基于随机图片密钥的扩频加密算法设计
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摘 要：该加密算法是以PN码、图片来对信息进行加密的加密算法。该算法加密、解密时都必须依靠通信双方所独有的图片、以及每一幅图片所唯一对应的PN码为密钥进行加密、解密，具有很高的安全性，而且也同时对信息进行了隐藏。该算法将扩频通信[1]的原理运用于信息加密中，不但使本程序增加了加密的随机性、抗分析性和安全性，而且还使程序具有很高的纠错能力（至少8位可纠3位错）；更重要的是，以通信双方所独有的图片作为密钥使软件安全转换为物理安全。
关键词：扩频码，图片密钥，纠错，加密隐藏
中图分类号：TH-3 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）0020(C)-0210-0１
一、加密原理
（一）将明文按txt格式，以7个字节为单位进行读取。将每字节对应位（即权重相同）放在一起，再在最后加一奇校验位构成一个新的字节，最后共得到8个字节。
（二）将8个字节的每位扩展为一个字节，比如某位为1就扩展为11111111，每字节可得到一8×8矩阵。该矩阵的特点是行要么为11111111，要么为00000000。每列构成奇校验。
（三）将每字节所得的8×8矩阵与一PN码产生的8×8的矩阵进行莫尔加，得到一8×8方阵。
（四）将一图片的信息每隔一个字节抽取再下一个字节的最低位，筹足64位形成8×8矩阵。将两矩阵对应位进行莫尔加后，结果放回图片被抽取位即完成加密。
二、解密原理
（一）将接收到的图片从密钥规定起始位开始隔字节抽取低位，与原始图片对应位进行莫尔加得8×8矩阵。
（二）将得到的矩阵与对应的PN码产生的8×8矩阵进行莫尔加，得8×8方阵。该矩阵的特点是行要么为11111111，要么为00000000。每列构成成奇校验。
（三）根据该矩阵的特点进行纠错。比如每行在3个bit出错的情况下，可以纠回来，即取得3/8的纠错能力，如果再根据每列构成奇校验的特点还能再提高纠错能力。
（四）将纠错后的8×8矩阵变为一个字节，即以行为单位，若行为11111111变为1，行为00000000变为0。
（五）将8个8×8矩阵得到的8个字节，每字节去掉最后一位奇校验位，然后把8个字节的对应位放在一起，最终可得7字节明文信息。
三、图片管理
本算法由于把图片作为密钥，所以图片的管理至关重要。我们将通信双方独有的图片分别放到12个文件夹里，分别对应月份。每个文件夹放置31张图片，对应天数；使用时按日期选择图片。图片命名规则是两个英文字符加数字，如gf17.jpg。Gf对应着不同的PN码，17对应于图片操作的起始位置。解密方的图片和命名规则完全一样，所以这部分密钥信息由图片本身决定而不发送。
四、加密效果
一般的数码相片（JPEG）能容纳的字符有限，通常在120到300之间，超过了就会损坏图片格式，但依然可以解密。对于位图则没有这个条件限制。上面的图片大小为1.05M，格式为BMP。从上面两张图片中可以看出，加密少量汉字时，加密图片和原图片肉眼无法分辨，而当加密信息非常大的时候，加密后的图片会出现一条条斜着划过图片的斜线。加密信息越大，斜线数量越多。理论上可加密的明文大小为图片大小的1/128。
五、总结
一般的图片LSB加密方式直接采用最低比特位替代法[2]，当被截获后很容易在LSB中提取信息并解密。本算法采用的图片本身也作为密钥，且为通信双方所独有，即使他人截获了加密图片也会因为没有原图片而无法解密。
（二）用直扩的方式，实现信息加密和分散隐藏，提高了密文的随机性和抗干扰能力。对加密图片而言更接近于叠加在上面的高斯噪声。
（三）无线通信的适用性
正是引入了直接序列扩频的思想，使改加密算法对于加密信息而言取得了3/8的纠错能力，非常适合在恶劣的无线通信环境下通信。
作者单位：四川大学电气信息学院
作者简介：郭峰（1990.08― ），男，四川遂宁人，四川大学电气信息学院通信工程本科在读；方洋（1989.10― ），男，湖北黄冈人，四川大学电气信息学院通信工程本科在读；陈鑫（1989.11― ），男，四川遂宁人，四川大学电气信息学院通信工程本科在读。
参考文献：
[1]曾兴雯,刘乃安,孙献璞.扩展频谱通信及其多址技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.
[2]王朔中,张新鹏,张文开.数字密写和密写分析[M].北京:清华大学出版社,2004.
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