代超

（中國原子能工業(yè)有限公司 北京市 100032）

互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的快速發(fā)展，突破時(shí)間和空間的限制，不斷提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)際速度，讓數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆秶灿兴鶖U(kuò)大，但是現(xiàn)階段數(shù)據(jù)傳輸中會出現(xiàn)許多的安全隱患，讓數(shù)據(jù)信息傳輸中相關(guān)資料丟失、篡改等現(xiàn)象問題逐漸嚴(yán)重，這也給許多不法分子造成許多的可能。為了能夠更好地確保信息數(shù)據(jù)傳輸過程中信息的安全性和隱蔽性，就必須要對需要加密傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先處理，從信息源和信息傳輸?shù)倪^程中進(jìn)行充分的考慮，在信息上進(jìn)行加密的處理，通過利用AES 運(yùn)算方式來對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行隱藏，更好地實(shí)現(xiàn)對信息的保護(hù)，為信息數(shù)據(jù)的傳輸提供較為良好的安全性。

1 數(shù)字圖像信息安全加密的相關(guān)算法

數(shù)字圖像的信息隱藏技術(shù)是目前數(shù)據(jù)信息安全保護(hù)研究中的主要課題，加密煮熟就是對明文數(shù)據(jù)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行隱寫，確保數(shù)據(jù)信息能夠在圖像中有所展示，而信息隱藏技術(shù)則是將需要傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行掩蓋，加密技術(shù)本身具有一定的局限性，盡管如今信息數(shù)據(jù)在圖像中的隱寫技術(shù)已經(jīng)有著明顯的進(jìn)步，在利用人體視覺限制的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)信息安全進(jìn)行保障，將信息安全和信息隱藏進(jìn)行結(jié)合，從中獲得兩者自身的有點(diǎn)，讓信息傳輸過程中的保密性和不可察覺性有著更好的提升。

1.1 AES加密算法

AES 計(jì)算方式是目前圖片加密的最高級計(jì)算方式，這也是一種對稱分組的基本計(jì)算方式，主要是對數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入的分組，對圖像中包含的內(nèi)容進(jìn)行解密或者解密的過程。在這個(gè)過程中主要的key長度基本保證在128 位，但是對于更高級的數(shù)據(jù)加密計(jì)算中，key還可以有不同的分段，而這些分段主要是根據(jù)數(shù)據(jù)信息的內(nèi)容所決定。本文主要利用AES 中10 輪計(jì)算方式，將數(shù)據(jù)信息隱藏在圖像當(dāng)中，將數(shù)據(jù)信息的key 不斷進(jìn)行擴(kuò)展，更好的確保數(shù)據(jù)信息的安全性和隱蔽性。本文在此對這三個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)的闡述，希望能對今后數(shù)字圖像信息加密技術(shù)有一定的幫助[1]。

密鑰擴(kuò)展。本文主要是對AES-128 位算法、迭代為10 輪，依次為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行闡述，因此在信息文件加密的過程中，需要按照輪數(shù)來擴(kuò)展key 的數(shù)量，確保key 密碼的長度在128 位。在數(shù)據(jù)隱寫的過程中將最開始輸入的密碼作為原始的key，按照一定的計(jì)算方式和列示長度，對key 進(jìn)行階段和求解，列式需要進(jìn)行特別的處理。

以求w[4]解為案例進(jìn)行分析可以看出，在對密碼進(jìn)行破解的過程中，需要嚴(yán)格按照AES 計(jì)算方式中的相關(guān)計(jì)算模板，將數(shù)值進(jìn)行帶入，從而獲得全新的數(shù)據(jù)信息，并在后32 位的計(jì)算中進(jìn)行異或計(jì)算，從而得到相應(yīng)的數(shù)值，更好的確保AES 計(jì)算方式到的精準(zhǔn)性和有效性。

