淺析信息加密與隱藏的方法

淺析信息加密與隱藏的方法摘要當(dāng)今時(shí)代，隨著電腦的普及應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)的快速開(kāi)展，網(wǎng)絡(luò)中露出的平安問(wèn)題引起普遍關(guān)注，網(wǎng)絡(luò)的平安，主要是網(wǎng)絡(luò)信息平安，需要采取相應(yīng)的保護(hù)措施，提供適合的平安效勞，加密機(jī)制和信息隱藏技術(shù)作為保障網(wǎng)絡(luò)信息平安的手段，可以保證信息的完整性、可鑒別性和不可否認(rèn)性。在一些應(yīng)用中，它只需要讓指定接受人來(lái)驗(yàn)證，以確保信息的秘密性。本文主要研究了信息加密與隱藏技術(shù)，介紹信息平安的應(yīng)用前景，通過(guò)掌握的知識(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單信息加密與隱藏工具，包含加密和信息隱藏的功能，處理的對(duì)象主要是針對(duì)文本和圖片兩種文件格式，使用簡(jiǎn)單的對(duì)稱(chēng)加密算法對(duì)文本進(jìn)行加密，而在圖片中隱藏另外一張圖片信息。該設(shè)計(jì)旨在理解信息加密與隱藏技術(shù)在實(shí)際生活中的應(yīng)用，從總體上闡述了它們的原理。另外，本設(shè)計(jì)成果可用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)中。關(guān)鍵詞：平安；加密；信息；隱藏TheDesignandImplementationofanInformationEncryptionandHidingToolAbstractInmoderntimes,withtheuniversalapplicationofcomputersandrapiddevelopmentoftheInternet,morepeoplehavepaidattentiontothesecurityissuesintheInternet.Thesecurityissuesmainlyrefertonetworkinformationsecurity,soitneedssomeprotectionmeasuresandprovidesappropriatesecurityservices.Astheprotectionmeasuresofinformationsecurity,theencryptionandinformationhidingtechnologyprovidesthefunctionsofintegration,authentication,andnon-repudiationforthesigningmessage.Insomeapplications,itonlyneedstobeverifiedbysomerecipientswhilekeepingthemessagesecretfrompublic.Thispapermainlyresearchestheinformationencryptionandhidingtechnologyandintroducestheapplicationprospectsoftheinformationsecurity.Basedontheacquiredknowledge,asimpleinformationencryptionandhidingtoolisdesigned,anditprovidesthefunctionsofencryptionandinformationhiding,andthehandingobjectreferstothetextandpicture.Thesymmetricencryptionalgorithmisappliedintothetextencryptionwhileapictureishiddeninanotherpicture.Thepurposeofthisdesignistomaketheapplicationofinformationencryptionandhidinginreallifeunderstood,aswellastodescribetheprinciplesofthetechnologyonthewhole.Inaddition,thedesigningresultcanbeappliedintotheteachingandexperiments.Keywords:security;encryption;information;hiding目錄論文總頁(yè)數(shù)：23頁(yè)1引言11.1課題背景11.2本課題研究意義12信息隱藏技術(shù)12.1信息隱藏簡(jiǎn)介12.2信息隱藏技術(shù)的分類(lèi)22.3信息隱藏關(guān)鍵技術(shù)32.4信息隱藏的應(yīng)用領(lǐng)域33加解密相關(guān)技術(shù)43.1密碼學(xué)知識(shí)4密鑰和算法4對(duì)稱(chēng)密鑰算法4非對(duì)稱(chēng)密鑰算法54實(shí)現(xiàn)一個(gè)信息加密與隱藏工具64.1設(shè)計(jì)思路6界面設(shè)計(jì)思路6信息加密設(shè)計(jì)思路6信息隱藏設(shè)計(jì)思路64.2設(shè)計(jì)流程6信息加密流程6信息隱藏流程7信息解密流程7隱藏信息提取流程74.3設(shè)計(jì)前言8設(shè)計(jì)工具8已有設(shè)計(jì)條件8設(shè)計(jì)目的84.4信息加密與隱藏設(shè)計(jì)過(guò)程分析8信息加密8信息隱藏114.5解密與隱藏信息提取設(shè)計(jì)過(guò)程分析15文本信息的解密15隱藏信息的提取164.6實(shí)例運(yùn)行與測(cè)試18信息加密與隱藏過(guò)程18解密與隱藏信息提取過(guò)程19結(jié)論21參考文獻(xiàn)21引言課題背景當(dāng)今時(shí)代，隨著電腦的普及應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)的快速開(kāi)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)融入人們的生活之中，網(wǎng)絡(luò)中露出的平安問(wèn)題引起普遍關(guān)注，網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放性與共享性也導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)的平安性受到嚴(yán)重影響，在開(kāi)放的Internet平臺(tái)上，社會(huì)生活中傳統(tǒng)的犯罪和不道德行為將變得更加隱蔽和難以控制。