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LSB隱寫技術(shù)

LSB全稱為 least significant bit，是最低有效位的意思。Lsb圖片隱寫是基于lsb算法的一種圖片隱寫術(shù)。

在二進制數(shù)中意為最低有效位，一般來說，MSB(最高有效位)位于二進制數(shù)的最左側(cè)，LSB位于二進制數(shù)的最右側(cè)。

由于圖像的每一個像素點都是由RGB（紅、綠、藍）三原色組成，而這三種顏色又可以組合成各種其它顏色，每個顏色占8位(如#FFFFFF)，LSB隱寫即是修改每個顏色值的最低一位，將其替換為我們想要嵌入的信息中的內(nèi)容，以此來實現(xiàn)數(shù)據(jù)隱藏。

一個像素點包含三種顏色，每個顏色修改最后1位，這樣一個像素點就可以攜帶3位信息。

應(yīng)用LSB算法的圖像格式需為位圖形式，即圖像不能經(jīng)過壓縮，如LSB算法多應(yīng)用于png、bmp等格式，而jpg格式較少。

首先來講png圖片，png圖片是一種無損壓縮的位圖片形格式，也只有在無損壓縮或者無壓縮的圖片（BMP）上實現(xiàn)lsb隱寫。如果圖像是jpg圖片的話，就沒法使用lsb隱寫了，原因是jpg圖片對像數(shù)進行了有損壓縮，我們修改的信息就可能會在壓縮的過程中被破壞。而png圖片雖然也有壓縮，但卻是無損壓縮，這樣我們修改的信息也就能得到正確的表達，不至于丟失。BMP的圖片也是一樣的，是沒有經(jīng)過壓縮的。BMP圖片一般是特別的大的，因為BMP把所有的像數(shù)都按原樣儲存，沒有進行壓縮。

png圖片中的圖像像數(shù)一般是由RGB三原色（紅綠藍）組成，每一種顏色占用8位，取值范圍為0x00~0xFF，即有256種顏色，一共包含了256的3次方的顏色，即16777216種顏色。而人類的眼睛可以區(qū)分約1000萬種不同的顏色，這就意味著人類的眼睛無法區(qū)分余下的顏色大約有6777216種。

LSB隱寫就是修改RGB顏色分量的最低二進制位也就是最低有效位（LSB），而人類的眼睛不會注意到這前后的變化，每個像數(shù)可以攜帶3比特的信息。

上圖我們可以看到，十進制的235表示的是綠色，我們修改了在二進制中的最低位，但是顏色看起來依舊沒有變化。我們就可以修改最低位中的信息，實現(xiàn)信息的隱寫。我修改最低有效位的信息的算法就叫做lsb加密算法，提取最低有效位信息的算法叫做lsb解密算法。

再放兩張圖加深下理解：

順序嵌入

順序嵌入很簡單，遍歷每個像素點，然后將二進制嵌入最后一位即第八位即可。

畫了一個流程圖，這里貼上來方便理解：

python版本

首先我用python實現(xiàn)了一個，利用python3的PIL庫寫起來還是很簡單的。直接看代碼吧

# coding:utf-8# python 3.6.6
from PIL import Imageimport time
# 將字符串轉(zhuǎn)為二進制def str_convert_bin(s):    result = ''    for c in s:        b = bin(ord(c)).replace('0b', '')        b = '0'*(7-len(b))+b        result = result+b    return result
# 將二進制轉(zhuǎn)化為字符串def bin_convert_str(b):    str=''    # 將二進制字符串每7位分割，成列表    b1 = [b[i:i+7] for i in range(0, len(b), 7)]    for i in range(len(b1)):        b2 = chr(int(b1[i],2))        str = str+b2    return str
# 將二進制字符串嵌入圖片像素B通道 im:Image()、bin1:要嵌入的二進制串def insert(im,bin1):    size = im.size    length = len(bin1)    k=0    flag=0    for i in range(size[0]):        for j in range(size[1]):            # im.getpixel((i,j))讀取像素點(i,j)的像素值            pixel_b=bin(im.getpixel((i,j))[2]).replace('0b', '')            if pixel_b[-1:]<bin1[k]:                # im.putpixel((i,j),(x,y,z))設(shè)置像素點(i,j)的RGB值為(x,y,z)                im.putpixel((i,j),(im.getpixel((i,j))[0],im.getpixel((i,j))[1],im.getpixel((i,j))[2]+1))            if pixel_b[-1:]>bin1[k]:                im.putpixel((i,j),(im.getpixel((i,j))[0],im.getpixel((i,j))[1],im.getpixel((i,j))[2]-1))                k=k+1             if k==length:                flag=1                break        if flag==1:            break    print("字符串嵌入完成\n\n")
# 提取字符串 im:Image()、length:二進制字符串長度def extract(im,length):    size = im.size    k=0    result=''    flag=0    for i in range(size[0]):        for j in range(size[1]):            pixel_b=bin(im.getpixel((i,j))[2]).replace('0b', '')            result=result+pixel_b[-1:]            k=k+1             if k==length:                flag=1                break        if flag==1:            break    print("提取完成，二進制字符串為：\n%s"%result)    str = bin_convert_str(result)    print("轉(zhuǎn)換完成，結(jié)果為：\n%s"%str)
def main():    test_str=input("請輸入字符串:\n")    result = str_convert_bin(test_str)    print("待嵌入字符串轉(zhuǎn)化為二進制為:\n%s"%result)    print("開始嵌入....")    im = Image.open("2.bmp")    insert(im, result)
    time.sleep(5)    print("開始提取字符串：")    extract(im, len(result))
if __name__=='__main__':    main()

