CN114448687A - 一种基于rsa的图像文件加密方法及系统 - Google Patents

一种基于rsa的图像文件加密方法及系统 Download PDF

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黄凯
张启亮
陈金
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Abstract

本发明公开了一种基于RSA的图像文件加密方法及系统，利用RSA私钥加密用户签名信息，可有效防止签名信息被篡改；签名信息保存到元数据中，方便用户读取加密的签名信息，用自己的私钥解密签名信息，以验证签名信息的真伪；公钥存储到图像像素中，方便第三方用户获取公钥，验证签名信息的真伪；恶意篡改者在不知道这一事实的情况下，将会破坏公钥存储信息，从而保证签名信息真伪的鉴别。用户在没有告知授权人的情况下，授权人是无法从图像中获取公钥，从而保证数字签名的权限授权功能。RSA算法允许选择密钥的大小。512位的密钥被视为不安全的；768位的密钥不用担心受到除了国家安全管理（NSA）外的其他事物的危害；1024位的密钥几乎是安全的。

Description

一种基于RSA的图像文件加密方法及系统
技术领域
本发明属于互联网的安全技术领域，具体涉及一种基于RSA的图像文件加密方法及系统。
背景技术
随着互联网技术的快速发展，人们的个人信息也越来越多的被暴露在网络环境中，也使得任何人都可以方便地对图像等数字媒体信息进行修改。为了确保信息安全，也为了对数字信息的真伪和恶意篡改等行为进行鉴别，数字签名技术，在身份认证、保证信息完整性等方面具有独特的性质和功能，成为保障信息安全的重要手段之一。目前，数字签名技术已广泛应用于社会的各个领域，尤其在电子商务、电子政务等方面迅速发展。
目前数字签名方案在实用性、安全可靠性、权限授权、应用领域等方面仍然需要更进一步的发展和推广。在实际应用场景中，经常会出现需要授权其他人使用自己的数字签名的情景，但目前仍未有切实可行、高效的数字签名方案可供应用；另一方面，数字签名截图、复制、恶意篡改等行为，也导致了数字签名的安全问题。在实际生活中，使数字签名能和身份证一样，达到身份认证、信息完整性检验等功能，仍然需要进一步的深入研究。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于RSA的图像文件加密方法及系统，同时利用元数据信息和图像像素信息存储数字签名信息的方法，以解决对数字信息的真伪和恶意篡改等行为难以鉴别的问题。
为解决现有技术问题，本发明公开了一种基于RSA的图像文件加密方法，其特征在于：
步骤一、用户设置签名信息；
步骤二、使用RSA算法生成私钥和公钥；
步骤三、用私钥加密签名信息；
步骤四、将私钥加密的信息写入图片文件的元数据信息中；
步骤五、将公钥转化为二进制编码；
步骤六、将公钥的二进制编码隐藏到图像文件的像素值中，完成图像文件加密。
进一步地，
所述步骤六的过程为：公钥的二进制编码为1728位，转化为二进制为：11011000000，图像文件每一个像素包含RGB值，所述RGB值的取值范围是0-255；在像素的RGB值上叠加二进制码0或1，选择图像文件的第一行前4个像素作为存储公钥二进制码长度信息的载体，其余的像素作为公钥的二进制编码信息的载体。
进一步地，
还包括验证方法：
1）读取图像文件第一行前四个像素的RGB值；
2）根据RGB值的奇偶性，获取二进制码，将二进制码转化为十进制数据，得到公钥二进制码的长度；
3）根据公钥二进制码的长度，读取后续像素的RGB值，获取公钥的二进制码；
4）将二进制码转化为字符串，得到公钥的字符串值；
5）读取图像文件的元数据信息，用公钥的字符串值进行解密，得到用户的签名信息进行验证。
相应地，一种基于RSA的图像文件加密系统：
用户签名信息设置模块：用于供用户设置签名信息；
RSA算法模块：用于生成私钥和公钥；
加密模块：用于将私钥加密的信息写入图片文件的元数据信息中；将公钥转化为二进制编码；将公钥的二进制编码隐藏到图像文件的像素值中，完成图像文件加密；
验证模块：用于读取图像文件第一行前四个像素的RGB值；根据RGB值的奇偶性，获取二进制码，将二进制码转化为十进制数据，得到公钥二进制码的长度；根据公钥二进制码的长度，读取后续像素的RGB值，获取公钥的二进制码；将二进制码转化为字符串，得到公钥的字符串值；读取图像文件的元数据信息，用公钥的字符串值进行解密，得到用户的签名信息进行验证。
相应地，一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上述的方法中的任一方法。
相应地，一种计算设备，包括：
一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行上述方法中的任一方法的指令。
本发明具有的有益效果：
1）利用RSA私钥加密用户签名信息，可有效防止签名信息被篡改；
2）签名信息保存到元数据中，方便用户读取加密的签名信息，用自己的私钥解密签名信息，以验证签名信息的真伪；
3）公钥存储到图像像素中，方便第三方用户获取公钥，验证签名信息的真伪；
4）公钥存储到图像像素中，恶意篡改者在不知道这一事实的情况下，将会破坏公钥存储信息，从而保证签名信息真伪的鉴别。
5）公钥存储到图像像素中，用户在没有告知授权人的情况下，授权人是无法从图像中获取公钥，从而保证数字签名的权限授权功能。