人們從面對(duì)面的交易和作業(yè)，變成網(wǎng)上互不見(jiàn)面的操作、沒(méi)有國(guó)界、沒(méi)有時(shí)間限制，就產(chǎn)生了更大的平安隱患。如何保證網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的平安和對(duì)方的身份確認(rèn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出了挑戰(zhàn)。本課題研究意義加密與信息隱藏技術(shù)成為保障網(wǎng)絡(luò)信息平安的手段。這種機(jī)制可以保證信息傳輸?shù)谋Ｃ苄?、?shù)據(jù)交換的完整性，發(fā)送信息的不可否認(rèn)性，身份確實(shí)定性。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和軟件技術(shù)的飛速開(kāi)展，信息革命帶來(lái)了全球范圍市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，同時(shí)對(duì)傳統(tǒng)的辦公和生活方式也產(chǎn)生了巨大沖擊。在計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)中，維護(hù)電子文檔的平安成為至關(guān)重要和非常敏感的問(wèn)題，保證重要信息在傳輸過(guò)程中的平安性在電子商務(wù)、電子政務(wù)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。信息隱藏與信息加密是不盡相同的，信息加密是隱藏信息的內(nèi)容，而信息隱藏是隱藏信息的存在性，信息隱藏比信息加密更為平安，因?yàn)樗蝗菀滓鸸粽叩淖⒁?。本文主要介紹信息加密與隱藏的實(shí)現(xiàn)。信息隱藏技術(shù)信息隱藏簡(jiǎn)介信息隱藏〔InformationHiding〕，也稱(chēng)作數(shù)據(jù)隱藏〔DataHiding〕。簡(jiǎn)單來(lái)講，信息隱藏是指將某一信號(hào)〔一般稱(chēng)之為簽字信號(hào)，SignatureSignal〕嵌入〔embedding〕另一信號(hào)〔一般稱(chēng)之為主信號(hào)，HostSignal，或稱(chēng)之為掩護(hù)媒體，cover-media〕的過(guò)程，掩護(hù)媒體經(jīng)嵌入信息后變成一個(gè)偽裝媒體〔stegano-media〕。這一嵌入過(guò)程需要滿足以下條件：1．簽字信號(hào)的不可感知性〔Imperceptibility〕。換句話講，簽字信號(hào)嵌入后，主信號(hào)的感知特性沒(méi)有明顯的改變，簽字信號(hào)被主信號(hào)“隱藏”了起來(lái)。2．簽字信號(hào)的魯棒性〔Robustness〕。簽字信號(hào)對(duì)主信號(hào)的各種失真變換，如失真信號(hào)壓縮、仿射變換、加噪、A/D或D/A轉(zhuǎn)換等，以及各種惡意性攻擊〔MaliciousAttack〕，都應(yīng)表達(dá)出一定的魯棒性。除非主信號(hào)的感知特性被明顯的破壞，簽字信號(hào)將很難被去除。3．一般來(lái)講，簽字信號(hào)的嵌入不增加主信號(hào)的存儲(chǔ)空間和傳輸帶寬。也就是說(shuō)，簽字信號(hào)嵌入后，“外表”上很難覺(jué)察到信息的改變。信息隱藏的開(kāi)展歷史可以一直追溯到“匿形術(shù)〔Steganography〕”的使用?！澳湫涡g(shù)”一詞來(lái)源于古希臘文中“隱藏的”和“圖形”兩個(gè)詞語(yǔ)的組合。雖然“匿形術(shù)”與“密碼術(shù)〔Cryptography〕”都是致力于信息的保密技術(shù)，但是，兩者的設(shè)計(jì)思想?yún)s完全不同?！懊艽a術(shù)”主要通過(guò)設(shè)計(jì)加密技術(shù)，使保密信息不可讀，但是對(duì)于非授權(quán)者來(lái)講，雖然他無(wú)法獲知保密信息的具體內(nèi)容，卻能意識(shí)到保密信息的存在。而“匿形術(shù)”那么致力于通過(guò)設(shè)計(jì)精妙的方法，使得非授權(quán)者根本無(wú)從得知保密信息的存在與否。相對(duì)于現(xiàn)代密碼學(xué)來(lái)講，信息隱藏的最大優(yōu)勢(shì)在于它并不限制對(duì)主信號(hào)的存取和訪問(wèn)，而是致力于簽字信號(hào)的平安保密性。信息隱藏技術(shù)的分類(lèi)根據(jù)應(yīng)用背景的不同，信息隱藏技術(shù)大致可分為三類(lèi):1．版權(quán)保護(hù)〔CopyrightProtection〕到目前為止，信息隱藏技術(shù)的絕大局部研究成果都是在這一應(yīng)用領(lǐng)域中取得的。信息隱藏技術(shù)在應(yīng)用于版權(quán)保護(hù)時(shí)，所嵌入的簽字信號(hào)通常被稱(chēng)作“數(shù)字水印〔DigitalWatermark〕”。版權(quán)保護(hù)所需嵌入的數(shù)據(jù)量最小，但對(duì)簽字信號(hào)的平安性和魯棒性要求也最高，甚至是十分苛刻的。為明確起見(jiàn)，應(yīng)用于版權(quán)保護(hù)的信息隱藏技術(shù)一般稱(chēng)作“魯棒型水印技術(shù)”，而所嵌入的簽字信號(hào)那么相應(yīng)的稱(chēng)作“魯棒型水印〔RobustWatermark〕”，從而與下文將要提到的"脆弱型水印"區(qū)別開(kāi)來(lái)。而一般所提到的“數(shù)字水印”那么多指魯棒型水印。