基于LSB算法的图像数字嵌入技术软件系统设计

罗 娜

(重庆科创职业学院,重庆 402160)

0 引言

嵌入技术的形成,以更强信息安全为视角,为系统建设提出全新方向。嵌入技术是借助人们视觉能力,对冗余、数字各项文件资料进行加密保护,以信息变换为加密方式,在公开信息传输路径进行重要资料的传输。嵌入技术成功将重要资料写入载体。载体类型有图像、文本、音频等。现阶段,嵌入技术在系统使用后,能够有效进行病毒追踪、数据加密、数据防篡改等保护工作,获得广泛应用。

1 信息嵌入技术

1.1 技术模型

嵌入技术能够有效隐藏重要图像信息,将其存放在对图像信息干扰作用不大的载体中[1]。在信息嵌入时,信息传输人员使用密钥,有效完成重要图像信息的加载,由此获得载密文件。加载重要资料后,在信息传输期间,可能会承受其他方信息窃取与攻击问题,由此形成信息传输未完成的问题。在载密文件传输完成时,进行重要资料的有效提取,信息接收人员可使用密钥,有效提取重要资料。

1.2 性能指标

1.2.1 文件隐藏性

本设计结合载体图像各项资料特征,比如信息相关性、资料统计性等,进行图像信息的嵌入加密。在载体文件中载入重要资料后,对于载体图像自身质量不发生干扰作用,兼具信息传输的载体隐蔽性。与此同时,保密资料的添加,对于载体文件自身质量不具有改变能力,更不会更改载体文件的数据资料统计方式。在此技术条件下,图像检测技术无法确定载密文件中的重要资料。一般情况下,对于加密图像进行信息检测时,主要使用误差M、信噪比的最大值P,检测公式为:

在(1)与(2)两个公式中,载密图像的宽度为W、高度为H,载密图像的外装像素为Xj,k,载密图像的保护资料像素为X′j,k。如果图像清晰度不高,则信噪比的最大值P相对较小,M误差结果偏大。如果图像清晰度较高,则信噪比的最大值P相对较大,M误差结果偏小。

1.2.2 数据资料容量大

在加密通信途径中使用信息嵌入技术,能够提升资料交互能力,便于每组加密载体文件中容纳更多重要资料。嵌入技术的资料容量兼容能力,是反映嵌入技术性能的关键指标,能够在重要资料隐藏后,对文件进行保密传输,确保载体图像文件中能够有效兼容重要资料,此时能够获得比特参数的最大值。

1.3 LSB嵌入算法

在嵌入技术范围内,LSB算法应用时间较长,图像文件中载入重要数据时,采取的一般加载方式是:在空域范围内进行LSB参数的更迭与替换。在LSB嵌入算法使用时,图像文件类型以BMP为主。在此图像中含有若干个像素成分,以灰度图像为例,每组像素均拥有特定的灰度值。此参数范围介于0与255之间,0对应的是黑色,255表示白色,在灰度值逐级增加时,证明图像亮度逐渐增强。每个图像文件的灰度属性,采用二进制法给予表示[2]。

2 图像嵌入分析技术

2.1 嵌入分析

图像嵌入分析技术是对应图像资料写入的反向检测方法,旨在确定载入保密资料的文件中的重要资料存在性,用于排查图像资料中含有重要资料的可能性。图像信息的写入分析技术,在实践应用时,能够验证嵌入技术的成熟性,借助检测与评价方式,获取嵌入技术重要资料传输的安全性。

2.2 性能指标

2.2.1 准确性

图像嵌入分析方法,分析结果的准确性,是测定重要文件准确性的关键依据,是嵌入分析算法中的关键评价指标。一般情况下,分析结果准确性是使用虚警比值、错漏申报概率、检测准确率3个参数给予反馈。

2.2.2 实用性

在图像嵌入分析层运行时,分析结果的实用性获得了广泛应用,可借助允许现实、检测结果平稳性、程序运行情况进行评价。在此种情况中,检测分析的动态情况,能够获取一次嵌入分析时间。分析时间较短时,证明此种嵌入算法具有较高的实时反馈能力。

2.3 卡方检测技术

LSB算法给出了嵌入分析的卡方检测流程。通常情况下,LSB算法借助图像文件中最小效位,确保重要资料载入效果。或者说,载密图像的灰度属性,在未发生变化时,可能完成了2i向2i+1的转变。

设定载密图像文件的灰度属性为j,像素参数为hj。在图像文件中如果未添加保密资料,此时h2i与h2i+1的参数结果存在较大差异。换言之,如果图像文件为载密状态,h2i与h2i+1两个参数趋于接近。保密资料在载入前期,对其进行了加密处理,加密方式:0与1两个参数随机排布形成比特流,有50%概率的加密结果为0,1。

公式(4)中q表示图像加载的判断参数。如果载密图像对应的灰度参数结果为2i,此时给予q的作用为1/2。如果图像灰度参数为2i+1,此时给予q的作用为-1/2。在加密图像文件中,灰度属性为2i,2i+1的数量为2倍。如果各图像文件中均拥有1比特加密资料,则在灰度值为2i、2i+1时的可能性仅有50%。当2倍的结果较大时,可使用极限定理进行处理。在极限处理中能够获取N(0,1)的分布情况,如果分布为正态,可使用公式(5)的卡方分布算法。

公式(5)中r表示图像过载的判断参数,k表示2i与2i+1组合个数,=0时,不予考虑。如果r值较小,证明图像过载的概率较高;如果r值较小,说明图像载入重要资料的概率较小。则图像过载概率的算法为公式(6)。

公式(6)中的A表示xk-12,在p趋近于1时,证明图像文件含有加密资料。

3 以LSB算法为技术视角,嵌入多色图像信息的算法

3.1 嵌入方法

图像资料加密处理含有写入与提取两个程序。资料传送方使用LSB算法,将重要资料保存在图像文件中。算法中实际使用的图像规格长宽均为512,图像为多彩类型。

3.2 提取方法

在重要资料提取时,相当于是资料写入的反向过程。为确保资料提取的准确性,提取顺序类似于写入过程。资料接收、信息传送两个主体,借助个人通信路径,能够有效确定密钥类型,使用LSB算法确定写入重要资料的具体像素。

假如,需要写入的重要资料,其加载图像参数分别为51,96,31,获得参数的对应比特流:51对应1,1;96对应1,1;31对应1,0。使用极限定理获取3组比特流的确定参数,即1,1,0。如果加密资料分别为1,1,0,载密参数分别为51,96,31,则可获得加密资料为:加密资料2=比特流参数2=(0,0,1)2。

3.3 系统运行

在嵌入系统运行时,使用长宽均为256的多彩图像进行资料写入与提取,总共进行4组图像加密处理,分别从人像、风景、植物等类型,进行多彩图像载体选择。经系统运行发现:LSB算法能够确保加密图像文件使用的有效性,减少数据丢失问题。

4 结语

综上所述,以LSB算法为技术视角,形成的信息嵌入技术融合了多类学科专业内容,借助载体时空特征,在各类载体中嵌入了重要资料,形成载密单元。在信息嵌入完成时,资料窃取人员无法掌握重要信息的所在位置,达成信息保护、防窃取、防篡改的图像资料保护目标。为此,在未来可深入拓展LSB嵌入技术的适用范围,在图像信息加密保护的基础上,对音频、视频等复杂类型文件加以保护。