數(shù)據(jù)信息的解密過程。AES 計(jì)算中按照對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密的過程進(jìn)行反向推解，可以有效的獲得數(shù)據(jù)解密的key，在這個(gè)逆轉(zhuǎn)的過程中，加密中操作都可以進(jìn)行逆轉(zhuǎn)，從而對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行獲取，在這個(gè)過程中10 輪的運(yùn)算都會獲得一個(gè)key，而每一個(gè)運(yùn)算過程基本都可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的保密過程。但是在實(shí)際解密的過程中，需要保證解密的計(jì)算方式不會出現(xiàn)誤差，從而確保實(shí)際的運(yùn)算效率，主要的計(jì)算方式可以由下列公式所得[2]。

ss（i,0）’=({0e}×s(1,0))⊕({0b}×s(1,0))⊕({0b}×s(i,1))⊕({0d}×s(1,2))⊕({09}×s(i,3)

s（i,1）’=({0e}×s(1,0))⊕({0b}×s(1,0))⊕({0b}×s(i,1))⊕({0d}×s(1,2))⊕({09}×s(i,3)

s（i,2）’=({0e}×s(1,0))⊕({0b}×s(1,0))⊕({0b}×s(i,1))⊕({0d}×s(1,2))⊕({09}×s(i,3)

s（i,3）’=({0e}×s(1,0))⊕({0b}×s(1,0))⊕({0b}×s(i,1))⊕({0d}×s(1,2))⊕({09}×s(i,3)

1.2 LSB圖像隱寫算法

LSB 是最低位有效數(shù)據(jù)信息隱寫的計(jì)算方式，在圖像隱寫淋雨中有著極為廣發(fā)的應(yīng)用。在該技術(shù)應(yīng)用的過程中，主要是對圖像中每一個(gè)最低位的像素進(jìn)行處理，將信息有效的隱藏在像素的奇偶中，更好的確保在不改變圖像形式、色彩、規(guī)格、大小、像素等級的情況下，將數(shù)據(jù)信息有效的藏匿在圖片中，確保數(shù)據(jù)信息在傳輸過程中的安全性和有效性。在該技術(shù)應(yīng)用的過程中，技術(shù)人員需要保證圖像中的每一個(gè)像素都能隱藏一個(gè)數(shù)據(jù)字符，從而保證圖片的改變可以完全忽略，由于人體的視覺對顏色、亮度和大小的變化觀察有限，因此該技術(shù)還能夠?qū)?shù)據(jù)信息進(jìn)行很好的偽裝，避免過大的變化導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息在傳輸過程中受到不必要的攻擊和侵略，這也是該技術(shù)的重要技術(shù)內(nèi)容。在將數(shù)據(jù)信息嵌入到圖片的過程中，需要對圖片像素進(jìn)行計(jì)算、異或計(jì)算，將結(jié)算的結(jié)果在像素字節(jié)中進(jìn)行嵌入，而提取信息的過程是對該技術(shù)整計(jì)算的逆反過程，因此在本文不會重復(fù)進(jìn)行描述。

2 軟件的實(shí)現(xiàn)

本文所涉及到的研究和開發(fā)平臺為QT 軟件，在軟件中利用上文所述的計(jì)算方式對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行安全保護(hù)的加密過程，在這個(gè)過程中需要應(yīng)用到上文所述的相關(guān)技術(shù)，并將計(jì)算結(jié)果的數(shù)據(jù)信息隱藏在彩色圖片中，隨后利用圖片的傳輸將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行輸送，并且整個(gè)過程需要保證數(shù)據(jù)信息的安全性和隱蔽性。QT 軟件開發(fā)平臺是一種十分便利的應(yīng)用平臺程序，在軟件中具備較為完善的C++圖片內(nèi)存，因此選擇QT 平臺作為主要的圖像界面設(shè)計(jì)平臺，是目前最為科學(xué)合理的選擇方向。

2.1 圖形界面的具體設(shè)計(jì)

通過QT 開發(fā)軟件對圖形界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要在軟件的窗口上，將AES 計(jì)算的相關(guān)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證應(yīng)用該軟件的技術(shù)人員能夠良好的對軟件進(jìn)行操作買，更好的確保操作的便利性，如此一來軟件能夠得到更為廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對圖片信息加密技術(shù)的推廣[3]。