2．?dāng)?shù)據(jù)完整性鑒定〔IntegrityAuthentication〕數(shù)據(jù)完整性鑒定，又稱(chēng)作數(shù)據(jù)篡改驗(yàn)證〔TamperProof〕，是指對(duì)某一信號(hào)的真?zhèn)位蛲暾缘呐袆e，并進(jìn)一步需要指出該信號(hào)與原始真實(shí)信號(hào)的差異，即提供有關(guān)證據(jù)指明真實(shí)信號(hào)可能經(jīng)歷的篡改操作。更形式化的講，假定接收到一多媒體信號(hào)g〔圖像、音頻或視頻信號(hào)〕，初步判斷它很可能是某一原始真實(shí)信號(hào)f的修改版本。數(shù)據(jù)篡改驗(yàn)證的任務(wù)就是在對(duì)原始信號(hào)f的具體內(nèi)容不可知的情況下，以最大的可能判斷是否g=f。3．?dāng)U充數(shù)據(jù)的嵌入〔AugmentationDataEmbedding〕擴(kuò)充數(shù)據(jù)包括對(duì)主信號(hào)的描述或參考信息、控制信息以及其它媒體信號(hào)等等。描述信息可以是特征定位信息、標(biāo)題或內(nèi)容注釋信息等，而控制信息的嵌入那么可實(shí)現(xiàn)對(duì)主信號(hào)的存取控制和監(jiān)測(cè)。例如，一方面針對(duì)不同所有權(quán)級(jí)別的用戶(hù)，可以分別授予不同的存取權(quán)限。另一方面，也可通過(guò)嵌入一類(lèi)通常被稱(chēng)作“時(shí)間印章〔TimeStamp〕”的信息，以跟蹤某一特定內(nèi)容對(duì)象的創(chuàng)立、行為以及被修改的歷史。這樣，利用信息隱藏技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)這一對(duì)象歷史使用操作信息的記錄，而無(wú)需在原信號(hào)上附加頭文件或歷史文件，因?yàn)槭褂酶郊游募?，一?lái)容易被改動(dòng)或喪失，二來(lái)需要更多的傳輸帶寬和存儲(chǔ)空間。信息隱藏關(guān)鍵技術(shù)信息隱藏技術(shù)的關(guān)鍵在于如何處理簽字信號(hào)的魯棒性、不可感知性、以及所嵌入的數(shù)據(jù)量這三者之間的關(guān)系。判斷信息隱藏算法優(yōu)劣的一般衡量準(zhǔn)那么為：1．對(duì)于主信號(hào)發(fā)生的局部失真，簽字信號(hào)是否具備一定的魯棒性。2．對(duì)于有意或無(wú)意的竊取、干擾或去除操作，簽字信號(hào)是否具備一定的"抵抗"能力，從而保證隱藏信息的平安可靠和完整性。3．簽字信號(hào)的嵌入是否嚴(yán)重降低了主信號(hào)的感知效果。4．?dāng)?shù)據(jù)嵌入量的大小。對(duì)于某一特定的信息隱藏算法來(lái)講，它不可能在上述的衡量準(zhǔn)那么下同時(shí)到達(dá)最優(yōu)。顯然，數(shù)據(jù)的嵌入量越大，簽字信號(hào)對(duì)原始主信號(hào)感知效果的影響也會(huì)越大；而簽字信號(hào)的魯棒性越好，其不可感知性也會(huì)就隨之降低，反之亦然。由于信息隱藏的應(yīng)用領(lǐng)域十分寬廣，不同的應(yīng)用背景對(duì)其技術(shù)要求也不盡相同。因此，有必要從不同的應(yīng)用背景出發(fā)對(duì)信息隱藏技術(shù)進(jìn)行分類(lèi)，進(jìn)而分別研究它們的技術(shù)需求。信息隱藏的應(yīng)用領(lǐng)域隨著信息隱藏技術(shù)的開(kāi)展，它的應(yīng)用領(lǐng)域也得到了擴(kuò)展，信息隱藏的根本應(yīng)用領(lǐng)域是版權(quán)保護(hù)、隱藏標(biāo)識(shí)、認(rèn)證和平安不可見(jiàn)通信。當(dāng)應(yīng)用于版權(quán)保護(hù)時(shí)，潛在的應(yīng)用市場(chǎng)在于電子商務(wù)、在線或離線地分發(fā)多媒體內(nèi)容以及大規(guī)模的播送效勞。信息隱藏用于隱藏標(biāo)識(shí)時(shí)，可在醫(yī)學(xué)、制圖、數(shù)字成像、數(shù)字圖像監(jiān)控、多媒體索引和基于內(nèi)容的檢索等領(lǐng)域得到應(yīng)用。信息隱藏的認(rèn)證方面主要ID卡、信用卡、ATM卡等上面信息的平安不可見(jiàn)通信將在國(guó)防和情報(bào)部門(mén)得到廣泛的應(yīng)用。多媒體技術(shù)的飛速開(kāi)展和Internet的普及帶來(lái)了一系列政治、經(jīng)濟(jì)、軍事和文化問(wèn)題，產(chǎn)生了許多新的研究熱點(diǎn)，以下幾個(gè)引起普遍關(guān)注的問(wèn)題構(gòu)成了信息隱藏的研究背景。國(guó)內(nèi)目前在證件防偽領(lǐng)域面臨巨大的商機(jī)，由于缺少有效的措施，使得“造假”、“買(mǎi)假”、“用假”成風(fēng)，已經(jīng)嚴(yán)重地干擾了正常的經(jīng)濟(jì)秩序，對(duì)國(guó)家的形象也有不良影響。通過(guò)信息隱藏技術(shù)可以確認(rèn)該證件的真?zhèn)?，使得該證件無(wú)法仿制。數(shù)字作品〔如電腦美術(shù)、掃描圖像、數(shù)字音樂(lè)、視頻、三維動(dòng)畫(huà)〕的版權(quán)保護(hù)是當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)題。由于數(shù)字作品的拷貝、修改非常容易，而且可以做到與原作完全相同，所以原創(chuàng)者不得不采用一些嚴(yán)重?fù)p害作品質(zhì)量的方法來(lái)加上版權(quán)標(biāo)志，而這種明顯可見(jiàn)的標(biāo)志很容易被篡改。目前市場(chǎng)上的信息隱藏產(chǎn)品在技術(shù)上還不成熟，很容易被破壞或破解，距離真正的實(shí)用還有很長(zhǎng)的路要走。加解密相關(guān)技術(shù)密碼學(xué)知識(shí)密鑰和算法密碼算法也叫密碼，是用于加密和解密的數(shù)學(xué)函數(shù)?！餐ǔＧ闆r下，有兩個(gè)相關(guān)的函數(shù)：一個(gè)用作加密，另一個(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。