結(jié)果：

matlab版本

后續(xù)更復(fù)雜的隱寫還是需要用到matlab，于是乎還是轉(zhuǎn)matlab吧。

matlab就不介紹了，代碼寫得粗糙，勉強貼上代碼：

% LSB隱藏（順序隱藏）% 可以隱藏數(shù)字、字母、英文字符 ex: hello,world.111% jpg失真！用png/bmp
clear all;clc;data=imread('1.png');  % 讀入圖片str=input('請輸入要潛入的字符串:','s'); % 接收字符串str_bin_mat=dec2bin(str); % 字符串轉(zhuǎn)二進制矩陣
% 二進制矩陣轉(zhuǎn)字符串l_str_bin_mat=size(str_bin_mat); %二進制矩陣str_bin='';for i=1:l_str_bin_mat(1)    for j=1:l_str_bin_mat(2)        str_bin=[str_bin,str_bin_mat(i,j)];    endenddisp('待嵌入的字符串二進制形式為');disp(str_bin);
% 檢測是否能夠完全嵌入[l,w,h]=size(data);if length(str_bin)>=l*w*h    error('字符長度超出!!!');end
%嵌入程序data1=data;disp('開始嵌入');flag1=1; %輸入字符二進制長度，判斷嵌入是否結(jié)束flag2=1;flag3=1;for i=1:l    if flag3==0        break    end    for j=1:w        if flag2==0            flag3=0;            break        end        for k=1:h            if flag1>length(str_bin)                disp('over');                flag2=0;                break            end            a=dec2bin(data1(i,j,k),8);%數(shù)字取二進制            data1(i,j,k)=bin2dec([a(1:7),str_bin(flag1)]);%二進制相加，再取十進制              flag1=flag1+1;        end    endend%保存圖片imwrite(data1,'1-2.png')disp('嵌入完成,保存為1-2.png');
%以下為提取程序disp('開始提取...')data2 = imread('1-2.png');[l,w,h]=size(data2);str_bin1='';%提取到的二進制字符串locationx=[];locationy=[];locationxy=[];m=length(str_bin);flag1=1;flag2=1;flag3=1;for i=1:l    if flag3==0        break    end    for j=1:w        if flag2==0            flag3=0;            break        end        for k=1:h            if flag1>length(str_bin)                flag2=0;                break            end            a=dec2bin(data2(i,j,k),8);%十進制轉(zhuǎn)二進制            str_bin1=[str_bin1,a(8)];% 取最后一個數(shù)            flag1=flag1+1;        end    endenddisp('提取完成!');disp('提取到的二進制字符串為：');disp(str_bin1);disp('開始轉(zhuǎn)換...')
% 二進制轉(zhuǎn)字符串str2='';for q=1:length(str_bin1)/l_str_bin_mat(2)    w=str_bin1((q-1)*l_str_bin_mat(2)+1:q*l_str_bin_mat(2));%w為每七位    a=bin2dec(w); % 轉(zhuǎn)換為十進制    if a>9        str2=[str2,char(a)];    end    if a<9        str2=[str2,a];    endenddisp('轉(zhuǎn)換完成');disp('最終結(jié)果為：');disp(str2);

