數字圖像加密技術及其安全性分析

劉為超

（洛陽師范學院信息技術學院，河南 洛陽471934）

在互聯網時代中，數字圖像已經成為信息傳遞的主要表現形式之一，普遍的存在于人們的日常生活中，甚至在國家機密中也發揮了很大的作用。因此，對其進行加密是時代發展的必然需求，不僅是為了保護個人信息不被泄露，更是為了維護國家的安全。而對數字圖像信息進行加密是網絡時代維護個人和國家信息安全的重要手段，同時也是信息隱藏技術未來的發展方向之一。

1 數字圖像加密技術

1.1 數字圖像加密技術的發展歷程

數字圖像加密技術是由早期密碼學理論經過發展形成的。在當今社會中，密碼一詞并不陌生，人們的銀行卡、各個軟件、登錄網站都會涉及，可以說是在人們生活中普遍存在。密碼就是將可懂的明文轉換成不可懂明文?，F如今，密碼已經發展成為一門學科，是一種尖端技術科學。而密碼學的發展就是在編碼和破譯之間不斷實踐的過程。當代科學技術的發展和應用，使得密碼學與數學、語言學、聲學、電子學等眾多學科緊密相連。在數字圖像加密技術的發展中，文字和數碼的加密和解密為其提供了理論依據。在經典密碼學中，二進制流是其常見類型，而數字圖像的效果卻未引起過高的高度。由于數字圖像具有數據量大、實時性高的特點，與經典密碼的加密方法不是很匹配。而計算機圖形學對圖像安全性的重視度不高，基于這樣的環境背景，數字圖像加密技術引起了學者的高度重視。

1.2 數字圖像加密技術的現狀

隨著數字圖像的應用越來越廣泛，受重視程度也越來越高，在世界上也掀起了數字圖像加密技術的研究熱潮?，F如今，國內外的研究機構、公司和大學已經先后開始對其進行深入的研究，在信息安全和密碼學的相關期刊上都可以看到關于數字圖像加密技術的論文和報告?，F階段，我們所使用的數字圖像加密算法都是應用現代密碼體制對數字圖像文件直接加密，在安全性上現代密碼體制可以為其提供保障，因此人們對數字圖像加密技術的安全性和保密性還是比較滿意的。而在密碼學設計中，高度強調非線性變換的引入，如混沌等非線性科學的引入將極大的推動密碼學的發展，但是兩者之間的完美結合還需要相當一段時間才能夠實現?，F如今，生物特征識別理論和技術的發展是我們有目共睹的，因此數字圖像加密技術也將會有更好的發展。

2 我國數字圖像加密技術的應用

現如今，數字圖像處理技術無論是在研究上還是在應用上都得到了很好的發展，在加上網路技術的快速普及，為數字圖像加密技術的進一步發展提供了有力的條件。人們在日常的生活和工作中，可以直接對數字圖像進行保密傳輸、數字圖紙安全傳輸、自動化辦公系統的圖像傳輸。數字圖像加密技術在軍事方面也得到了廣泛的應用，例如：新型武器圖、軍事資料、軍事設計圖紙數字圖像的傳輸，都需要進行加密以保障傳輸過程中的安全性和保密性。但是當今時代對數字圖像加密技術的研究更多的是關注其在加密后的隱藏應用上，例如我們將對相關數據信息進行先加密，隨后再將加密后的數據信息隱藏在一些載體中，這樣當加密后的數據通過不安全網絡時也不會被破壞或是破譯，這樣可以使數據圖像的安全和保密得到進一步的保障。因此，加密后的圖像再隱藏可以使數字圖像加密技術擁有更好的發展前景。

3 數字圖像加密技術安全性

隨著計算機技術的和互聯網的快速發展，衍生出了數字圖像信息安全的問題。在數字圖像加密技術的發展過程中，由于克服了存儲方面的困難已經迅速發展成為信息表達方式的主要表現形式。然后，數據圖像信息安全性問題也一度成為國際熱議的課題。通過對數字圖像加密技術的安全性進行研究，主要體現在數字圖像信息安全隱藏和偽裝的研究上，進行如下的分析：

