电子档案中数字图像加密技术探究

电子档案中数字图像加密技术探究摘要电子档案中的数字图像技术所占的比重是非常大的。

一些涉密档案必须要严密存储，那么加密就是最主要的方式。

本文通过对数字图像特点的分析，说明了对数字图像加密的方法。

关键词电子档案；加密；数字图像
中图分类号tp309 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）48-0183-02
随着电子技术的不断发展，档案的信息化建设得到快速的推进。

电子档案的保存量是非常大的。

而且由扫描仪或者数码相机扫描得到的电子数字图像档案也在不断增加。

出于保密的需要，在对电子档案进行存储之前进行加密是很重要的。

对数字图像档案的加密和解密技术的研究对档案信息化有很重要的意义。

1 数字图像加密技术的背景知识
一幅二维平面图像可用一个二元函数i=f（x,y）来表示，（x,y）表示二维空间坐标系中一个坐标点的位置，则f（x,y）代表图像在这一点的灰度值，与图像在这一点的亮度相对应。

并且图像的亮度值是有限的，因而函数i=f（x,y）也是有界的。

在图像数字化之后，i=f（x,y）则相应于一个矩阵，矩阵元素所在的行与列就是图像显示在计算机屏幕上诸像素点的坐标，元素的数值就是该像素的灰度（通常有256等级，用整数0~255表示）。

2 数字图像加密技术的特点
1）数字图像由于数据量比较大，用现有的加密技术需要的时间比较长，而且对计算机的内存量要求比较大；
2）数字图像所需的频带比较宽，要求对频带压缩技术比较高；
3）由于数字图像里各个像素的关联性比较大，因此信息的冗余度也很大；
4）数字图像会有一定程度的失真度。

3 数字图像加密的技术分类
3.1 密码体制的加密技术
现代密码技术对一维数字的信号安全保密工作提供了很好的基础，因为数字图像最后都要转化成一维二进制的数据进行传输，所以密码体制的加密技术可以应用在图像文件的加密上。

现代密码体制大致上可以分为两大类：第一类是私钥的密码体制，例如aes、des。

第二类是公钥的密码体制，例如e1gamm、rsa。

商业上和军事上的文本信息主要用私钥密码进行加密，因为私钥密码比较快。

而公钥密码由于速度比私钥密码要慢近1 000倍，故而被用来加密比较短的信息。

但是随着科学技术的不断发展，图像的数据量也越来越大，如何提高加密算法的速度是此种方法的关键所在。

3.2 相关图像的加密技术
由于图像信息多种多样，所以图像加密系统也各不相同。

主要分为两大类：一类是有加密也有数据压缩；另一类是有加密但是没有数据压缩。

如果按照加密的对象来划分也可以分为两类：一类是
对图像的数据进行加密；另一类是对图像的数据编码辅助信息加密。

还有一种分类方法是按照加密的手段来划分，可以分为应用图像数据的特点再加上现代密码技术来进行加密；还有是建立一种完全新式的密码体制来加密。

1）基于像素置换/矩阵变换的图像加密。

这种方式非常简单，但是安全性也最低。

是通过对矩阵中的点进行重新排列的过程。

这种变化结果在开始的时候比较混乱，因为像素点会不断变化，但是后期会出现回复性；
2）伪随机序列加密。

先由序列器产生伪随机点，再将像素值反白。

对于灰度图像可以进行平面分解；
3）scan加密技术。

它可以有效的访问二维空间的数据，将二维数据变为数据序列，不同扫描字代表不同的图像。

3.3 基于混沌图像的加密技术
混沌加密就是把待存储的信号加上一个混沌信号，可以使加密信号有随机噪声性态，从而可以达到保密的目的。

使用方通过去除混沌信号，来恢复真正的传输信号。

混沌加密方法是对称加密范畴的一种，其安全性主要取决于混沌信号与随机数之间的近似程度，两者越接近安全性越高，否则容易攻破。

混沌系统有以下3个特性：1）遍历性；2）混合性；3）指数发散性。

近年来有一种二维混沌加密体制，如标准映射，baker映射等置
换操作，再进行简单的替代来对数据进行加密。

3.4 基于编码压缩的加密方法
数字图像需要的数据量是很大的，在进行编码压缩的过程中同样可以完成对图像的加密。

四叉树是图像编码结构的一种，在平面的四个方向一致，用于图像分割与压缩编码中。

这种加密方法只要能找到一个好的切入点，是有很大应用前景的。

3.5 基于变换域的加密方法
主要是离散余弦变换、傅立叶变换以及小波变换来实现空间域与变换域间的转换。

对图像变换之后的系数进行保密，很大程度上减少了需要保密的数据，提高加密效率。

3.6 基于秘密分割和秘密共享的加密技术
秘密分割就像是把一张拼图打乱，各个碎片在分开的时候不能说明什么，但是一旦拼成一个整体就能发现完整的信息。

这种技术就是要在储存前把整个信息分割，把他们分别保存在不同的位置，需要使用的时候把各个碎片进行拼合就可以恢复成原始图像数据。

秘密共享的算法是shamir与1979年提出的概念，优点是即使子密钥遭到泄露也不会引起总密钥的泄露，子密钥的损失也不会影响密钥数据的恢复。

算法十分简单，而且安全性好。

不足的地方就是图像的数据量会发生膨胀，从而限制了应用。

4 数字图像加密的信息安全
数字图像虽然已经克服了储存数据量大的问题而成为一种主流
的存储方式，但是如何能够保证数据的安全是目前国际上最关注的问题。

数字图像的伪装和隐藏的算法有以下4个方面：1）数字图像的置乱
通过对空间域的置换和修改变换域参数，使图像变为杂乱无章的图像，这样可以有效隐藏真实内容。

如幻方变换、生命模型、fass、amold，这些方法的应用更大程度的保证信息安全。

2）数字图像信息的隐藏
这种隐藏方式是将需要保密的数字图像隐藏在另一幅图像中，降低注意，减少攻击。

3）数字图像的水印技术
这种方法是将某些特定信息按某种方式植入到电子出版物里，在产生版权纠纷的时候通过对数字水印的提取可以验证版权，保护作者的权益，避免盗版。

4）数字图像的分存
这种方式即可以达到信息的隐藏，又可以达到分散信息的目的。

不仅耗费了攻击者的精力，也使他们之间相互牵制，提高信息保密程度。

5 图像加密的发展趋势
1）建立数字图像的安全模型与理论框架。

包括图像的安全评价标准，安全策略，质量评价，算法抵抗攻击性；
2）找寻与压缩算法相结合的技术进行加密；
3）从安全性的角度考虑加密效果的标准；
4）数字图像技术的实用性，只有最后运用到实践中才是最重要的；
5）运用新的方法来研究加密技术。

如生物识别技术和量子密码等。

参考文献
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