受限制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)槊坑幸粋€(gè)用戶(hù)離開(kāi)這個(gè)組織，其它的用戶(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?，F(xiàn)代密碼學(xué)用密鑰解決了這個(gè)問(wèn)題，密鑰用K表示。K可以是很多數(shù)值里的任意值。密鑰K的可能值的范圍叫做密鑰空間。加密和解密運(yùn)算都使用這個(gè)密鑰〔即運(yùn)算都依賴(lài)于密鑰，并用K作為下標(biāo)表示〕，這樣，加解密函數(shù)現(xiàn)在變成：EK(M)=CDK(C)=M這些函數(shù)具有下面的特性：DK(EK(M))=M有些算法使用不同的加密密鑰和解密密鑰，也就是說(shuō)加密密鑰K1與相應(yīng)的解密密鑰K2不同，在這種情況下：EK1(M)=CDK2(C)=MDK2(EK1(M))=M所有這些算法的平安性都基于密鑰的平安性；而不是基于算法的細(xì)節(jié)的平安性。這就意味著算法可以公開(kāi)，也可以被分析，可以大量生產(chǎn)使用算法的產(chǎn)品，即使偷聽(tīng)者知道你的算法也沒(méi)有關(guān)系；如果他不知道你使用的具體密鑰，他就不可能閱讀你的消息?？傊?，密碼系統(tǒng)由算法、以及所有可能的明文、密文和密鑰組成的。對(duì)稱(chēng)密鑰算法對(duì)稱(chēng)算法有時(shí)又叫傳統(tǒng)密碼算法，就是加密密鑰能夠從解密密鑰中推算出來(lái)，反過(guò)來(lái)也成立。在大多數(shù)對(duì)稱(chēng)算法中，加解密密鑰是相同的。這些算法也叫秘密密鑰算法或單密鑰算法，它要求發(fā)送者和接收者在平安通信之前，商定一個(gè)密鑰。對(duì)稱(chēng)算法的平安性依賴(lài)于密鑰，泄漏密鑰就意味著任何人都能對(duì)消息進(jìn)行加解密。只要通信需要保密，密鑰就必須保密。對(duì)稱(chēng)算法的加密和解密表示為：EK(M)=CDK(C)=M對(duì)稱(chēng)算法可分為兩類(lèi)。一次只對(duì)明文中的單個(gè)比特〔有時(shí)對(duì)字節(jié)〕運(yùn)算的算法稱(chēng)為序列算法或序列密碼。另一類(lèi)算法是對(duì)明文的一組比特亞行運(yùn)算，這些比特組稱(chēng)為分組，相應(yīng)的算法稱(chēng)為分組算法或分組密碼。對(duì)稱(chēng)加密的缺點(diǎn)在于密鑰的管理過(guò)于復(fù)雜。如果任何一對(duì)發(fā)送方和接收方都有他們各自商議的密鑰的話，那么很明顯，假設(shè)有N個(gè)用戶(hù)進(jìn)行對(duì)稱(chēng)加密通信，如果按照上述方法，那么他們要產(chǎn)生N(N-1)把密鑰，每一個(gè)用戶(hù)要記住或保存N-1把密鑰，當(dāng)N很大時(shí)，記住是不可能的，而保存起來(lái)又會(huì)引起密鑰泄漏可能性的增加。常用的對(duì)稱(chēng)加密算法有DES，DEA等。非對(duì)稱(chēng)密鑰算法公開(kāi)密鑰算法〔也叫非對(duì)稱(chēng)算法〕是這樣設(shè)計(jì)的：用作加密的密鑰不同于用作解密的密鑰，而且解密密鑰不能根據(jù)加密密鑰計(jì)算出來(lái)〔至少在合理假定的長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)〕。之所以叫做公開(kāi)密鑰算法，是因?yàn)榧用苊荑€能夠公開(kāi)，即陌生者能用加密密鑰加密信息，但只有用相應(yīng)的解密密鑰才能解密信息。在這些系統(tǒng)中，加密密鑰叫做公開(kāi)密鑰〔簡(jiǎn)稱(chēng)公鑰〕，解密密鑰叫做私人密鑰〔簡(jiǎn)稱(chēng)私鑰〕。私人密鑰有時(shí)也叫秘密密鑰。為了防止與對(duì)稱(chēng)算法混淆，此處不用秘密密鑰這個(gè)名字。用公開(kāi)密鑰K加密表示為：EK(M)=C雖然公開(kāi)密鑰和私人密鑰是不同的，但用相應(yīng)的私人密鑰解密可表示為：DK(C)=M有時(shí)消息用私人密鑰加密而用公開(kāi)密鑰解密，盡管可能產(chǎn)生混淆，但這些運(yùn)算可分別表示為：EK(M)=CDK(C)=M當(dāng)前的公開(kāi)密碼算法的速度，比起對(duì)稱(chēng)密碼算法，要慢的多，這使得公開(kāi)密碼算法在大數(shù)據(jù)量的加密中應(yīng)用有限。非對(duì)稱(chēng)加密的優(yōu)點(diǎn)在于用戶(hù)不必記憶大量的提前商定好的密鑰，因?yàn)榘l(fā)送方和接收方事先根本不必商定密鑰，發(fā)放方只要可以得到可靠的接收方的公開(kāi)密鑰就可以給他發(fā)送信息了，而且即使雙方根本互不相識(shí)。但為了保證可靠性，非對(duì)稱(chēng)加密算法需要一種與之相配合使用的公開(kāi)密鑰管理機(jī)制，這種公開(kāi)密鑰管理機(jī)制還要解決其他一些公開(kāi)密鑰所帶來(lái)的問(wèn)題。常用的非對(duì)稱(chēng)加密算法有RSA等。實(shí)現(xiàn)一個(gè)信息加密與隱藏工具設(shè)計(jì)思路界面設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)根據(jù)前面理論的分析，從信息加密與隱藏兩個(gè)主要方面著手，將兩大塊分開(kāi)進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，做成不同的功能界面，每局部功能又都分別包括了對(duì)文本文件和圖片文件的操作。為了方便操作與演示，因此在界面設(shè)計(jì)上不用很復(fù)雜，只需要用有限的幾個(gè)控件來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能，通過(guò)某個(gè)控件選擇不同的文件，再通過(guò)相應(yīng)的按鈕對(duì)所選文件進(jìn)行不同操作。