一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法，本方法首先运用改进的Arnold变换对图像进行预处理，然后将其用LSB算法嵌入在背景图像中构造出含有加密图像的新图像。加密过程主要分为四大步骤：计算出背景图像能够容纳的信息量、输入密钥，并使用改进的Arnold变换对隐藏信息图像进行预处理、存储隐藏信息图像的尺寸、使用LSB算法将隐藏信息图像嵌入到背景图像中。解密过程主要分为三大步骤：提取隐藏信息图像尺寸、由LSB算法提取隐藏信息图像、输入密钥并对提取后的隐藏信息图像进行Arnold反变换解密。本发明专利技术大大加强了信息的保密性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信息隐藏
，特别是一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法。
技术介绍
信息隐藏技术(Steganography technique)是信息安全研究领域里面对于图像加密隐藏的一种技术。同时也是计算机应用领域中的其中一个典型的隐秘通道问题的解决方案，在军事领域，信息伪装等信息加密传输领域有着广泛的应用。针对信息隐藏技术这一问题，现阶段主要有时空域算法和变换域算法两种解决方案。但是两者由于本身固有的缺点，并不能很好的直接用于图像信息隐藏的实际应用中。时空域主要缺点是隐藏的信息容易被检测出来，而变换域虽然加密技术相对较好，但是信息隐藏的容量小，而且受制于图像的像素分布。图像信息隐藏技术虽然研究广泛，但是目前为止尚未有一种完美的解决方案，而且对于不同的应用场景采用的隐藏方案也不同。2007年，邵利平等人在《二维非等长图像置乱变换》一文中讨论了改进的Arnold变换用于非等长图像加密变换的几种算法；2012年，夏煜等人在《基于图像的信息隐藏分析技术综述》一文中则讨论了现阶段图像隐藏分析技术的发展，对于嵌入了隐秘信息的图像的探测的方法做了介绍。目前图像的信息隐藏目的主要是防止被检测、被破解出来；但如何做好防检测、防破解是目前还亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，而提供一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法，利用改进的Arnold变换对需要隐写的隐藏信息图像进行变换，然后利用LSB算法将隐藏信息图像嵌入到背景图像中生成加密后图像，加密后图像与背景图像从肉眼上无法分辨；解密时仅需加密后图像便可分理出隐藏信息图像。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本专利技术提出的一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法，包括以下步骤：步骤1、加载背景图像，并计算出该背景图像可容纳的最大像素数；若隐藏信息图像的像素数超过最大像素数，则用户对隐藏信息图像进行裁剪；步骤2、采用改进的Arnold变换对隐藏信息图像进行预处理；具体如下：步骤2.1)、用户输入2个密钥的数值key1、key2，key1和key2均为正整数；步骤2.2)、用户选择下述加密方式中的任一种对隐藏信息图像进行加密：第一种加密方式：每个隐藏信息图像像素的新的坐标为(x′，y′)，其中：x′＝(x+key2*y)，y′＝y；第二种加密方式：每个隐藏信息图像像素的新的坐标为(x′，y′)，其中，x′＝x，y′＝(key2*x+y)；其中，(x，y)是需要加密的隐藏信息图像的原始像素坐标；然后x′、y′分别对隐藏信息图像的宽度A.width和高度A.height进行取余运算：x″＝x′mod A.width；y″＝y′mod A.height；步骤2.3)、将原来坐标为(x，y)的像素点搬移到新的像素点(x″,y″)处；步骤2.4)、重复执行步骤2.2)-步骤2.3)key1次；步骤3、将隐藏信息图像的尺寸存储在背景图像的开头；步骤4、将经过步骤2预处理后的隐藏信息图像使用LSB算法嵌入到背景图像中，从而生成加密后的图像；步骤5、提取隐藏信息图像尺寸；步骤6、由LSB算法提取隐藏信息图像；步骤7、用户输入密钥并对提取后的隐藏信息图像进行Arnold反变换解密，从而恢复了隐藏信息图像的原始数据。