2.2 AES算法的實(shí)現(xiàn)

在上述原有開發(fā)平臺上，利用C++來對上文的計(jì)算方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，需要在軟件中圖形的界面中，將得到的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行輸入，而這個(gè)結(jié)果就是圖片加密技術(shù)最開始的key，當(dāng)這個(gè)key 不滿足128 位的基礎(chǔ)情況下，可以將key 中的數(shù)值填寫為零。以擴(kuò)展key的方式計(jì)算后面10 個(gè)key 的相關(guān)數(shù)值，并且按照計(jì)算方式的10 輪極端進(jìn)行重復(fù)，在最后一輪的計(jì)算中進(jìn)行計(jì)算列式的混淆計(jì)算，從而得到最終的key。在LBS 計(jì)算方式中，將獲得的key 有效的編寫在圖片中，而該計(jì)算方式不需要進(jìn)行最后一輪的列式混淆，就可以獲得最終的密碼。而在圖片中獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以利用相應(yīng)的計(jì)算方式進(jìn)行破解，更好的保證最終數(shù)據(jù)結(jié)果的真實(shí)性和有效性。

2.3 LSB隱寫的全面實(shí)現(xiàn)

由于傳輸?shù)膱D片基本屬于壓縮的文件形式，因此需要對圖片的像素進(jìn)行嚴(yán)格的控制而獲得的相關(guān)像素位數(shù)，可以由表1所示一般，進(jìn)行文件的構(gòu)成。

表1：24 位BMP 圖像文件結(jié)構(gòu)

一般的情況下，一個(gè)圖片文件主要包含著14 個(gè)字節(jié)的信息內(nèi)容，其中包含著圖片的中了誒、大小、數(shù)據(jù)信息存儲地質(zhì)以及還沒編寫和保留的字段。而圖片信息40 個(gè)字節(jié)中，包含著圖片的實(shí)際寬度、高度以及主要壓縮的形式，同時(shí)也包含著圖片色彩和自定義的相關(guān)數(shù)據(jù)信息內(nèi)容。為確定圖片位數(shù)的依據(jù)是24 位圖片數(shù)據(jù)中的三原色的相關(guān)信息，每一個(gè)顏色中都可以蘊(yùn)藏8 個(gè)字節(jié)的信息內(nèi)容。因此，利用上述的計(jì)算方式，可以確定圖片的每個(gè)像素中至少有三個(gè)字節(jié)的信息能夠隱寫在圖片中。根據(jù)列表可以發(fā)現(xiàn)，為了能夠不更改圖片信息的格式，就需需要從圖片中第55 個(gè)像素字節(jié)中開始對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行隱藏，這樣才能夠確保圖片能夠正常的被讀取，有效的對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行影藏。在對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行隱藏的過程中，需要保證程序流程的精準(zhǔn)性，嚴(yán)格按照計(jì)算方式將圖片中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行影藏，更好的確保異或計(jì)算的精準(zhǔn)性，然后將異或計(jì)算所得到的結(jié)果，從圖片第55 個(gè)像素字節(jié)的位置上進(jìn)行隱寫，更好的保障數(shù)據(jù)信息在傳輸過程中的有效性、快速性和安全性。

2.4 可行性的分析結(jié)果

信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩允羌用芗夹g(shù)實(shí)現(xiàn)的根本，根據(jù)上述算法來看，要想有效的確保數(shù)據(jù)信息的安全性，就必須要從密碼的長度核心相關(guān)計(jì)算方式來進(jìn)行對比，從上文的表述可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段在AES 計(jì)算中密碼的長度有三個(gè)階段，而密碼計(jì)算的輪數(shù)也基本保證在10 輪，能夠更好的確保密碼發(fā)展空間的不斷進(jìn)步。將數(shù)據(jù)信息隱藏在圖片中，能夠更好的保證數(shù)據(jù)信息傳輸中不會遭受到意外供給，在密碼的加持下更好的對安全性進(jìn)行保障。通過上述的計(jì)算方式和隱寫方式來看，在破解信息密碼的過程中，具備更好的靈活性。除此之外有序上述的計(jì)算方式多以亂碼為主，將亂碼寫入到圖片中會影響圖片的質(zhì)量，在傳輸中因?yàn)閳D片被亂碼所覆蓋，導(dǎo)致許多黑客會對這樣明顯的加密形式有更多的好奇，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸過程中會受到嚴(yán)重的對抗，因此在軟件設(shè)計(jì)的過程中，需要保障不會對圖片的外觀進(jìn)行更改，更加有效的將數(shù)據(jù)信息隱寫在圖片中，確保圖像能夠在系統(tǒng)中正產(chǎn)地展示出來，從而避免視覺上的觀察，減少不必要的關(guān)注和攻擊，更加確保信息的安全性。