信息加密設(shè)計(jì)思路在實(shí)現(xiàn)對(duì)文本文件的加密與解密時(shí)，將文件內(nèi)容固定為非中文字符，即常用的ASCII字符，并采用對(duì)稱(chēng)加密算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，算法選擇用自己編寫(xiě)的簡(jiǎn)單的位操作算法，且將密鑰固定為值。信息隱藏設(shè)計(jì)思路在實(shí)現(xiàn)對(duì)圖片文件的信息隱藏與提取時(shí)，采用基于數(shù)字水印的技術(shù)，圖片格式固定為.BMP格式的文件，隱藏的過(guò)程就是通過(guò)在所選的圖片中嵌入其他的圖片，并在圖片中參加特殊的信息，而驗(yàn)證的過(guò)程就是對(duì)圖片中的特殊信息進(jìn)行提取，如果包含有特殊信息，那么說(shuō)明已對(duì)文件進(jìn)行信息隱藏，驗(yàn)證成功后將隱藏在載體文件中的圖片信息顯示出來(lái)。設(shè)計(jì)流程信息加密流程文本文件的內(nèi)容是由可見(jiàn)ASCII字符組成，每個(gè)ASCII字符都有對(duì)應(yīng)的字符值，在對(duì)其進(jìn)行加密時(shí)，可采用對(duì)稱(chēng)加密算法，對(duì)每個(gè)字符值進(jìn)行某一范圍內(nèi)的規(guī)律變換，變換后字符顯示會(huì)與原先的字符不一樣，如此循環(huán)的對(duì)每個(gè)字符進(jìn)行相同操作，就可將明文信息變換成密文信息，最后將密文信息附加到明文信息結(jié)尾局部，生成一個(gè)新的文本文件，接著再次將整個(gè)文本文件進(jìn)行加密，為的是在信息的傳輸中，保護(hù)信息。詳細(xì)的步驟如下：1．選擇所要加密的文本文件；2．用對(duì)稱(chēng)加密算法對(duì)文本文件進(jìn)行加密，生成附加信息；3．將已經(jīng)生成的附加信息添加到原明文文件后，重新生成一個(gè)新的文本文件；4．再次對(duì)新的文本文件進(jìn)行加密；5．將整個(gè)加密文件保存保存；信息隱藏流程本設(shè)計(jì)中的信息隱藏主要是針對(duì)圖片文件，即在一張圖片中隱藏另外一張圖片信息，圖片文件的格式為.BMP格式，圖片文件的度量單位是由像素點(diǎn)構(gòu)成，許多不同顏色值的像素點(diǎn)組合在一起就可以構(gòu)成一張圖片，在對(duì)圖片文件進(jìn)行操作時(shí)就是以像素點(diǎn)為根本單位進(jìn)行操作，將圖片信息隱藏在像素點(diǎn)中，像素點(diǎn)是由8位二進(jìn)制值組成，只要將信息隱藏到二進(jìn)制中就可以，最后為了使驗(yàn)證方便，在對(duì)前幾個(gè)像素點(diǎn)的值進(jìn)行規(guī)律變化，而對(duì)整張圖片的顯示無(wú)大的影響。詳細(xì)的步驟如下：1．選擇所要隱藏的圖片文件；2．提取每個(gè)像素點(diǎn)的信息值；3．獲取信息圖片的像素點(diǎn)信息值，并將其隱藏的載體圖片中；4．生成新的圖片，將前幾個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行變換；5．保存整個(gè)圖片文件；信息解密流程加密后的文本文件是由兩局部組成的，一是原明文信息，二是消息摘要，并且兩局部組合在一起加密后構(gòu)成加密文件，在進(jìn)行解密時(shí)，需要將兩部現(xiàn)分開(kāi)，這就先要解密，由于消息摘要的長(zhǎng)度和明文信息的長(zhǎng)度是相同的，這就便于提取，之后將獲取到的明文信息值用相同的加密算法進(jìn)行加密，加密后的信息于消息摘要進(jìn)行比擬，如果相同，那么說(shuō)明解密成功。詳細(xì)的步驟如下：1．選擇所要解密的文本文件；2．對(duì)文件解密，從中提取明文信息和附加信息；3．對(duì)明文信息加密，得到另一附加信息；4．將兩個(gè)附加信息進(jìn)行比擬；5．相同，那么說(shuō)明信息在傳輸中沒(méi)有被改變，否那么不然；隱藏信息提取流程對(duì)圖片文件的信息提取如同對(duì)其進(jìn)行隱藏一樣，只需要涉及到對(duì)像素點(diǎn)值的操作，首先要對(duì)圖片的前幾個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行提取，驗(yàn)證其是否按照隱藏時(shí)的規(guī)律排列，如是，那么說(shuō)明有隱藏信息，接著，將隱藏到載體圖片像素點(diǎn)中的信息通過(guò)位操作變換出來(lái)，使其為顯示圖片的像素點(diǎn)。詳細(xì)步驟如下：1．選擇所要提取隱藏信息的圖片文件；2．提取前幾個(gè)像素點(diǎn)，驗(yàn)證其是否按照隱藏規(guī)律排列；3．驗(yàn)證成功時(shí)，變換圖片的每個(gè)像素點(diǎn)值；4．將隱藏的圖片信息顯示出來(lái)；設(shè)計(jì)前言設(shè)計(jì)工具本次設(shè)計(jì)采用的是微軟的.NET2003開(kāi)發(fā)平臺(tái)，用VB.NET語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于VB.NET是可視化的開(kāi)發(fā)工具，且又是面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，對(duì)于界面的設(shè)計(jì)相當(dāng)方便和上手，而且語(yǔ)言中封裝的函數(shù)可提供所需的功能作用，使得本次設(shè)計(jì)在程序結(jié)構(gòu)上清晰而且標(biāo)準(zhǔn)。已有設(shè)計(jì)條件首先對(duì)VB.NET有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過(guò)，熟悉其語(yǔ)法規(guī)那么，了解該程序語(yǔ)言的特點(diǎn)，在平時(shí)的學(xué)習(xí)中，曾經(jīng)設(shè)計(jì)過(guò)簡(jiǎn)單的應(yīng)用軟件，具有一定的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，因此，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，能夠按照標(biāo)準(zhǔn)的軟件設(shè)計(jì)流程，參照已有知識(shí)，根據(jù)要求設(shè)計(jì)出符合目標(biāo)的成果出來(lái)。