作为本专利技术所述的一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法进一步优化方案，所述步骤3具体如下：步骤3.1)、遍历背景图像的前4个像素，每个像素包含3个字节；首先将隐藏信息图像的高度A.height每2bit一组拆分，按照顺序直接替换背景图像中前6个字节中每个字节的最末2bit；步骤3.2)、将隐藏图像A的宽度A.width每2bit一组拆分，按照顺序直接替换背景图像中后6个字节中每个字节的最末2bit。作为本专利技术所述的一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法进一步优化方案，所述步骤4具体如下：步骤4.1)、跳过背景图像的前4个像素的隐藏信息图像的尺寸存储区，对隐藏信息图像进行LSB加密；设初始迭代次数i＝1；步骤4.2)、依次取出隐藏信息图像中的第i个字节，将该字节的最高2bit存放在背景图像的第(4+i)个像素的第1个字节的末2bit中，直接替换掉背景图像的第(4+i)个像素第1个字节的末2bit；步骤4.3)、然后取出该字节的第6位、第5位的数据放在背景图像的第(4+i)个像素的第2个字节的末2bit中；步骤4.4)、当i小于隐藏信息图像的所有字节数量，则i＝i+1，重复步骤4.2)-步骤4.4)；直到将隐藏信息图像的所有字节全部被放入背景图像中，这样就生成加密后图像。作为本专利技术所述的一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法进一步优化方案，所述步骤5具体如下：步骤5.1)、加载加密后图像到内存；步骤5.2)、提取出加密后图像的前4个像素数据，其中，根据加密原理，前2个像素为图像的高度数据，后2个像素为图像的宽度数据；前2个像素中，每个像素按照顺序直接提取其中每个字节的最末2bit，然后拼接在一起形成12bit的数值，该数值就是隐藏信息图像的高度数值A.height；步骤5.3)、提取出加密后图像的前4个像素中的后2个像素数据，后2个像素中，每个像素按照顺序直接提取其中每个字节的最末2bit，并按顺序直接拼接成12bit的数值，该数值就是隐藏信息图像的宽度数值A.width。作为本专利技术所述的一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法进一步优化方案，所述步骤6具体如下：步骤6.1)、跳过加密后图像的前4个像素；步骤6.2)从加密后的图像的第5个像素开始，将每个像素的每个字节的最末2bit提取出来按照顺序拼接，最终生成带有改进Arnold变换后的隐藏信息图像。作为本专利技术所述的一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法进一步优化方案，所述步骤7具体如下：步骤7.1)、如果是第一种加密方式，则根据公式x1＝(x″-key2*y″)，y1＝y″进行图像Arnold反变换解密；如果是第二种加密方式，则根据公式x1＝x″，y1＝(-key2*x″+y″)进行图像Arnold反变换解密；步骤7.2)、然后x1,y1分别对隐藏信息图像的宽度A.width和高度A.height进行取余运算：x＝x1 mod A.width，y＝y1mod A.height；如果x<0则x＝x+A.width，如果y<0则y＝y+A.height；步骤7.3)、重复执行步骤7.1)到步骤7.2)key1次，这样就恢复了隐藏信息图像的原始数据。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)将Arnold变换用于图像信息隐藏技术当中；(2)使用LSB算法结合Arnold变换嵌入图像，使得隐藏的信息容量更大，而且由于图像变换后呈现无规则排列，因此难以被检测到包含隐藏信息；(3)用户通过3个密钥的形式加密，大大加强了信息的保密性；(4)加密后图像具有一定的防破坏能力，损失一定的像素信息隐藏信息图像仍然能够被恢复；(5)采用改进的Arnold变换算法，可以对非等长的图像进行加密本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