[发明专利]一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法

摘要

本发明公开了一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法，本方法首先运用改进的Arnold变换对图像进行预处理，然后将其用LSB算法嵌入在背景图像中构造出含有加密图像的新图像。加密过程主要分为四大步骤：计算出背景图像能够容纳的信息量、输入密钥，并使用改进的Arnold变换对隐藏信息图像进行预处理、存储隐藏信息图像的尺寸、使用LSB算法将隐藏信息图像嵌入到背景图像中。解密过程主要分为三大步骤：提取隐藏信息图像尺寸、由LSB算法提取隐藏信息图像、输入密钥并对提取后的隐藏信息图像进行Arnold反变换解密。本发明大大加强了信息的保密性。

主权项

1.一种基于改进Arnold变换和LSB的图像信息加密及解密方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、加载背景图像，并计算出该背景图像可容纳的最大像素数；若隐藏信息图像的像素数超过最大像素数，则用户对隐藏信息图像进行裁剪；步骤2、采用改进的Arnold变换对隐藏信息图像进行预处理；具体如下：步骤2.1)、用户输入2个密钥的数值key1、key2，key1和key2均为正整数；步骤2.2)、用户选择下述加密方式中的任一种对隐藏信息图像进行加密：第一种加密方式：每个隐藏信息图像像素的新的坐标为(x′，y′)，其中：x′＝(x+key2*y)，y′＝y；第二种加密方式：每个隐藏信息图像像素的新的坐标为(x′，y′)，其中，x′＝x，y′＝(key2*x+y)；其中，(x，y)是需要加密的隐藏信息图像的原始像素坐标；然后x′、y′分别对隐藏信息图像的宽度A.width和高度A.height进行取余运算：x″＝x′mod A.width；y″＝y′mod A.height；步骤2.3)、将原来坐标为(x，y)的像素点搬移到新的像素点(x″,y″)处；步骤2.4)、重复执行步骤2.2)‑步骤2.3)key1次；步骤3、将隐藏信息图像的尺寸存储在背景图像的开头；具体如下：步骤3.1)、遍历背景图像的前4个像素，每个像素包含3个字节；首先将隐藏信息图像的高度A.height每2bit一组拆分，按照顺序直接替换背景图像中前6个字节中每个字节的最末2bit；A.height的位数为12bit；步骤3.2)、将隐藏图像A的宽度A.width每2bit一组拆分，按照顺序直接替换背景图像中后6个字节中每个字节的最末2bit；A.width的位数为12bit；步骤4、将经过步骤2预处理后的隐藏信息图像使用LSB算法嵌入到背景图像中，从而生成加密后的图像；具体如下：步骤4.1)、跳过背景图像的前4个像素的隐藏信息图像的尺寸存储区，对隐藏信息图像进行LSB加密；设初始迭代次数i＝1；步骤4.2)、依次取出隐藏信息图像中的第i个字节，将该字节的最高2bit存放在背景图像的第(4+i)个像素的第1个字节的末2bit中，直接替换掉背景图像的第(4+i)个像素第1个字节的末2bit；步骤4.3)、然后取出该字节的第6位、第5位的数据放在背景图像的第(4+i)个像素的第2个字节的末2bit中；步骤4.4)、当i小于隐藏信息图像的所有字节数量，则i＝i+1，重复步骤4.2)‑步骤4.4)；直到将隐藏信息图像的所有字节全部被放入背景图像中，这样就生成加密后图像；步骤5、提取隐藏信息图像尺寸；具体如下：步骤5.1)、加载加密后图像到内存；步骤5.2)、提取出加密后图像的前4个像素数据，其中，根据加密原理，前2个像素为图像的高度数据，后2个像素为图像的宽度数据；前2个像素中，每个像素按照顺序直接提取其中每个字节的最末2bit，然后拼接在一起形成12bit的数值，该数值就是隐藏信息图像的高度数值A.height；步骤5.3)、提取出加密后图像的前4个像素中的后2个像素数据，后2个像素中，每个像素按照顺序直接提取其中每个字节的最末2bit，并按顺序直接拼接成12bit的数值，该数值就是隐藏信息图像的宽度数值A.width；步骤6、由LSB算法提取隐藏信息图像；具体如下：步骤6.1)、跳过加密后图像的前4个像素；步骤6.2)从加密后的图像的第5个像素开始，将每个像素的每个字节的最末2bit提取出来按照顺序拼接，最终生成带有改进Arnold变换后的隐藏信息图像；步骤7、用户输入密钥并对提取后的隐藏信息图像进行Arnold反变换解密，从而恢复了隐藏信息图像的原始数据。