LSB算法 - 隐藏数据到图片中
2017-12-19 本文已影响125人
大道至简_Andy
LSB算法概述
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维基百科如是说:
最低有效位（英语：Least Significant Bit，lsb）是指一个二进制数字中的第0位（即最低位），权值为2^0，可以用它来检测数的奇偶性。
应用场景
- 隐藏明文或加密过的数据图片中，增加用户分析或破解敏感信息的难度。
代码在GitHub上
https://github.com/jingxuan1990/ImageLSB
代码分析
隐藏文本到图片
- toImge()方法
// data数据； imagePath： 图片路径，格式为png或jpg
public static boolean toImg(String data, String imagePath) {
File imageFile = new File(imagePath);
InputStream inputStream = null;
try {
inputStream = new FileInputStream(imageFile);
// image转成buffer image对象
BufferedImage image = Utils.streamToImage(inputStream);
// 获取image的长度，也就是像素点的多少
final int imageLength = image.getHeight() * image.getWidth();
// 隐藏内容偏移的位置
final int startingOffset = Utils.calculateStartingOffset(null, imageLength);
Steganography steganography = new Steganography();
// 开始隐藏
steganography.encode(image, data, startingOffset);
return ImageIO.write(image, ImageUtils.getFileExt(imageFile), imageFile);
} catch (FileNotFoundException e) {
throw new RuntimeException("Couldn't find file " + imagePath, e);
} catch (IOException | SteganographyException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
if (inputStream != null) {
try {
inputStream.close();
} catch (IOException ignored) {
}
}
}
}
Steganography类的encode方式是核心方法。
- Steganography的encode方法
public BufferedImage encode(final BufferedImage bufferedImage, final String message, final int offset) throws SteganographyException {
// 调用addText方法
return this.addText(bufferedImage, message, offset);
}
- addText方法
private BufferedImage addText(BufferedImage bufferedImage, final String text, final int offset)
throws SteganographyException {
// 获取隐藏内容的字节数组
final byte msg[] = text.getBytes();
// 计算length的字节数组(4个Byte表示)
final byte len[] = bitConversion(msg.length);
try {
// 隐藏文本的核心方法
// 1. 先隐藏文本的长度
bufferedImage = this.encodeText(bufferedImage, len, offset);
// 2. 隐藏文本的实际内容
bufferedImage = this.encodeText(bufferedImage, msg, offset + Constants.HIDDEN_MESSAGE_BIT_LENGTH);
} catch (Exception e) {
throw new SteganographyException(MessageConstants.ENCODING_ERROR_GENERAL, e);
}
return bufferedImage;
}
- encodeText()方法（LSB核心算法）
private BufferedImage encodeText(final BufferedImage bufferedImage, final byte[] addition,final int offset) throws SteganographyException {
// 获取图片的宽和高
final int height = bufferedImage.getHeight();
final int width = bufferedImage.getWidth();
// 初始化迭代的变量
int i = offset / height;
int j = offset % height;
// 判断隐藏内容和图片可以隐藏内容的大小
if ((width * height) >= (addition.length * 8 + offset)) {
// 遍历隐藏内容的字节数组, additon[]就是要隐藏的内容的字节
for (final byte add : addition) {
// 遍历当前byte的每一比特位
for (int bit = 7; bit >= 0; --bit) {
// 获得像素点(i,j)的R/G/B的值（0-255， 8比特位）
final int imageValue = bufferedImage.getRGB(i, j);
// 获取add的字节的最低位
/** 如：
* add 1111 1111
* bit=7 0000 0001 （无符号左右7位）
* 1 0000 0001
* & 0000 0001
*
* add 1111 1111
* bit=6 0000 0011 （无符号左右6位）
* 1 0000 0001
* & 0000 0001
*
* 整个循环从左到右取add的每一位
*/
int b = (add >>> bit) & 1; // 与1&取最低位，并保证最低位为0或1
// imageValue & 0xFFFFFFFE -> 确保imageValue的最后一位为0
// 然后或|运算，用b代替imageValue最后一位。
final int imageNewValue = ((imageValue & 0xFFFFFFFE) | b);
// 把替换后的imageValue重新设置到原来的点
bufferedImage.setRGB(i, j, imageNewValue);
// 确保高度(j)不越界
if (j < (height - 1)) {
++j;
} else {
// 高度(y坐标)遍历完后，移动x(j)坐标。
++i;
j = 0;
}
}
}
} else {
throw new SteganographyException(MessageConstants.ENCODING_ERROR_BIG_MESSAGE);
}
return bufferedImage;
}
//备注： 图片是由左下角开始遍历的
提取图片中的文本
- fromImage方法
public static String fromImg(String imagePath) {
File imageFile = new File(imagePath);
InputStream inputStream = null;
try {
inputStream = new FileInputStream(imageFile);
BufferedImage image = Utils.streamToImage(inputStream);
final int imageLength = image.getWidth() * image.getHeight();
final int startingOffset = Utils.calculateStartingOffset(null, imageLength);
Steganography steganography = new Steganography();
// 提取方法
return steganography.decode(image, startingOffset);
} catch (FileNotFoundException e) {
throw new RuntimeException("Couldn't find file " + imagePath, e);
} catch (IOException | SteganographyException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
if (inputStream != null) {
try {
inputStream.close();
} catch (IOException ignored) {
}
}
}
}
- Steganography的decode方法
public String decode(final BufferedImage bufferedImage, final int startingOffset)throws SteganographyException {
byte[] decode;
try {
// 调用decodeText解密
decode = this.decodeText(bufferedImage, startingOffset);
return new String(decode);
} catch (Exception e) {
throw new SteganographyException(MessageConstants.DECODING_ERROR_GENERAL);
}
}
- decodeText方法
private byte[] decodeText(final BufferedImage bufferedImage, final int startingOffset) {
// 初始化变量
final int height = bufferedImage.getHeight();
final int offset = startingOffset + Constants.HIDDEN_MESSAGE_BIT_LENGTH;
int length = 0;
// 提取文本内容的长度，32bit，固定32个比特
for (int i = startingOffset; i < offset; ++i) {
final int h = i / height;
final int w = i % height;
final int imageValue = bufferedImage.getRGB(h, w);
// 从bit中还原int(文本的字节数组长度)
// 1. (imageValue & 1)取imageValue的最低一比特位
// 2. length << 1 左移
// 3. (length << 1) | (imageValue & 1) -> 把取出的每个bit通过|操作，累加到length
length = (length << 1) | (imageValue & 1);
}
// 初始化字节数组，存放提取结果
byte[] result = new byte[length];
// 初始化迭代变量
int i = offset / height;
int j = offset % height;
// 遍历数据的所有字节
for (int letter = 0; letter < length; ++letter) {
// 遍历隐藏数据的每一位，取出放到当前byte中
for (int bit = 7; bit >= 0; --bit) {
// 获取像素点(i,j)的R/G/B的值(0~255, 8比特位)
final int imageValue = bufferedImage.getRGB(i, j);
// (imageValue & 1) -> 取出imageValue的最低位
// (result[letter] << 1) -> 左移一位
// (result[letter] << 1) | (imageValue & 1) -> 取出imagevalue的最低位，放到byte的最低位上
// 循环8次，还原成一个字节Byte
result[letter] = (byte) ((result[letter] << 1) | (imageValue & 1));
if (j < (height - 1)) {
++j;
} else {
++i;
j = 0;
}
}
}
return result;
}