另外，在設(shè)計(jì)中，對(duì)存在的問(wèn)題，可在指導(dǎo)老師的指點(diǎn)下，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，并且提出可行的解決方案，及時(shí)修改程序的問(wèn)題，對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試，盡可能的完善本設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)目的本文描述了一個(gè)信息加密與隱藏工具的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，先從理論上進(jìn)行總體闡述，接著對(duì)功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行具體的分析和設(shè)計(jì)，從平安性的角度來(lái)說(shuō)，本設(shè)計(jì)成果不適合用于實(shí)際生活中，但從教學(xué)的角度來(lái)考慮，通過(guò)課堂上的演示，可使學(xué)生更好理解這方面的知識(shí)原理，增強(qiáng)教學(xué)效果。信息加密與隱藏設(shè)計(jì)過(guò)程分析信息加密本功能的設(shè)計(jì)是用對(duì)稱(chēng)加密算法件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)文本文件的加密，文本文件是指TXT格式的文件，由于算法上的限制，文件的內(nèi)容除去了中文字符，操作的是ASCII字符，每個(gè)字符只占用一個(gè)字節(jié)的空間，這樣便于處理。首先，選擇文件格式，并選擇所操作的文件，相應(yīng)的代碼實(shí)現(xiàn)如下：OpenFileDialog1.Filter="所有文件(*.*)|*.*|文本文件(*.text)|(*.text)"Result=OpenFileDialog1.ShowDialog()IfResult=DialogResult.OKAndLen(OpenFileDialog1.FileName)>0ThenTextBox1.Text=OpenFileDialog1.FileNamestr=TextBox1.TextIfRadioButton1.Checked=TrueThenRichTextBox1.Enabled=TrueRichTextBox1.Visible=TruePictureBox2.Visible=FalseGroupBox3.Text="文本"FileOpen(1，str，OpenMode.Input)text=LineInput(1)PictureBox1.Visible=FalseRichTextBox1.Text=textmstr=textFileClose(1)ElseIfRadioButton2.Checked=TrueThenRichTextBox1.Visible=FalseGroupBox3.Text="隱藏圖片"PictureBox2.Visible=TruePictureBox1.Visible=TrueRichTextBox1.Text=""RichTextBox1.Enabled=FalsePictureBox1.Image=Image.FromFile(str)Else:MsgBox("請(qǐng)選擇文件格式")EndIfEndIf文件選定后，文件的內(nèi)容就可以一通過(guò)LineInput()函數(shù)提取出來(lái)并顯示到控見(jiàn)上，然后再惦記加密按扭，實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的加密，這個(gè)過(guò)程包括了生成消息文摘，并將消息文摘附加到原文件之后，組成一個(gè)新的文件，為了不讓外界看到文件的具體內(nèi)容，必須對(duì)新組合的文件再進(jìn)行依次加密。工作完成之后，系統(tǒng)會(huì)提示用戶(hù)進(jìn)行接下來(lái)的操作。加密時(shí)用的加密算法與生成消息摘要的算法使用同一算法，在使用算法之前，為了是字符變換之后不超出可視ASCII字符集，首先要定義幾個(gè)數(shù)值，用于恢復(fù)，如下：ConstMIN_ASC=32'Space.ConstMAX_ASC=126'~.ConstNUM_ASC=MAX_ASC-MIN_ASC+1加密算法主要實(shí)現(xiàn)代碼為：PublicFunctionstrEncrypt(ByValfrom_textAsString，ByValpasswordAsString)AsStringDimiAsIntegerDimchAsIntegeroffset=NumericPassword(password)Rnd(-1)Randomize(offset)str_len=Len(from_text)Fori=1Tostr_lench=Asc(Mid$(from_text，i，1))Ifch>=MIN_ASCAndch<=MAX_ASCThench=ch-MIN_ASCOffset=Int((NUM_ASC+1)*Rnd())ch=((ch+offset)ModNUM_ASC)ch=ch+MIN_ASCstrEncrypt=strEncrypt&Chr(ch)EndIfNextiEndFunctionPublicFunctionNumericPassword(ByValpasswordAsString)AsLongDimvalueAsLongDimchAsLongDimshift1AsLongstr_len=Len(password)Fori=1Tostr_lench=Asc(Mid$(password，i，1))value=valueXor(ch*2^shift1)value=valueXor(ch*2^shift2)shift1=(shift1+7)Mod19shift2=(shift2+13)Mod23NextiNumericPassword=valueEndFunction在以上的算法中用到了隨即生成位移量值的函數(shù)NumericPassword()。其中password為程序中指定的密鑰“123456”。