3.1 數字圖像置亂

數字圖像置亂分為空間域置亂和頻域置亂兩種，是指置換數字圖像的空間域或對數字圖像的變換域參數進行修改，以獲取令完全看不懂的雜亂圖像作為傳輸數字圖像的表象，用來掩蓋真實的數字圖像信息，進而對真實的數字圖像信息進行保護，提高其在傳輸過程中的安全性?，F如今，隨著研究學者不斷對其進行深入的研究，相繼提出了數字圖像變換的新算法，例如：arnold 變換、FASS 曲線、幻方變換、生命模型、混沌置亂等。這些數字圖像的新算法已經被廣泛的應用到數字圖像信息安全處理中，也被是在數字圖像的預處理和后處理中，可以很好的掩蓋真實的數字圖像信息，最大可能為數字圖像信息的安全提供保障。

3.2 數字圖像信息隱藏

提到數字圖像信息隱藏相信大家對其并不陌生，在經典密碼學中就存在信息隱藏，而數字圖像信息隱藏于其非常類似。其原理都是將公開的圖像作為載體，在其中一些視覺不敏感的圖像像素中嵌入一些需要隱藏的信息。即先將數字圖像信息進行保密，然后再將經過保密處理的數字圖像信息隱藏其他圖像中，往往都會選擇公開的圖像中。這主要是因為公開的圖像因其自身具有的迷惑性或是對方放松警惕，因此不易被察覺，可以有效的降低對方的注意力，反倒可以減少數字圖像信息遭受攻擊和破譯的機會，因此數字圖像信息隱藏也可以在一定程度上保護數字圖像加密的安全性。

3.3 數字圖像水印技術

數字圖像水印技術簡稱為數字水印，這是一種可以按照某種方式將著作權人身份的信息植入到出版物中的技術，分為魯棒性的認證水印和脆弱性的認證水印技術。因此數字圖像水印技術在圖書、期刊、論文的發表中甚至國防軍事通信中被廣泛的應用，可以有效的解決版權糾紛問題。當發生版權糾紛事件時，為了維護著作權人的權力，可以采用數字圖像水印技術對出版物中的身份信息按照相應的算法進行提取，提取之后就會將之前植入數字水印信息顯示出來，這樣就可以對從版權的歸屬問題進行驗證，以維護出版物著作權人的合法利益，避免出現非法盜版問題。

3.4 數字圖像分存

數字圖像分存是在數字圖像信息隱藏的基礎上再對數字圖像信息進行分散的技術，因此這一技術不僅可以對數字圖像信息進行保密和隱藏，還可以實現對保密的數字圖像進行分散存儲的目的。這樣的數據圖像加密技術具有較高的安全性，因為完整的數據信息被分散存儲，即使攻擊者找到其中一部分或者幾部分也無法獲取完整的加密數字圖像信息。這種加密方法與上述的方法相比，可以說是為攻擊者設計雙重障礙，在尋找分散的數據信時就會耗費攻擊者大量的時間和精力，即使全部找到也還需要繼續花費時間和精力對其進行破譯。這樣看來，數字圖像分存時對數字圖像信息設置雙重保險，不僅提高了攻擊者的難度還可以數據圖像信息擁有者之間互相牽制，最大限度的保障了信息的保密性和安全性。

綜上所述，網絡時代加速了信息技術的普及，但同時使信息安全問題越來越嚴峻。數字圖像加密技術是一項正在發展的新技術，雖然現階段的人們對其的研究取得了一定的成果，但是該項技術還需要人們對其進行深入的探索和創新，相信在不久的未來，數字圖像信息加密技術會在更多的領域發揮更重要的作用。