Шифрование изображений методом перестановки блоков и линейной обработки

На современном этапе наблюдается ускоренный темп развития технологий передачи изображений по каналам связи. Это приводит к необходимости решения ряда вопросов, связанных с шифрованием исходного изображения, передаваемого как по проводной, так и по беспроводной системе передачи данных. Также надо учитывать, что размер изображения вполне велик и зачастую требуется динамическое преобразование изображения в режиме реального времени. Поэтому нам необходимо создать такой процесс шифрования изображения с достаточно быстрым и надёжным от вскрытия.

В кибербезопасности конфиденциальность, и целостность являются теми составляющими, которые в большей степени беспокоят пользователей, когда дело доходит до данных [3].

Важность создания современных методов защиты возрастает с каждым годом в связи с быстрым ростом вычислительной техники и методов вскрытия защищённой информации, алгоритмов искусственного интеллекта (ИИ), позволяющих за короткие сроки обнаружить и сопоставить необходимые участки на изображении и идентифицировать требуемый объект.

Современный технический прогресс в сфере защиты развит на высоком уровне, но это не гарантирует ему полную защиту от внешних и внутренних угроз, приводящих к взлому, уничтожению, копированию и других действий с базами данных, камерами видеонаблюдения и различных систем [2].

Шифрование изображения при использовании перестановки блоков и линейной обработки разделяется на выполнение следующих задач:

• •    Осуществление мероприятий по разбитию изображения на равномерные блоки и их перестановка [4].

• •    Осуществление мероприятий по линейной обработке пикселей изображения по предложенному алгоритму. Алгоритм реализации первой задачи подразделяется на два этапа:

• 1.    Выбора размера единичного блока исходя из общего размера исходного изображения. При этом стоит учитывать, что чем больше размер изображения тем меньше стоит выбирать размер единичного блока для дальнейшей его перестановки [1].

Размер единичного блока рассчитывается по формуле:

L_x=^ (1)

где L _x – ширина единичного блока, Т _x - размер исходного изображения,n=10…m

У n (2), где L _y - высота единичного блока, Т _y -размер исходного изображения, n=10…m

Перестановка блоков осуществляется изменением положения блока в области изображения (рисунок 1).

Рисунок 1. Перестановка блоков изображения

Алгоритм реализации второй задачи заключается в поэтапном прохождении по каждому пикселю изображения:

• 1.    Создание ключа необходимого для дальнейшей обработки изображения:

  • 1.1.    Создание ключа n-длинной последовательных символов.

  • 1.2.    Перевод символов в численный значения (рисунок 2).

    К

    e

    У

    -

    0

    1

    
    
    
    
    

    7

    2

    4

    6

    0

    1

    
    

Рисунок 2. Перевод символов

• 1.3.    Циклический повтор численных значений до требуемой m длины ключа (рисунок 3).

• 2.    Чтение и запись аддитивной цветовой модели RGB (Red, Green, Blue) пикселя исходного изображения.

• 3.    Обработки аддитивной цветовой модели исходного изображения посредством математических выражений [2]:

2	4	6	0	1	2	4	6	0	1

Рисунок 3. Процесс создания циклического кода

Rs = R - (Ki * (g - 4))(3), где Rs - обработанный цветовой канал R,

R-цветовой канал R исходного пикселя. K _i - i номер в циклическом ключе, g - коэффициент умножения g = 7…28

Gs = G - (Ki * (g - 1))(4), где Gs- обработанный цветовой канал G,

G - цветовой канал G исходного пикселя. K _i - i номер в циклическом ключе, g - коэффициент умножения g = 7…28

Bs = B - (Ki * (g - 1))(5), где Bs - обработанный цветовой канал B,

B - цветовой канал B исходного пикселя. K _i - i номер в циклическом ключе, g - коэффициент умножения g = 7…28 Циклический повтор обработки каждого пикселя в линейном порядке (рисунок 4).

Рисунок 4. Линейная обработка изображения

Приведённый метод шифрования показывает возможность надёжной защиты графической информации, передаваемой по проводным и беспроводным каналам передачи данных, а также быструю обработку изображений в динамическом режиме работы.