經(jīng)過(guò)上述運(yùn)算之后，生成加密文件，它的內(nèi)容會(huì)顯示在控件中，此時(shí)的內(nèi)容在外界看來(lái)是無(wú)法獲取到真實(shí)內(nèi)容的，而且文件的長(zhǎng)度是原明文文件長(zhǎng)度的兩倍，因?yàn)樵撍惴ㄖ皇歉淖冏址腁SCII值，并不會(huì)增加文件的長(zhǎng)度。為了在解密驗(yàn)證時(shí)使用，必須將加密文件的內(nèi)容保存下來(lái)，點(diǎn)擊保存按扭，文件回保存到默認(rèn)的盤(pán)符下。加密算法的流程如以下圖1：開(kāi)始開(kāi)始附加消息新文件加密文件將明文與附加消息合并將明文文件加密加密圖1文本信息加密過(guò)程上述對(duì)文本文件加密時(shí)，用的是對(duì)稱(chēng)加密算法，而實(shí)際中多用的是非對(duì)稱(chēng)加密算法，用發(fā)送方的公鑰進(jìn)行加密，驗(yàn)證解密時(shí)用的是私鑰，這樣做平安性會(huì)更高，且實(shí)際應(yīng)用價(jià)值更廣。信息隱藏圖片文件由于不同于文本文件，對(duì)其進(jìn)行信息隱藏可參考數(shù)字水印技術(shù)，數(shù)字水印〔DigitalWatermark〕技術(shù)是將與多媒體內(nèi)容相關(guān)或不相關(guān)的一些標(biāo)示信息直接嵌入多媒體內(nèi)容當(dāng)中，但不影響原內(nèi)容的使用價(jià)值，并不容易被人的知覺(jué)系統(tǒng)覺(jué)察或注意到。通過(guò)這些隱藏在多媒體內(nèi)容中的信息，可以到達(dá)確認(rèn)內(nèi)容創(chuàng)立者，或者是否真實(shí)完整?；跀?shù)字水印的這種特性，可以很好的將其應(yīng)用到對(duì)圖片的信息隱藏中，因?yàn)閷?duì)圖片的處理是將信息圖片的內(nèi)容隱藏到載體圖片中，而且圖片的內(nèi)容又是由像素點(diǎn)構(gòu)成，圖片的信息隱藏技術(shù)可以用像素來(lái)隱藏信息。圖片文件有不同的格式，在這里只研究Bmp格式的文件，Bmp是Windows位圖，它可用于任何顏色深度〔從黑白到24位顏色〕，圖片內(nèi)容是保存在被稱(chēng)為象素的單位中，象素中包含有三種顏色值，分別是紅(R)，綠(G)，藍(lán)(B)，三種顏色值的不同組合可形成不同的顏色，每種顏色值占一個(gè)字節(jié)，即8位二進(jìn)制位。根據(jù)二進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換規(guī)那么，高位值代表的十進(jìn)制數(shù)比低位值要大，因此可以將顏色值的每位二進(jìn)制位劃分為不同的位平面，越高位對(duì)圖片的顯示效果影響越大，而較低位的變化影響較小。上述特點(diǎn)說(shuō)明圖片顏色值的高位在效果顯示上奉獻(xiàn)最大，低幾位的變化對(duì)顯示效果的影響從肉眼上很難分辨出來(lái)。因此，在對(duì)圖片處理時(shí)，可以將得數(shù)信息隱藏在圖片象素的低幾位中，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，可取4位值來(lái)隱藏信息位?，F(xiàn)將圖片信息隱藏算法如下設(shè)計(jì)：假設(shè)原載體圖片和隱藏圖片的尺寸的大小相同；P1(x,y)表示為原載體圖像象素點(diǎn)；P2(x,y)表示為相應(yīng)載體圖像位置的隱藏圖像象素點(diǎn)；P3(x,y)表示為添加了隱藏信息后相對(duì)應(yīng)載體圖像位置的圖像象素點(diǎn)；x,y是邏輯坐標(biāo)系中的坐標(biāo)軸，單位是象素；為了將信息隱藏在圖片中，需對(duì)相同位置的象素點(diǎn)進(jìn)行位操作，由于只能存取4位信息，那么應(yīng)當(dāng)將隱藏圖片的高4位隱藏在載體圖片的低4位中，這樣既不會(huì)影響顯示效果，有可以在驗(yàn)證時(shí)將隱藏圖片顯示出來(lái)。首先，將P1(x,y)的低4位清空，這樣做是為了不影響隱藏圖片的象素值，其次，應(yīng)將P2(x,y)的高4位移動(dòng)到低4位，使得原來(lái)的高4位清空。P1(xP1(x,y)P1(x,y)&240P2(x,y)P2(x,y)>>4P3(x,y)相或圖2圖片信息隱藏過(guò)程如圖2所示，P1(x,y)，P2(x,y)，P3(x,y)的運(yùn)算關(guān)系如下：P3(x,y)=〔P1(x,y)&11110000〕||〔P2(x,y)>>4〕圖片象素點(diǎn)的排列類(lèi)似于矩陣的格式，如圖3：PP1〔x，y〕Pn(x，y)圖3像素排列矩陣因此，必須在一個(gè)循環(huán)體中從左到右，從上至下，對(duì)每個(gè)象素點(diǎn),從P1(x,y)到Pn(x,y)進(jìn)行上述位運(yùn)算操作。經(jīng)過(guò)以上步驟之后，圖片信息已經(jīng)隱藏在載體圖片之中，P1(x,y)值已經(jīng)變?yōu)镻3(x,y)，但為了是驗(yàn)證時(shí)成功，還必須在P3(x,y)中取幾個(gè)象素點(diǎn)，來(lái)存放一些特殊的信息，用于驗(yàn)證，在這里，取前8個(gè)象素點(diǎn)，并在每個(gè)象素點(diǎn)的低四位中按順序存放0至7這八個(gè)數(shù)字信息，這樣雖然改變了原來(lái)的低四位值，但只是有限的幾個(gè)象素點(diǎn)被改變，所以并不會(huì)影響顯示效果。