BMP图片信息隐藏

信息隐藏技术利用了人类感觉器官对数字信号的感觉冗余，将待隐信息（类似噪声）隐藏在载体文件（如图像、视频、声音）中，使得人的感官（眼、耳）无法觉察到载体文件外部表现上的变化，从而实现隐蔽通信。将文件隐藏于BMP文件中是最简单的隐藏信息的方式。

LSB（Least Significant Bit Embedding）算法即最低有效位嵌入算法。改变每个RGB字节的最低有效位，将其作为容器，将需要隐藏的信息按位分离，放入最低有效位中。插入了信息后的图片仍是一副完整的图片，与原图片在肉眼中区分不出来，达到隐藏信息的效果。本文编程实现了LSB算法，隐藏一个RAR文件至一个BMP文件中，并实现了对应的提取方法。

1. 设计思路

首先，我们需要了解BMP文件的组成结构。BMP文件由四部分组成：位图文件头、位图信息头、调色板数据和实际位图数据。其中前三部分占据了BMP文件的前54个字节，也就是说LSB算法是保持原BMP文件的前54位不动，而对BMP文件的“实际位图数据”部分进行改动。

然后，我们开始想办法用C语言来实现LSB算法。

1.1 判断图片是否能隐藏文件

在向原始BMP图片中隐藏文件之前，我设计了一个函数来判断原始bmp图片是否能容纳待隐藏文件，若能，返回1；否则，返回0。这个函数的代码如下：

//判断原始bmp图片是否能容纳待隐藏文件，若能，返回1；否则，返回0 
int containOK(FILE *pic, FILE *file, long *picLen, long *fileLen) {
	//取bmp图片文件长度 
	fseek(pic, 0, SEEK_END);  //将文件指针置尾 
	*picLen = ftell(pic);	  //取文件指针当前位置 
	rewind(pic);              //将文件指针重指向文件头 
	//取待隐藏文件长度 
	fseek(file, 0, SEEK_END);  //将文件指针置尾 
	*fileLen = ftell(file);   //取文件指针当前位置
	rewind(file);             //将文件指针重指向文件头 
	if((*fileLen) * 8 > *picLen) 
		return 0;
	else                  //当位图文件大于待隐藏文件的8倍时，可以容纳
		return 1;
}

1.2 LSB嵌入

然后，我开始设计LSB嵌入：首先把要隐藏的文件的信息进行按位分离，再把原始位图文件的“实际位图数据”部分的每一个字节的末位都进行清零操作，然后将已经按位分离的待隐藏文件数据逐个附加到原始位图文件“实际位图数据”部分的每一个字节的末位。具体的函数实现如下：

//LSB嵌入 
void encrypt(char *inPic, char *outPic, char *file) {
	FILE *in;      //指向原始位图文件的指针 
	FILE *out;     //指向新位图文件的指针 
	FILE *fil;     //指向待隐藏文件的指针 
	long picLen;   //原始位图文件的长度 
	long fileLen;  //待隐藏文件的长度 
	if ((in = fopen(inPic,"rb")) == NULL) {
		printf("Cannot open the original bitmap file!\n");
		exit(0);
	}
	if ((out = fopen(outPic,"wb")) == NULL) {
		printf("Cannot open the output bitmap file!\n");
		exit(0);
	}
	if ((fil = fopen(file,"rb")) == NULL) {
		printf("Cannot open the file to be hidden!\n");
		exit(0);
	}
	if (!containOK(in, fil, &picLen, &fileLen)) {
		printf("The file is too large!\n");
		exit(0);
	}
	
	//储存待隐藏文件信息 
	int i, j;
	char ch;
	char *temp = (char *)malloc(8 * fileLen);
	i = 0;
	while (!feof(fil)) {  //将待隐藏文件按位存放于temp数组中 
		ch = fgetc(fil);
		for(j = 0; j < 8; j++) 
			temp[i++] = 0x01 & (ch >> j);
	}
	 
	j = 0;
	for(i = 1; !feof(in); i++) {
		if (i <= 54) 
			fputc(fgetc(in), out);  //原位图文件前54个字节保持不变
		else {
			if (j < fileLen * 8)   //将待隐藏文件数据逐个附加到原位图文件每个字节末位 
				fputc((fgetc(in) & 0xfe) + temp[j++], out);
			else 
				fputc(fgetc(in) & 0xfe, out);
		}
	} 
	//关闭文件 
	fclose(in);  
	fclose(out);
	fclose(fil); 
} 

1.3 LSB提取

LSB提取，就是将位图文件第54个字节之后的每个字节末位信息提取出来，每8个组成一个字符，再输出到文件中，具体实现如下：

//LSB提取
void decrypt(char *inPic, char *outFile) {
	FILE *in;   //指向位图文件的指针 
	FILE *out;  //指向提取出的文件的指针 
	if((in = fopen(inPic,"rb")) == NULL) {
		printf("Cannot open the bitmap file!\n");
		exit(0); 
	} 
	if((out = fopen(outFile,"wb")) == NULL) {
		printf("Cannot open the output file!\n");
		exit(0); 
	} 
	fseek(in, 54L, 0);  //将文件指针指向距文件头54字节处 
	char ch;
	do {
		ch = 0;
		int j;
		for( j = 0; j < 8; j++) {
			ch += (fgetc(in) & 0x01) << j; //把每8个字节的末位信息组成一个字符 
		}
		fputc(ch, out);    //输出 
	} while (!feof(in));
	//关闭文件 
	fclose(in);
	fclose(out); 
}

