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随着信息处理技术和通信手段的飞速发展以及互联网的普及，图像、音频、
视频等信息都可以在各种通信网络中迅速快捷的传输。这些信息关系着国家安
全、经济发展和个人稳私等。因此，如何在互联网这样一个开放的环境下保护
信息安全、通信安全成为当今世界研究的热点。
信息安全涵盖很多方面：监察安全、管理安全、技术安全、立法安全和认
知安全等。本论文主要研究技术安全中的数据安全。目前，加密和信息隐藏是
保障信息安全与通信安全的两大核心技术。加密利用数学方法重新组织数据，
使之变成除了合法的接受者外，任何其他人要恢复原先的信息或读懂变化后的
信息非常困难。通过使用密码技术，人们将明文加密成敌人看不懂的密文，从
而阻止了信息的泄密。但是，在如今开放的互联网上，加密后的信息是一堆无
法看懂的杂乱信息，直接引导窃密者发现哪些是他的攻击对象，相当于直接将
目标暴露在窃密者眼前。窃密者可以通过跟踪密文破坏合法通信，篡改通信内
容，经典的密钥系统受到威胁。20世纪末期，随着信息技术数字化、多媒体化
及计算机通信技术的发展，国际上开始提出并尝试一种新的关于信息安全的概
念——信息隐藏技术，即将机密资料信息秘密的隐藏于一般的文件中，然后再
通过网络传递。信息隐藏和密码技术的区别在于：密码保护信息的内容，而信
息隐藏不但隐藏了信息的内容而且隐藏了信息的存在。本论文研究内容就是将
加密技术和隐藏技术结合起来。在进行信息隐藏通信之前，利用成熟的加密算
法进行置乱预处理后将秘密信息隐藏于宿主图像中传输，从而增强秘密信息的
隐蔽性；减少秘密图像的纹理特征，增加掩密信道的容量；增强含密图像抗剪
切和破损攻击的能力。
对于加密技术与隐藏技术结合的研究最为关心的四个主要方面是：可靠性、
不可感知性，抗干扰性(鲁棒性)和隐藏容量，这四者之间是互相冲突，不可能
同时达到最优的。本论文理论研究的重点就是在应用时如何平衡这几个方面，
寻求一个新的平衡点：利用加密技术对原始秘密信息进行加密置乱预处理，置
乱后得到的密文只有使用正确的解密密钥才能还原，以此增加信息的可靠性；
置乱后的信息类似于随机噪声，对攻击者判断是否隐藏了信息增加了难度，增
加了隐藏的不可感知性；为增加秘密信息的抗干扰性、提高载体图像的隐藏容
量，对传统LSB算法进行如下改进：(1)根据人眼视觉系统对颜色敏感度的理
论，通过亮度公式I=0.3R+0.59G+0.11B可知，人眼对绿色最敏感，对红色次之，
而对蓝色最不敏感。因此，可以用秘密信息替换每个象素RGB亮度分量最低不同
个位数的比特位。实验表明，B分量改变最低2位比特位，G分量改变最低1位
比特位，R分量改变最低1位比特位不会使图像发生人眼容易察觉的变化;(2)
改变传统LSB算法的替换机制。传统LSB算法的替换机制为顺序替换，本论文
提出的嵌入方案为随机选择载体图像像素，判断该像素所代表的颜色分量后，
进行1位或2位的最低有效位替换。如此，外界对含密图像进行的涂、画等恶
意攻击被分散到秘密信息的不同地方，形成了点状的随机噪声，大大降低对视
觉效果的影响，有效的提高了秘密信息的抗干扰性。另外，随机嵌入法在不改
变秘密信息抗干扰性的基础上，在一定程度上还可增加载体图像的隐藏容量。
本论文在理论上所作的主要工作及所取得的成果，分述如下。
1)本文在第4章对IDEA加密算法进行了研究，并在第5章对其密钥空间
进行相应的改善后将该算法应用于数字图像的颜色空间置乱上，提高秘密信息
的可靠性与不可感知性；
2)第6章研究了生成无重复随机数序列问题，实现了LSB无重复随机嵌入
方案，将外界对含密图像的恶性攻击分散到画面的不同地方，提高了传统LSB
算法的鲁棒性；随机嵌入方案对载体图像的质量影响大大减少，得到的含密图
像与载体图像的峰值信噪比增加2-3dB，提高了含密图像的不可感知性；利用无
重复随机嵌入方案在一定程度上也可提高载体图像的隐藏容量。
本论文在应用上所作的主要工作及所取得的成果，分述如下：
1)本论文第4章分析了动态链接库的功能与结构，阐述了Visual C++生成
动态链接库与Visual Basic调用动态链接库的方法以及Visual C++与Visual
Basic联合调试的过程。并生成了可供使用的IDEA动态链接库。该动态链接库
提供11个导出函数，10个内部函数，可对字节数组、字符数组、整型数、字符
串和文件等5种类型的入参变量进行加密置乱，并提供了生成密钥的函数。利
用该动态链接库，用户可方便的对不同类型的文件进行加密置乱；
2)Visual Basic为前台开发工具，通过指定待加密文件的完整路径，调用
提供的IDEA动态链接库提供的文件加、解密函数实现任意类型文件的加、解密；
3)Visual Basic为前台开发工具，通过Oracle提供的0040技术实现与
Oracle数据的连接；提供提取和存储Oracle数据库BLOB字段中数字图形图像
文件的功能；通过调用上步提及的IDEA动态链接库实现对Oracle数据库中存
储的数字图像进行加密置乱；
4)24位BMP图像的位平面信息绘制功能，即各个像素点的各个分量的相同
位共同组成的新的二值图像。利用该功能可以分析BMP图像的位平面特性；
5)绘制BMP图像LSB与MSB信息的功能，即最低有效位信息和最重要位信
息，通过数值与模型分析指出LSB所蕴含的信息对于图像整体来说，能量很微
弱，在视觉上很难察觉，是进行信息隐藏的有效宿主空间；
6)基于本论文提出的无重复随机嵌入方案的信息隐藏与提取功能，实现在
BMP格式数字图像中隐藏或提取秘密信息；
7)计算图像均方根误差MSE与峰值信噪比PSNR：对于载体图像和含密图像，
采用均方根误差MSE来反映它们之间的误差，采用峰值信噪比PSNR衡量它们之
间的客观保真度。均方根误差越小，说明两幅图像越相似；峰值信噪比越大，
说明载体图像的保真度越好，两幅图像越接近。