具體的實(shí)現(xiàn)如下：P(x,y)=(P(x,y)&11110000)||I(I是從0到7的十進(jìn)制數(shù)字)詳細(xì)算法為：PrivateSubButton2_Click(ByValsenderAsSystem.Object，ByValeAsSystem.EventArgs)HandlesButton2.ClickIfRadioButton2.Checked=TrueThenx=PictureBox1.Image.Widthy=PictureBox1.Image.Heightpic1=Me.PictureBox1.Imagepic2=Me.PictureBox2.ImageForj=0Tox-1Fori=0Toy-1c1=pic1.GetPixel(j，i)c2=pic2.GetPixel(j，i)a=c1.Arr=CInt((CByte(c1.R)AndCByte(240))OrCByte(c2.R)>>4)gg=CInt((CByte(c1.G)AndCByte(240))OrCByte(c2.G)>>4)bb=CInt((CByte(c1.B)AndCByte(240))OrCByte(c2.B)>>4)Ifrr<0Thenrr=0Ifrr>255Thenrr=255Ifgg<0Thengg=0Ifgg>255Thengg=255Ifbb<0Thenbb=0Ifbb>255Thenbb=255c1=c1.FromArgb(a，rr，gg，bb)pic1.SetPixel(j，i，c1)NextPictureBox1.Refresh()NextForj=0To7c1=pic1.GetPixel(j，0)a=c1.Arr=CInt((CByte(c1.R)AndCByte(240))OrCByte(j+1))gg=CInt((CByte(c1.G)AndCByte(240))OrCByte(j+1))bb=CInt((CByte(c1.B)AndCByte(240))OrCByte(j+1))c1=c1.FromArgb(a，rr，gg，bb)pic1.SetPixel(j，0，c1)NextMsgBox("圖片信息隱藏成功")EndIfIfRadioButton1.Checked=TrueThenRichTextBox1.Text=strEncrypt(RichTextBox1.Text，"123456")MsgBox("文本加密成功")EndIfEndSub在這之后，就已經(jīng)完成了對(duì)圖片的信息隱藏工作。解密與隱藏信息提取設(shè)計(jì)過(guò)程分析文本信息的解密在完成對(duì)文本文件的加密后，加密文件被保存下來(lái)，由于該文件是由原文件明文信息和Hash信息附加到尾部組合成，因此文件的長(zhǎng)度是明文的兩倍，當(dāng)驗(yàn)證的時(shí)候，需要將兩局部信息分開(kāi)，并分別對(duì)兩局部信息進(jìn)行相應(yīng)的操作。首先，由于整個(gè)加密文件已經(jīng)加過(guò)密，應(yīng)通過(guò)DeStrEncrypt()進(jìn)行一次解密，因?yàn)槭菍?duì)稱(chēng)加密算法，密鑰與加密時(shí)相同，都是“123456”，解密過(guò)程與加密過(guò)程進(jìn)行相反操作，加密時(shí)需要對(duì)每個(gè)字符加一個(gè)位移量，那么在解密時(shí)需要減去同樣減去相同的位移量，該位移量同樣是由函數(shù)NumericPassword()計(jì)算獲得。關(guān)鍵性代碼為：Fori=1Tostr_lench=Asc(Mid$(from.text，i，1))Ifch>=MIN_ASCAndch<=MAX_ASCThench=ch-MIN_ASCoffset=Int((NUM_ASC+1)*Rnd)ch=((ch-offset)ModNUM_ASC)Ifch<0Thench=ch+NUM_ASCch=ch+MIN_ASCDeStrEncrypt=DeStrEncrypt&Chr$(ch)EndIfNexti主要計(jì)算公式如下：ch=((ch-offset)ModNUM_ASC)當(dāng)ch進(jìn)行如上操作時(shí)，可能回超出規(guī)定的ASCII字符的范圍，因此需要加如下的條件：Ifch<0Thench=ch+NUM_ASC當(dāng)超出范圍時(shí)，通過(guò)加一個(gè)NUM_ASC使其處在規(guī)定的ASCII字符的范圍內(nèi)，此時(shí)，經(jīng)過(guò)該步驟之后，獲得了解密后的加密文件，假設(shè)表示為Msg1，它由明文MsgA和消息摘要MsgB組成，它們之間的關(guān)系如下：Msg1=MsgA+MsgB別離之后，用消息摘要算法對(duì)MsgA進(jìn)行同樣運(yùn)算，可得到另一個(gè)消息摘要MsgB’,運(yùn)算關(guān)系如下：MsgB’=strEncrypt(MsgA，"123456")運(yùn)算之后，將MsgB與MsgB’進(jìn)行比擬，當(dāng)兩者完全相同時(shí)，那么說(shuō)明驗(yàn)證成功，否那么會(huì)提示文件非法。主要代碼為：IfRadioButton1.Checked=TrueThenstrtemp1=DeStrEncrypt(RichTextBox1.Text，"123456")str=strtemp1.Substring(halflen，halflen)strtemp2=strtemp1.Substring(0，halflen)strtemp2=DeStrEncrypt(strtemp2，"123456")IfString.Compare(str，strtemp2)=0ThenRichTextBox1.Text=strtemp2MsgBox("驗(yàn)證成功！")ElseIfString.Compare(str，strtemp2)<>0ThenMsgBox("非法文件，來(lái)源不明！")EndIfEndIf詳細(xì)流程如圖4：加密文件加密文件MsgBMsgAMsgB’解密加密比擬驗(yàn)證圖4解密過(guò)程隱藏信息的提取完成對(duì)圖片的信息隱藏之后，驗(yàn)證工作就變得相對(duì)容易，對(duì)其驗(yàn)證也是根據(jù)同樣的原理進(jìn)行，首相，必須對(duì)特殊信息進(jìn)行提取，只有經(jīng)過(guò)信息隱藏后的文件才包含有特殊信息，當(dāng)提取出特殊信息時(shí)，就說(shuō)明驗(yàn)證成功，否那么失敗，驗(yàn)證成功后，就應(yīng)將隱藏信息顯示出來(lái)，該過(guò)程是將象素的低四位值移到高四位。提取特殊信息時(shí)，只對(duì)前八個(gè)象素點(diǎn)進(jìn)行操作驗(yàn)證，之前，在信息隱藏操作時(shí)，前八個(gè)象素點(diǎn)的低四位中依次隱藏著0至7的數(shù)字信息，驗(yàn)證時(shí)，順序比擬，如果包含有這八個(gè)數(shù)字，那么說(shuō)明是經(jīng)過(guò)處理的文件，成功后，再顯示隱藏圖片。具體算法公式為：P2(x,y)=〔P3(x,y)&00001111〕<<4詳細(xì)算法代碼為：IfCInt((CByte(c.R)AndCByte(15)))