6）RSA算法允许选择密钥的大小。512位的密钥被视为不安全的；768位的密钥不用担心受到除了国家安全管理（NSA）外的其他事物的危害；1024位的密钥几乎是安全的。
附图说明
图1为本发明实施例的流程示意图；
图2为本发明图片文件的元数据信息示意图；
图3 图像像素RGB值前后变化示意图；
图4为本发明加密图片的效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的一种基于RSA的图像文件加密方法：
步骤一：用户设置个人的个性签名信息，比如：我是一名程序员。
步骤二：使用RSA算法生成1024位私密密钥（私钥）和公开密钥（公钥），
秘钥：
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
公钥：
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCmZk2nFIEaN1ZDbYbL/TmVPL447QMJRZ3BeKqSuH8k2KND9mV6cMPk9sY+aY9qiiC1v3gvy600j84qKFMIcI2ZgdxYi8Nb/dm9/n+mMrt1l0R3KfcyVIFLZYtP7L1R3Rf7JsncCngHBJTqVLB/Uff1W2GfllDGATSjPQXe3zanAwIDAQAB
步骤三：用私钥加密用户签名信息，加密后的信息为：
pZOWhla1LAxEK/n25egP1dgez6DtVUjESz1hGsjwmjmRrLzHlLbJ0qhbgjGLAKUYSYX2z4feCHQfFNurVEkgNdfnxvFzpy77nSR7/MDJxmgtKY/epFRpDDAhc8OJNTBwE/WVuxjV6yJMsH9HyIZCAPZNhjDwl9MYiUn99X4FObU=
步骤四：将私钥加密信息写入图片文件的元数据信息中，具体写入图片文件的元数据信息中的Exif信息，这里我们将加密信息写入图片的作者信息里，效果如图2所示。
步骤五：将公钥转化为二进制编码，二进制码为：
010011010100100101000111011001100100110101000001001100000100011101000011010100110111000101000111010100110100100101100010001100110100010001010001010001010100001001000001010100010101010101000001010000010011010001000111010011100100000101000100010000110100001001101001010100010100101101000010011001110101000101000011011011010101101001101011001100100110111001000110010010010100010101100001010011100011000101011010010001000110001001011001011000100100110000101111010101000110110101010110010100000100110000110100001101000011011101010001010011010100101001010010010110100011001101000010011001010100101101110001010100110111010101001000001110000110101100110010010010110100111001000100001110010110110101010110001101100110001101001101010100000110101100111001011100110101100100101011011000010101100100111001011100010110100101101001010000110011000101110110001100110110011101110110011110010011011000110000001100000110101000111000001101000111000101001011010001100100110101001001011000110100100100110010010110100110011101100100011110000101100101101001001110000100111001100010001011110110010001101101001110010010111101101110001010110110110101001101011100100111010000110001011011000011000001010010001100110100101101100110011000110111100101010110010010010100011001001100010110100101100101110100010100000011011101001100001100010101001000110011010100100110011000110111010010100111001101101110011000110100001101101110011001110100100001000010010010100101010001110001010101100100110001000010001011110101010101100110011001100011000101010111001100100100011101100110011011000110110001000100010001110100000101010100010100110110101001010000010100010101100001100101001100110111101001100001011011100100000101110111010010010100010001000001010100010100000101000010
