C# 實作 LSB 隱寫術：將文字檔隱藏於 24-bit BMP 圖片中

前言

隱寫術 是將秘密資訊隱藏於載體（如圖片、音訊）中，使其外觀不變、難以被察覺。本文介紹一個完整的 C# 實作，利用 24-bit BMP 圖片的最低有效位元（LSB）特性，將任意二進位檔案隱藏於像素色彩通道中，並提供對應的提取還原功能。程式碼包含 Bitmap24Writer（寫入）、Bitmap24Reader（讀取）、BitmapWorks（高層封裝）以及命令列工具 BmpSafe。

核心原理

• 24-bit BMP 每像素佔 3 個位元組（R、G、B），每通道 8 位元。
• 修改各通道的最低位元（LSB）對人眼視覺影響極小。
• 每像素可藏 3 位元資訊，一張 800×600 圖片約可藏 180 KB 資料。
• 檔案大小資訊（4 位元組）寫入開頭，讀取時先解析長度再提取內容。

主要類別架構

Bitmap24Writer - 位元寫入器

• 建構子驗證 PixelFormat.Format24bppRgb 格式。
• WriteByte(byte)：將一個位元組拆解為 8 位元，依序寫入 R、G、B 三通道 LSB。
• 內部維護 curX、curY、iRGB 指標，掃描順序為左→右、上→下、R→G→B。
• GetUnusedBitCount()、GetMaxBitStorageCount() 提供容量查詢。

Bitmap24Reader - 位元讀取器

• 對應 Writer 的掃描順序，從像素 LSB 重建位元組。
• ReadByte(out byte)：讀取 8 位元組成一個位元組，MSB 先行（by |= bit << 7 後再右移）。
• 同樣提供容量查詢方法。

BitmapWorks - 靜態工具類別

Data2Bmp - 隱藏檔案到圖片

public static bool Data2Bmp(FileStream dataStream, FileStream bmpStream,
    string outFName, out string error)

1. 載入 BMP，驗證 24-bit 格式。
2. 計算最大可藏容量：(寬 × 高 × 3) / 8 位元組，預留 4 位元組存長度。
3. 檢查輸入檔案大小是否超過容量。
4. 寫入 4 位元組檔案長度（Little-Endian）。
5. 逐位元組讀取資料流並呼叫 WriteByte。
6. 儲存輸出 BMP，回報使用空間百分比。

Bmp2Data - 從圖片提取檔案

public static bool Bmp2Data(FileStream bmpStream, string outFName,
    out string error)

1. 載入 BMP，建立 Bitmap24Reader。
2. 讀取前 4 位元組還原資料長度。
3. 依長度循環呼叫 ReadByte 寫入輸出檔案。
4. 例外處理確保資料流正確關閉。

命令列工具 BmpSafe

用法：
BmpSafe.exe /file2bmp 載體圖片.bmp 要隱藏的檔案 [輸出圖片.bmp]
BmpSafe.exe /bmp2file 含隱藏資料的圖片.bmp [輸出檔案]

• 預設輸出：Secret.BMP 或 Secret.bin。
• 完整錯誤處理：檔案不存在、格式錯誤、容量不足等。
• 詳細進度輸出至 Console。

程式碼精要片段

位元寫入核心邏輯

// 寫入單一位元到指定通道
switch (iRGB)
{
    case 0: r = (byte)(r & 0xFE); r |= curBit; break; // R 通道
    case 1: g = (byte)(g & 0xFE); g |= curBit; break; // G 通道
    case 2: b = (byte)(b & 0xFE); b |= curBit; break; // B 通道
}
bmp.SetPixel(curX, curY, Color.FromArgb(r, g, b));

位元讀取核心邏輯

// 從指定通道讀取 LSB
switch (iRGB)
{
    case 0: bit = (byte)(col.R & 1); break;
    case 1: bit = (byte)(col.G & 1); break;
    case 2: bit = (byte)(col.B & 1); break;
}
by |= (byte)(bit << 7);
if (bits2Do != 0) by >>= 1; // MSB-first 重建

限制與注意事項

• 僅支援 24-bit BMP，其他格式（JPG、PNG、32-bit BMP）會拋出例外。
• 載體圖片不可經過有損壓縮（如 JPEG），否則 LSB 資料會損毀。
• 隱藏資料會微幅改變圖片雜訊特徵，專業隱寫分析仍可偵測。
• 大量資料建議先壓縮（GZip/Deflate）再隱藏，提高空間利用率。

擴展建議

• 加入 AES 加密再隱藏，提升機密性。
• 支援 PNG 無損格式（需處理行過濾器與 CRC）。
• 實作自適應區塊選擇（如邊緣區域優先），降低統計可偵測性。
• 建立 GUI 介面整合拖放操作與進度列。