、加载背景图像，并计算出该背景图像可容纳的最大像素数；若隐藏信息图像的像素数超过最大像素数，则用户对隐藏信息图像进行裁剪；步骤2、采用改进的Arnold变换对隐藏信息图像进行预处理；具体如下：步骤2.1)、用户输入2个密钥的数值key1、key2，key1和key2均为正整数；步骤2.2)、用户选择下述加密方式中的任一种对隐藏信息图像进行加密：第一种加密方式：每个隐藏信息图像像素的新的坐标为(x′，y′)，其中：x′＝(x+key2*y)，y′＝y；第二种加密方式：每个隐藏信息图像像素的新的坐标为(x′，y′)，其中，x′＝x，y′＝(key2*x+y)；其中，(x，y)是需要加密的隐藏信息图像的原始像素坐标；然后x′、y′分别对隐藏信息图像的宽度A.width和高度A.height进行取余运算：x″＝x′mod A.width；y″＝y′mod A.height；步骤2.3)、将原来坐标为(x，y)的像素点搬移到新的像素点(x″,y″)处；步骤2.4)、重复执行步骤2.2)‑步骤2.3)key1次；步骤3、将隐藏信息图像的尺寸存储在背景图像的开头；步骤4、将经过步骤2预处理后的隐藏信息图像使用LSB算法嵌入到背景图像中，从而生成加密后的图像；步骤5、提取隐藏信息图像尺寸；步骤6、由LSB算法提取隐藏信息图像；步骤7、用户输入密钥并对提取后的隐藏信息图像进行Arnold反变换解密，从而恢复了隐藏信息图像的原始数据。...

【技术特征摘要】
1.一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、加载背景图像，并计算出该背景图像可容纳的最大像素数；若隐藏信息图像的像素数超过最大像素数，则用户对隐藏信息图像进行裁剪；步骤2、采用改进的Arnold变换对隐藏信息图像进行预处理；具体如下：步骤2.1)、用户输入2个密钥的数值key1、key2，key1和key2均为正整数；步骤2.2)、用户选择下述加密方式中的任一种对隐藏信息图像进行加密：第一种加密方式：每个隐藏信息图像像素的新的坐标为(x′，y′)，其中：x′＝(x+key2*y)，y′＝y；第二种加密方式：每个隐藏信息图像像素的新的坐标为(x′，y′)，其中，x′＝x，y′＝(key2*x+y)；其中，(x，y)是需要加密的隐藏信息图像的原始像素坐标；然后x′、y′分别对隐藏信息图像的宽度A.width和高度A.height进行取余运算：x″＝x′mod A.width；y″＝y′mod A.height；步骤2.3)、将原来坐标为(x，y)的像素点搬移到新的像素点(x″,y″)处；步骤2.4)、重复执行步骤2.2)-步骤2.3)key1次；步骤3、将隐藏信息图像的尺寸存储在背景图像的开头；步骤4、将经过步骤2预处理后的隐藏信息图像使用LSB算法嵌入到背景图像中，从而生成加密后的图像；步骤5、提取隐藏信息图像尺寸；步骤6、由LSB算法提取隐藏信息图像；步骤7、用户输入密钥并对提取后的隐藏信息图像进行Arnold反变换解密，从而恢复了隐藏信息图像的原始数据。2.根据权利要求1所述的一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法，其特征在于，所述步骤3具体如下：步骤3.1)、遍历背景图像的前4个像素，每个像素包含3个字节；首先将隐藏信息图像的高度A.height每2bit一组拆分，按照顺序直接替换背景图像中前6个字节中每个字节的最末2bit；步骤3.2)、将隐藏图像A的宽度A.width每2bit一组拆分，按照顺序直接替换背景图像中后6个字节中每个字节的最末2bit。3.根据权利要求2所述的一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法，其特征在于，所述步骤4具体如下：步骤4.1)、跳过背景图像的前4个像素的隐藏信息图像的尺寸存储区，对隐藏信息图像进行LSB加密；设初始迭代次数i＝1；步骤4.2)、依次取出隐藏信息图像中的第i个字节，将该字节的最...

【专利技术属性】
技术研发人员：张迎周，卫学渊，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32