至此，LSB算法实现已经大致完成。完整源代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <malloc.h>

//判断原始bmp图片是否能容纳待隐藏文件，若能，返回1；否则，返回0 
int containOK(FILE *pic, FILE *file, long *picLen, long *fileLen) {
	//取bmp图片文件长度 
	fseek(pic, 0, SEEK_END);  //将文件指针置尾 
	*picLen = ftell(pic);	  //取文件指针当前位置 
	rewind(pic);              //将文件指针重指向文件头 
	
	//取待隐藏文件长度 
	fseek(file, 0, SEEK_END);  //将文件指针置尾 
	*fileLen = ftell(file);    //取文件指针当前位置
	rewind(file);              //将文件指针重指向文件头 
	
	if((*fileLen) * 8 > *picLen) 
		return 0;
	else                       //当位图文件大于待隐藏文件的8倍时，可以容纳  
		return 1;          
}

//LSB嵌入 
void encrypt(char *inPic, char *outPic, char *file) {
	FILE *in;      //指向原始位图文件的指针 
	FILE *out;     //指向新位图文件的指针 
	FILE *fil;     //指向待隐藏文件的指针 
	long picLen;   //原始位图文件的长度 
	long fileLen;  //待隐藏文件的长度 
	if ((in = fopen(inPic,"rb")) == NULL) {
		printf("Cannot open the original bitmap file!\n");
		exit(0);
	}
	if ((out = fopen(outPic,"wb")) == NULL) {
		printf("Cannot open the output bitmap file!\n");
		exit(0);
	}
	if ((fil = fopen(file,"rb")) == NULL) {
		printf("Cannot open the file to be hidden!\n");
		exit(0);
	}
	if (!containOK(in, fil, &picLen, &fileLen)) {
		printf("The file is too large!\n");
		exit(0);
	}
	
	//储存待隐藏文件信息 
	int i, j;
	char ch;
	char *temp = (char *)malloc(8 * fileLen);
	i = 0;
	while (!feof(fil)) {  //将待隐藏文件按位存放于temp数组中 
		ch = fgetc(fil);
		for(j = 0; j < 8; j++) 
			temp[i++] = 0x01 & (ch >> j);
	}
	 
	j = 0;
	for(i = 1; !feof(in); i++) {
		if (i <= 54) 
			fputc(fgetc(in), out);  //原位图文件前54个字节保持不变
		else {
			if (j < fileLen * 8)   //将待隐藏文件数据逐个附加到原位图文件每个字节末位 
				fputc((fgetc(in) & 0xfe) + temp[j++], out);
			else 
				fputc(fgetc(in) & 0xfe, out);
		}
	} 
	//关闭文件 
	fclose(in);  
	fclose(out);
	fclose(fil); 
} 

//LSB提取
void decrypt(char *inPic, char *outFile) {
	FILE *in;   //指向位图文件的指针 
	FILE *out;  //指向提取出的文件的指针 
	if((in = fopen(inPic,"rb")) == NULL) {
		printf("Cannot open the bitmap file!\n");
		exit(0); 
	} 
	if((out = fopen(outFile,"wb")) == NULL) {
		printf("Cannot open the output file!\n");
		exit(0); 
	} 
	fseek(in, 54L, 0);  //将文件指针指向距文件头54字节处 
	char ch;
	do {
		ch = 0;
		int j;
		for( j = 0; j < 8; j++) {
			ch += (fgetc(in) & 0x01) << j; //把每8个字节的末位信息组成一个字符 
		}
		fputc(ch, out);    //输出 
	} while (!feof(in));
	//关闭文件 
	fclose(in);
	fclose(out); 
}

int main() {
	char inPic[100]; //储存原始位图文件名 
	char outPic[100];//储存生成位图文件名 
	char file[100];  //储存加密文件名 
	printf("**********LSB嵌入**********\n");
	printf("请输入原始位图文件名:\n");
	scanf("%s",inPic);
	printf("请输入生成位图文件名:\n");
	scanf("%s",outPic);
	printf("请输入加密文件名:\n");
	scanf("%s",file);
	encrypt(inPic, outPic, file);
	printf("LSB嵌入完成!\n"); 
	char infile[100];  //储存待解密位图名 
	char outfile[100]; //储存提取出的文件名 
	printf("**********LSB提取**********\n");
	printf("请输入待解密位图名：\n");
	scanf("%s", infile); 
	printf("请输入提取出保存的文件名：\n"); 
	scanf("%s", outfile);
	decrypt(infile, outfile);
	printf("LSB提取完成!\n");
	return 0;
}

2. 运行结果

在运行程序lsb.c前，我准备了一个原始位图文件1.bmp和一个待隐藏文件funny.rar，并将它们与程序lsb.c放在同一目录下：

然后，我开始运行我的程序，将funny.rar隐藏到1.bmp中，生成的新位图文件保存为2.bmp。接着对2.bmp进行LSB提取，提取出的文件保存为3.bmp：

打开程序所在目录，可以看到多出了两个文件2.bmp和3.rar：

原始位图文件1.bmp和加密后的位图文件2.bmp对比如下，可以发现肉眼很难发现差异。

隐藏前的funny.rar与提取出的3.rar解压缩对比如下，两个文件的修改日期和大小均一致，查看内容也一致，因此提取成功。