基于matlab的數(shù)字圖像des加密解密研究

2014-10-07 15:23:16 大云網(wǎng)　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

摘　要：筆者通過matlab仿真des算法，對(duì)JPEG格式的數(shù)字圖像加密解密，并對(duì)其可行性進(jìn)行研究，探討一種改進(jìn)方案，以供參考。關(guān)鍵詞：des算法　數(shù)字圖像　matlab 隨著互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，自媒體、互聯(lián)網(wǎng)與

摘　要：筆者通過matlab仿真des算法，對(duì)JPEG格式的數(shù)字圖像加密解密，并對(duì)其可行性進(jìn)行研究，探討一種改進(jìn)方案，以供參考。

關(guān)鍵詞：des算法　數(shù)字圖像　matlab

隨著互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，自媒體、互聯(lián)網(wǎng)與人們的生活密不可分。互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，圖像是其基本的一種形式。然而，多媒體數(shù)據(jù)，由于其大數(shù)據(jù)量、實(shí)時(shí)性要求高等特點(diǎn)又對(duì)其安全提出了新的需求。加密技術(shù)是能為這些數(shù)據(jù)提供安全保障的唯一方法。

1　jpg格式文件介紹

　　jpg編碼：jpg文件大體上分為兩個(gè)部分：標(biāo)記碼(Tag)和壓縮數(shù)據(jù)。本文，我們用matlab中的imread函數(shù)直接讀取圖像的數(shù)據(jù)A，讀進(jìn)來的數(shù)據(jù)為一個(gè)三層的矩陣，矩陣的行坐標(biāo)和列坐標(biāo)表示每個(gè)像素點(diǎn)的位置，矩陣從第一層到第三層分別代表紅、綠、藍(lán)三中像素。例如A[x,y,1]=255，表示在(x,y)位置，紅色像素的值為0。

2　DES算法簡(jiǎn)介

　　DES算法是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局1977年1月正式確立的美國(guó)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，是一種用56位密鑰來加密64位數(shù)據(jù)的對(duì)稱加密方法。DES輸入為64位明文，64位密鑰(含8奇偶校驗(yàn)位)，輸出為64位密文。因此，執(zhí)行一次DES加密，可以完成8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)加密，輸出也為8個(gè)字節(jié)。

　　DES算法概述，如圖1：

解密處理：因?yàn)镈ES為典型的festal算法，所以加密和解密有相同過程，但是要注意解密過程的第一張置換表和最后一張置換表與加密過程要反過來。

3　DES直接加密圖像數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

　　本文用Matlab模擬數(shù)字圖像加密，程序界面（見圖2）：

3.1　加密效果與解密效果

圖3 原始圖像圖4加密圖像圖5解密圖像

　　對(duì)比加密結(jié)果和原始圖像，發(fā)現(xiàn)在像素比較密集的地方加密結(jié)果的顏色也比較重，所以我們發(fā)現(xiàn)單純的用DES算法對(duì)原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，不能有效的遮掩圖像數(shù)據(jù)整體呈現(xiàn)的特性。對(duì)比原始圖像與解密圖像，經(jīng)過加解密以后，圖像沒有發(fā)生變化，說明用DES加解密數(shù)字圖像數(shù)據(jù)是可靠的。問題：DES算法直接加密不能全部掩蓋圖像的信息

3.2　加密實(shí)時(shí)性

　　用的圖片大小為5Kb，matlab模擬加密、解密過程，加密消耗的時(shí)間為110.216446 seconds，解密消耗的時(shí)間為110.524032 seconds，所以加入直接用DES加解密，很難滿足用戶對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。

4　結(jié)論與設(shè)想中的解決方案

4.1　DES加密不能完全隱藏圖片的全部信息

　　基于混沌的理論，將初始的圖片信息用高維的廣義貓映射多輪置換，從而打亂圖片數(shù)據(jù)本身的整體規(guī)律特性。

4.2　在滿足相對(duì)高安全性的前提下，高實(shí)時(shí)性的要求如何滿足

　　大數(shù)據(jù)量導(dǎo)致加密的實(shí)時(shí)性變得很差，可以從兩個(gè)角度來減少大數(shù)據(jù)加密的時(shí)間復(fù)雜度：一是減少需要加密的數(shù)據(jù)的數(shù)量，就是選擇性加密算法；二是減少加密過程的時(shí)間復(fù)雜度，簡(jiǎn)化加密過程。

　　綜上所述，提出了一張新的加密算法的思路，加密步驟如下：

第一，將讀取到的彩色圖像分層R、G、B三層。

第二，分別對(duì)R層、G層、B層圖像進(jìn)行二維貓映射置換。

第三，只對(duì)R層數(shù)據(jù)進(jìn)行基于DES的加密。

第四，R層得到的加密數(shù)據(jù)分別與G層、B層異或。

　　方案中，利用彩色圖像R、G、B三層的數(shù)據(jù)全部進(jìn)行映射置換[4]，保證圖片像素被完全打散，然后只對(duì)R層進(jìn)行DES加密，減少了加密的數(shù)據(jù)量，時(shí)間在理論值上會(huì)減少1/3。然后根據(jù)異或算法的特性，對(duì)G、B兩層進(jìn)行加密從而達(dá)到了加密的效果。此方案的安全性可以歸約到DES算法安全性的論證上，所以應(yīng)該有比較可靠的安全性能。接下來要做的工作是論證該算法的實(shí)時(shí)性是否能真的滿足要求。

責(zé)任編輯：葉雨田

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