由于图像信息形象生动 ,因而被人类广为利用 ,成为人类表达信息的重要手段之一 。但同时也为不法分子利用网络获取未授权数据提供了渠道 。图像发行者为了保护自身的利益 ,就需要可靠的图像加密技术 。
图像加密主要采用以下几种方法 :
基于矩阵变换 /像素置换的图像加密技术
基于置乱技术的图像加密技术总体上来说可以等效为对图像矩阵进行有限步的初等矩阵变换 ,从而打乱图像像素的排列位置 。但初等矩阵变换是一线性变换 ,其保密性不高 。而且基于 Arnold变换的加密算法和基于幻方的加密算法是不能公开的 ,这是因为它的加密算法和密钥没有有效地分开 ,这和现代密码体制的要求是不相容的 ,即它不符合 Kerckhoffs准则 ,属于古典密码体制的范畴 。在实际应用中应该加以适当的改进 ,一是使这类加密算法的保密性提高 ;二是要使这类加密算法符合 Kerckhoffs准则 ,适应现代密码学的要求 。另外 ,基于 Arnold变换的图像加密算法还有其动力学系统的庞加莱回复特性 ,而幻方矩阵也是由有限域上的元素所组成的 ,因而都容易受到唯密文迭代攻击 ,因而从根本上来说这类算法是不能公开的 。从加密算法不能公开、秘密不是完全寓于密钥这一点来看 ,这类加密算法是属于被淘汰之列的 ,除非它们能和其它加密算法有效地结合 ,从而符合现代加密体制的规范 。
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 。这好比是把可口可乐的配方交给多个人来保管 ,每个人只知道配方的一部分 ,并且这每一部分没有什么实际意义 ,但把这些人所保管的配方放在一起就是一个完整的可口可乐的配方 。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 。为了实现在多个人中分割一秘密图像信息 ,可以将此图像信息与多个随机位异或成“混合物”。
秘密共享的加密算法即把密钥 K分解为 n个子密钥 Ki,0≤ i<n,并且满足任意 k(1≤ k<n)个子密钥的结合才能恢复密钥 K,而若少于 k个子密钥则不能获得密钥 K的任何信息 ,也就是密码学上称之为门陷的技术 。在对图像信息加密的应用中 ,就是先把图像信息分成 n部分 ,每部分叫做它的影子或共享 ,这样它们中任何 m部分 (m≤ n)能够用来重构图像信息 ,即 (m,n)门限方案 。
基于现代密码体制的图像加密技术
对于图像数据来说 ,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 。其原理框图如图 所示 :
其中 :加密密钥和解密密钥可以相同也可以不相同 ,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。
基于混沌的图像加密技术
基于混沌的图像加密技术是近年来才发展起来的一种密码加密技术 。它是把待加密的图像信息看做是按照某种编码方式的二进制的数据流 ,利用混沌信号来对图像数据流进行加密的 。混沌之所以适合于图像加密 ,这是与它自身的有些动力学特点密切相关的 。
混沌加密原理
混沌加密的原理就是在发送端把待传输的有用信号叠加 (或某种调制机制 )上一个 (或多个 )混沌信号 ,使得在传输信道上的信号具有类似随机噪声的性态 ,进而达到加密保密通信的目的 。在接收端通过对叠加的混沌信号的去掩盖 (或相应的解调机制 ) ,去除混沌信号 ,恢复出真正传输的信号 。利用混沌加密进行保密通信的原理框图如图 :