步骤六：将公钥的二进制编码隐藏到图像的像素值中。在这一步骤，用户可以自定义算法，以达到保护公钥的作用，同时可以作为权限授权功能使用。这里我采用如下算法：
公钥的二进制编码为1728位，转化为二进制为：11011000000，图像每一个像素包含三个值，分别是R、G、B值”，RGB指的是Red(红色)、Green（绿色）、Blue（蓝色）， RGB的取值范围是0-255。在像素的RGB值上叠加二进制码0或1，对图片的视觉效果来讲，没有任何差别。因此，我们可以选择图像的第一行前4个像素作为存储公钥二进制码长度信息的载体，其余的像素作为公钥的二进制编码信息的载体。
为了保证信息的有效读取，我们需要对图像做预处理，将图像所有像素的RGB值统一改为偶数值或者奇数值，这样我们就能知道，在叠加二进制码之后，每个RGB值叠加的二进制码是0还是1。这里，我们将像素的所有RGB值统一改为偶数值。
4个像素有12个RGB值，为了不改变公钥的二进制编码的长度大小，我们可以将1728转化为12位的二进制码：011011000000。然后用图像第一行前四个像素的RGB值，对应叠加12位的二进制码：011011000000；按从上到下、从左到右的顺序，之后的像素RGB值，对应叠加公钥的二进制编码。图像第一行前四个像素的RGB值的前后变化如图3所示。
在完成上述处理之后，公钥就已经隐藏到图像的像素值中了。最后效果图如图4所示。
当第三方授权用户想要验证数字签名时，只需要通过以下步骤实现验证：
1）读取图像第一行前四个像素的RGB值；
2）根据RGB值的奇偶性，获取二进制码，将二进制码转化为十进制数据，即可得到公钥的二进制码的长度；
3）根据公钥二进制码的长度，读取后续像素的RGB值，获取公钥的二进制码；
4）将二进制码转化为字符串，得到公钥的字符串值；
5) 读取图像元数据中作者标签对应的数据，用公钥的字符串进行解密，即可得到用户的个人签名信息：我是一名程序员。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行一种script设备状态分析方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行一种script设备状态分析方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种基于RSA的图像文件加密方法，其特征在于：
步骤一、用户设置签名信息；
步骤二、使用RSA算法生成私钥和公钥；
步骤三、用私钥加密签名信息；
步骤四、将私钥加密的信息写入图片文件的元数据信息中；
步骤五、将公钥转化为二进制编码；
步骤六、将公钥的二进制编码隐藏到图像文件的像素值中，完成图像文件加密。
2.根据权利要求1所述的一种基于RSA的图像文件加密方法，其特征在于：
所述步骤六的过程为：公钥的二进制编码为1728位，转化为二进制为：11011000000，图像文件每一个像素包含RGB值，所述RGB值的取值范围是0-255；在像素的RGB值上叠加二进制码0或1，选择图像文件的第一行前4个像素作为存储公钥二进制码长度信息的载体，其余的像素作为公钥的二进制编码信息的载体。
3.根据权利要求1所述的一种基于RSA的图像文件加密方法，其特征在于：
还包括验证方法：
读取图像文件第一行前四个像素的RGB值；
根据RGB值的奇偶性，获取二进制码，将二进制码转化为十进制数据，得到公钥二进制码的长度；
根据公钥二进制码的长度，读取后续像素的RGB值，获取公钥的二进制码；
将二进制码转化为字符串，得到公钥的字符串值；
5）读取图像文件的元数据信息，用公钥的字符串值进行解密，得到用户的签名信息进行验证。
4.一种基于RSA的图像文件加密系统，其特征在于：
用户签名信息设置模块：用于供用户设置签名信息；
RSA算法模块：用于生成私钥和公钥；
加密模块：用于将私钥加密的信息写入图片文件的元数据信息中；将公钥转化为二进制编码；将公钥的二进制编码隐藏到图像文件的像素值中，完成图像文件加密；
验证模块：用于读取图像文件第一行前四个像素的RGB值；根据RGB值的奇偶性，获取二进制码，将二进制码转化为十进制数据，得到公钥二进制码的长度；根据公钥二进制码的长度，读取后续像素的RGB值，获取公钥的二进制码；将二进制码转化为字符串，得到公钥的字符串值；读取图像文件的元数据信息，用公钥的字符串值进行解密，得到用户的签名信息进行验证。
5.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至3所述的方法中的任一方法。
6.一种计算设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至3所述的方法中的任一方法的指令。
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