3 信息隱藏模塊設(shè)計(jì)以及仿真設(shè)計(jì)

3.1 信息隱藏模塊設(shè)計(jì)

本文主要研究如何將數(shù)據(jù)新信息有效的隱藏在圖片中，而圖片信息的提取主要是將信息數(shù)據(jù)隱藏的逆向求解過程，在AES 算法中的信息隱藏模塊，主要是將機(jī)密信息表示成待隱藏的信息內(nèi)容，將原始數(shù)據(jù)1 中相關(guān)數(shù)字圖片作為數(shù)據(jù)信息的載體，而原始數(shù)據(jù)2作為將信息數(shù)據(jù)隱藏后的圖片載體。了利用上述的計(jì)算方式是將數(shù)據(jù)信息有效的載入到圖片中，并在相關(guān)嵌入計(jì)算模式之上，將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息有效的隱藏在圖片中。在這個(gè)過程中，需要對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)計(jì)算，更好的將數(shù)據(jù)信息輸入到解密界面上，而這個(gè)過程主要是利用128 位計(jì)算的方式，在預(yù)處理的你計(jì)算中。同樣按照相關(guān)的計(jì)算方式，對原始數(shù)據(jù)1 進(jìn)行模塊化的處理，并將處理后的相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容輸入到軟件中進(jìn)行緩存，是先8 位到64 位的換算。在數(shù)據(jù)信息加密計(jì)算的過程中，利用相關(guān)的計(jì)算方式，更好的對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。在對原始數(shù)據(jù)2 進(jìn)行處理的過程中，同樣也需要利用相關(guān)的計(jì)算方式進(jìn)行加密計(jì)算。加密后的數(shù)據(jù)信息需要通過軟件平臺進(jìn)行模塊的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)對圖片數(shù)據(jù)的嵌入，在信息數(shù)據(jù)嵌入后，原始數(shù)據(jù)1 和原始數(shù)據(jù)2 進(jìn)行對比，從而發(fā)現(xiàn)前后數(shù)據(jù)信息并不會出現(xiàn)明顯的變化，更好的實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的隱藏和保密。

3.2 信息隱藏仿真模塊

在AES 加密體制的基礎(chǔ)上，會對相關(guān)的代碼進(jìn)行有效的偽裝和仿真的處理，主要會使用現(xiàn)階段較為先進(jìn)的仿真軟件，對圖片信息進(jìn)行仿真的處理。信息隱藏方針波形圖，在途中數(shù)據(jù)均已16 位進(jìn)制的格式進(jìn)行展現(xiàn)。

在相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算的過程中，需要按照上述計(jì)算的過程，通過10 輪的計(jì)算更好的獲得相關(guān)到的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對圖片技術(shù)的仿真處理。在仿真處理的過程中，需要保證相關(guān)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和有效性，在數(shù)據(jù)信息有效的嵌入后，需要保證圖片不會因?yàn)閿?shù)據(jù)嵌入后而發(fā)現(xiàn)改變?，F(xiàn)階段在對仿真技術(shù)進(jìn)行研究的過程中，需要保證數(shù)據(jù)信息不會因?yàn)橛?jì)算方式的誤差，而出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的失真或者錯(cuò)誤，更好的確保數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)恼鎸?shí)性和安全性，在對圖片進(jìn)行對比后，在此進(jìn)行逆運(yùn)算，這個(gè)過程既表示為加密后的信息數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

隨著目前互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，確保數(shù)據(jù)信息和數(shù)據(jù)文件傳輸過程中的安全性，也是目前信息安全保障研究的重要內(nèi)容，信息數(shù)據(jù)的安全性，對個(gè)人隱私、企業(yè)數(shù)據(jù)、商業(yè)機(jī)密以及國家安全都會造成嚴(yán)重的影響。因此，現(xiàn)階段多數(shù)的企業(yè)會花更多的資金來購買安全信息保護(hù)的相關(guān)產(chǎn)品或者系統(tǒng)，以此來更好地維護(hù)企業(yè)自身的權(quán)益和對企業(yè)機(jī)密的保護(hù)。