传统的密码学着眼于文本资料的加密处理,为数字图像的加密技术提供了最直接的理论依据,但是它的对象是二进制数据流,忽略了图像的数字生产和视觉效果,同时,由于数字图像数据量大,要求加密具有实时性,传统的加密方法难以实现。而数字图像置乱加密技术不仅可以在数字图像的空间域上进行,还可以在其频率域上进行,以及空频域同时进行,合法使用者通过自由控制算法的选择、参数的选择以及使用随机数技术,从而使非法使用者无法破译图像内容。

一、数字图像置乱加密技术原理

数字图像置乱加密技术是指发送方借助数学或其他领域的技术,对一幅有意义的数字图像作变换使之变成一幅杂乱无章的图像再用于传输;在图像传输过程中,非法截获者无法从杂乱无章的图像中获得原图像信息,从而达到图像加密的目的;接收方经去乱解密,可恢复原图像。为了确保图像的机密性,置乱过程中一般引入密钥。

二、数字图像置乱加密技术的典型应用

Arnold变换是一种广泛应用的经典置乱变换方法,下图示意了大小为128×128像素的原始灰度图像Lena以二维Arnold变换置乱若干次的不同效果图,可以看出,经过10次Arnold变换后,图像的内容已经不具有任何原图像的形状或轮廓特征,视觉上呈现为杂乱无序的、类似于噪声的分布,置乱效果非常良好:而经过96次变换后恢复为原图,证明Arnold变换具有一定的周期性。

因为任何信息流,均可以转化为二维矩阵的形式,而从数学观点出发,这又可以看成是一幅数字图像,因此,数字图像置乱加密技术实质上可以应用于任何信息流的加密处理。

数字图像置乱加密技术作为一种重要的数据加密技术,对于提高网络信息传输的安全性具有重要意义。同时,数字图像置乱又是使用信息隐藏技术进行隐蔽通信的基础性工作,数字置乱作为信息隐藏前的预处理手段,不仅可以对文件加密,而且在增强秘密文件的不可感知性、提高隐蔽通信的抗攻击性能以及增加隐蔽信道的容量等方面都具有一定的作用。

小知识之置乱

所谓“置乱”,就是将图像的信息次序打乱,将a像素移动到b像素的位置上,b像素移动到c像素的位置上……使其变换成杂乱无章难以辨认的图像。