可以嵌字符，數(shù)字，字母，結(jié)果如下：

隨機LSB隱寫

其實這個和順序差不多，無非就是在遍歷像素點的時候，將（i,j)改為隨機的點，我們可以寫個隨機函數(shù)隨機生成列表X和Y,當要嵌入(i，j)時我們就將其變?yōu)?X(i+j), Y(i+j))，為什么不是（X(i), Y(j))讀者可以想想（這樣不隨機）。

接下來看生成隨機列表的函數(shù) randomxy.m：

% 隨機生成兩個列表% l為長，w為寬，len_str_bin為嵌入二進制長度，key為隨機種子function [x,y]=randxy(l,w,len_str_bin,key)    %設(shè)置隨機種子，生成一串隨機數(shù)    rand('seed',key);    disp('hhhhhhhhh');    x=randperm(l,len_str_bin);    y=randperm(w,len_str_bin);    %x = unique(x); %去重處理    %y = unique(y) ;%去重處理end

然后看主要代碼：

% By gengyanqing% LSB隱藏（隨機隱藏）% 可以隱藏數(shù)字、字母、英文字符 ex: hello,world.111% jpg失真！用png/bmp
clear all;clc;data=imread('1.png');  % 讀入圖片str=input('請輸入要潛入的字符串:','s'); % 接收字符串str_bin_mat=dec2bin(str); % 字符串轉(zhuǎn)二進制矩陣
% 二進制矩陣轉(zhuǎn)字符串l_str_bin_mat=size(str_bin_mat); %二進制矩陣str_bin='';for i=1:l_str_bin_mat(1)    for j=1:l_str_bin_mat(2)        str_bin=[str_bin,str_bin_mat(i,j)];    endenddisp('待嵌入的字符串二進制形式為');disp(str_bin);
% 檢測是否能夠完全嵌入[l,w,h]=size(data);if length(str_bin)>=l*w*h    error('字符長度超出!!!');end
%嵌入程序data1=data;disp('開始嵌入');flag1=1; %輸入字符二進制長度，判斷嵌入是否結(jié)束flag2=1;flag3=1;% 調(diào)用randxy函數(shù)[x,y]=randxy(l,w,length(str_bin),88);for i=1:l    if flag3==0        break    end    for j=1:w        if flag2==0            flag3=0;            break        end        for k=1:h            if flag1>length(str_bin)                disp('over');                flag2=0;                break            end            a=dec2bin(data1(x(i+j),y(i+j),k),8);%數(shù)字取二進制            data1(x(i+j),y(i+j),k)=bin2dec([a(1:7),str_bin(flag1)]);%二進制相加，再取十進制              flag1=flag1+1;        end    endend%保存圖片imwrite(data1,'1-2.png')disp('嵌入完成,保存為1-2.png');
%以下為提取程序%這里提供了x和y，提取二進制字符串位數(shù)的信息disp('開始提取...')data2 = imread('1-2.png');[l,w,h]=size(data2);str_bin1='';%提取到的二進制字符串locationx=[];locationy=[];locationxy=[];m=length(str_bin);flag1=1;flag2=1;flag3=1;for i=1:l    if flag3==0        break    end    for j=1:w        if flag2==0            flag3=0;            break        end        for k=1:h            if flag1>length(str_bin)                flag2=0;                break            end            a=dec2bin(data2(x(i+j),y(i+j),k),8);%十進制轉(zhuǎn)二進制            locationx=[locationx,x(i+j)];%隨機點x坐標            locationy=[locationy,y(i+j)];%隨機點y坐標            locationxy=[locationxy;x(i+j),y(i+j),k];            str_bin1=[str_bin1,a(8)];% 取最后一個數(shù)            flag1=flag1+1;        end    endenddisp('提取完成!');disp('提取到的二進制字符串為：');disp(str_bin1);disp('開始轉(zhuǎn)換...')
% 二進制轉(zhuǎn)字符串str2='';for q=1:length(str_bin1)/l_str_bin_mat(2)    w=str_bin1((q-1)*l_str_bin_mat(2)+1:q*l_str_bin_mat(2));%w為每七位    a=bin2dec(w); % 轉(zhuǎn)換為十進制    if a>9        str2=[str2,char(a)];    end    if a<9        str2=[str2,a];    endenddisp('轉(zhuǎn)換完成');disp('最終結(jié)果為：');disp(str2);
disp('隨機位置分別為');disp(locationxy);plot(locationx,locationy);