基于matlab的數字圖像des加密解密研究

2014-10-07 15:23:16 大云網　點擊量：評論 (0)

摘　要：筆者通過matlab仿真des算法，對JPEG格式的數字圖像加密解密，并對其可行性進行研究，探討一種改進方案，以供參考。關鍵詞：des算法　數字圖像　matlab 隨著互聯網大數據時代的來臨，自媒體、互聯網與

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

關鍵詞：des算法　數字圖像　matlab

隨著互聯網大數據時代的來臨，自媒體、互聯網與人們的生活密不可分。互聯網應用中，圖像是其基本的一種形式。然而，多媒體數據，由于其大數據量、實時性要求高等特點又對其安全提出了新的需求。加密技術是能為這些數據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部分：標記碼(Tag)和壓縮數據。本文，我們用matlab中的imread函數直接讀取圖像的數據A，讀進來的數據為一個三層的矩陣，矩陣的行坐標和列坐標表示每個像素點的位置，矩陣從第一層到第三層分別代表紅、綠、藍三中像素。例如A[x,y,1]=255，表示在(x,y)位置，紅色像素的值為0。

2　DES算法簡介

　　DES算法是美國國家標準局1977年1月正式確立的美國的統一數據加密標準，是一種用56位密鑰來加密64位數據的對稱加密方法。DES輸入為64位明文，64位密鑰(含8奇偶校驗位)，輸出為64位密文。因此，執行一次DES加密，可以完成8個字節的數據加密，輸出也為8個字節。

　　DES算法概述，如圖1：

解密處理：因為DES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直接加密圖像數據的實驗結果及分析

　　本文用Matlab模擬數字圖像加密，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

　　對比加密結果和原始圖像，發現在像素比較密集的地方加密結果的顏色也比較重，所以我們發現單純的用DES算法對原始圖像數據進行加密，不能有效的遮掩圖像數據整體呈現的特性。對比原始圖像與解密圖像，經過加解密以后，圖像沒有發生變化，說明用DES加解密數字圖像數據是可靠的。問題：DES算法直接加密不能全部掩蓋圖像的信息

3.2　加密實時性

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

4　結論與設想中的解決方案

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，從而打亂圖片數據本身的整體規律特性。

4.2　在滿足相對高安全性的前提下，高實時性的要求如何滿足

　　大數據量導致加密的實時性變得很差，可以從兩個角度來減少大數據加密的時間復雜度：一是減少需要加密的數據的數量，就是選擇性加密算法；二是減少加密過程的時間復雜度，簡化加密過程。

　　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R層、G層、B層圖像進行二維貓映射置換。

第三，只對R層數據進行基于DES的加密。

第四，R層得到的加密數據分別與G層、B層異或。

　　方案中，利用彩色圖像R、G、B三層的數據全部進行映射置換[4]，保證圖片像素被完全打散，然后只對R層進行DES加密，減少了加密的數據量，時間在理論值上會減少1/3。然后根據異或算法的特性，對G、B兩層進行加密從而達到了加密的效果。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時性是否能真的滿足要求。