作者的合法權(quán)益不受侵害，采用了一種全新的概念——數(shù)字水印技術(shù)來實現(xiàn)多媒體信息的版權(quán)保護。數(shù)字水印技術(shù)借助人類的視覺、聽覺器官所具有的某種不敏感性，在不影響作品內(nèi)容的前提下，將水印信息永遠地保存在多媒體作品中。由于水印信息并不影響作品的宏觀內(nèi)容，因而任何人試圖將作品中剔除水印都不得不大幅度破壞原作品，以致到面目全非的地步，從而保護了作者的合法版權(quán)[1]。

2.LSB算法概述

LSB 算法是一種典型的空間域數(shù)據(jù)隱藏方法，L .F. Turner 與R. G. Van Schyndel 等先后利用此方法將特定的標(biāo)記隱藏于數(shù)字音頻和數(shù)字圖像內(nèi)。在數(shù)字圖像中，每個像素的各個位對圖像的貢獻是不同的。這樣，把整個圖像分解為8 個位平面，從L SB （最低有效位0）到MSB （最高有效位7）。從位平面的分布來看，隨著位平面從低位到高位，位平面圖像的特征逐漸變得復(fù)雜，細節(jié)不斷增加。由于低位所代表的能量很少，改變低位對圖像的質(zhì)量沒有太大的影響。L SB 方法正是利用這一點在圖像低位隱藏水印信息，即在最低位嵌入水印信息[2]。

由于信息是按字節(jié)存儲的，每個字節(jié)占8位，根據(jù)LSB算法我們需要在每個字節(jié)的最后一位嵌入水印信息。BMP圖像的頭部信息占54個字節(jié)，嵌入水印后的圖像也應(yīng)該保留原始圖像的頭部信息，否則該圖像將無法正常讀取。本文將從第55個字節(jié)開始，在原始的BMP圖像中嵌入水印信息，而水印嵌入的位置都是在原始圖像的每一個字節(jié)中的最后一位。也就是說從第55個字節(jié)開始嵌入水印，而水印信息的第一位是第55個字節(jié)的第一位，這樣一個字節(jié)的水印信息就要占據(jù)8個字節(jié)的BMP圖像。BMP圖像的第55個字節(jié)到第61個字節(jié)存儲的是一個字節(jié)的水印信息，按照這樣的方法進行嵌入水印 [3] 。

（1）水印的嵌入

LSB 的嵌入方法是首先用check函數(shù)檢測水印信息是否合法以及水印是否可以嵌入。接著將要隱藏的信息文件，即水印信息文件以二進制的形式讀入內(nèi)存中的SM數(shù)組，讀入的時候要讀水印的長度，空格以及實際的水印信息。在SM數(shù)組的第一個字節(jié)和最后一個字節(jié)存儲特殊標(biāo)記符'/'。然后用水印嵌入算法進行嵌入水印，在程序中用InS函數(shù)來實現(xiàn)。

最后用Embed函數(shù)進行水印的嵌入。這里定義SM[ ]數(shù)組為內(nèi)存中存儲水印信息的，SLen為實際的水印信息，那么要嵌入的水印長度應(yīng)該為SLen + 2個字節(jié)，因為水印開始和結(jié)束時加了特殊字符。對于水印的每一個字節(jié)從高到低共8位 依次嵌入到BMP圖像的從第55個字節(jié)開始的每個字節(jié)的最后一位中。這樣原始BMP圖像中的8個字節(jié)才存儲水印信息的一個字節(jié)。因此，要把一個字節(jié)的水印信息要按最高位到最低位進行提取，這里定義了一個數(shù)字c[8]={1，2，4，8，16，32，64，128}，在提取水印信息的每一位時就需要SM數(shù)組中的一個字節(jié)分別于c [ ]數(shù)組中的每一個數(shù)進行與運算，用一個臨時變量re來記錄，即re = （SM[i] c[j]）> 0 ？ 1：0，這樣依次得到了一個字節(jié)的水印中的每一位，共8位，用二進制0或者1表示。

（2）水印的提取

理解了水印的嵌入，水印的提取操作就相對簡單了。在讀取含水印的圖像文件時要過濾前54個字節(jié)，從第55個字節(jié)開始依次讀取水印信息的每一位。每讀取圖像文件中每個字節(jié)的最后一位，依次讀取8個字節(jié)，就確定了水印信息的一個字節(jié)。

3.改進的LSB數(shù)字水印

RC4算法的原理很簡單，包括初始化算法（KSA）和偽隨機子密碼生成算法（PRGA）兩大部分。它有一個8*8的S盒：S0，S1，S2，....，S255。所有項都是數(shù)字 0到255的置換，并且這個置換是一個可變長度密匙的函數(shù)。假設(shè)S-box長度和密鑰長度均為為n。先來看看算法的初始化部分（用類C偽代碼表示）：[10]

（5）小結(jié)

RC4算法簡單快速，是一種十分安全有效的加密算法。經(jīng)過RC4算法加密后的水印信息再嵌入到圖像中，這樣的數(shù)字水印保證了極大的信息隱秘性，為信息隱藏和信息通信提供了一種安全有效的方法。

參考文獻

[1] 王麗娜. 網(wǎng)絡(luò)多媒體信息安全保密技術(shù)[M]，湖北：武漢大學(xué)出版社，2003.

[2] 高會軍，劉文霞，暴軒，張衛(wèi)光 ，胡師. 一種基于LSB算法的數(shù)字水印改進技[J]，2009（13）：86-87.

[3] 金聰. 數(shù)字水印理論與技術(shù)[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[4] RC4算法，http：//baike.baidu.com/view/542025.htm.

[5] 白蓮芬. 一種簡單有效的數(shù)字水印技術(shù)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 湖北：華中師范大學(xué)，2011：2-50.