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  • 信息隐藏技术

    2021-06-02 21:45:34
    秘密信息被隐藏后,攻击者无法判断载体信息中是否隐藏了秘密信息,也无法从载体信息中提取或去除所隐藏的秘密信息。信息隐藏技术研究的内容包括信息隐藏算法、数字水印、隐通道技术和匿名通信技术等。 1. 传统的信息...
    • 信息隐藏(Information Hiding)作为一门新兴的交叉学科,伴随着信息和网络技术的飞速发展,在隐蔽通信、数字版权保护等方面起着越来越重要的作用。信息隐藏是将秘密信息隐藏在另一非机密的载体信息中,通过公共信道进行传递。秘密信息被隐藏后,攻击者无法判断载体信息中是否隐藏了秘密信息,也无法从载体信息中提取或去除所隐藏的秘密信息。信息隐藏技术研究的内容包括信息隐藏算法、数字水印、隐通道技术和匿名通信技术等。

    1. 传统的信息隐藏技术 :

    1. 技术性的隐写术——隐形墨水、录音回声等
    2. 语言学中的隐写术——藏头诗等
    3. 用于版权保护的隐写术——水印等

    2. 信息隐藏技术主要由下述两部分组成:

    • (1) 信息嵌入算法(编码器),它利用密钥来实现秘密信息的隐藏。
    • (2) 信息提取算法(检测器),它利用密钥从隐秘载体中检测并恢复出秘密信息。在密钥未知的前提下,第三者很难从隐秘载体中得到或删除甚至发现秘密信息。

     

     3. 信息隐藏的分类:

     法比安对信息隐藏的分类:

     根据秘钥的不同,信息隐藏可以分为三类:

     

    4. 信息隐藏的特性:

     

    与传统的加密方式不同的是,信息隐藏的目的在于保证隐藏数据不被未授权的第三方探知和侵犯,保证隐藏的信息在经历各种环境变故和操作之后不受破坏。因此,信息隐藏技术必须考虑正常的信息操作造成的威胁,使秘密信息对正常的数据操作,如通常的信号变换或数据压缩等操作具有免疫能力。根据信息隐藏的目的和技术要求,它存在以下5个特性。

    • (1) 安全性(security)。衡量一个信息隐藏系统的安全性,要从系统自身算法的安全性和可能受到的攻击两方面来进行分析。攻破一个信息隐藏系统可分为3个层次:证明隐藏信息的存在、提取隐藏信息和破坏隐藏信息。如果一个攻击者能够证明一个隐藏信息的存在,那么这个系统就已经不安全了。安全性是指信息隐藏算法有较强的抗攻击能力,它能够承受一定的人为的攻击而使隐藏信息不会被破坏。
    • (2) 鲁棒性(robustness)。除了主动攻击者对伪装对象的破坏以外,伪装对象在传递过程中也可能受到非恶意的修改,如图像传输时,为了适应信息的带宽,需要对图像进行压缩编码,还可能会对图像进行平滑、滤波和变换处理,声音的滤波、多媒体信号的格式转换等,这些正常的处理都有可能导致隐藏信息的丢失。信息隐藏系统的鲁棒性是指抗拒因伪装对象的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力。所谓改动,包括传输过程中的信道噪声、滤波操作、重采样、有损编码压缩、D/A或A/D转换等。
    • (3) 不可检测性(undetectability)。不可检测性是指隐蔽载体与原始载体具有一致的特性,如具有一致的统计噪声分布,以便使非法拦截者无法判断是否藏有隐秘信息。
    • (4) 透明性(invisibility)。透明性是指利用人类视觉系统或听觉系统属性,经过一系列隐藏处理,目标数据必须没有明显的降质现象,而隐藏的数据无法被看见或听见。
    • (5) 自恢复性(self-recovery)。经过一些操作或变换后,可能使原图产生较大的破坏,如果只从留下的片段数据仍能恢复隐藏信号,而且恢复过程不需要宿主信号,这就是所谓的自恢复性。

     5. 信息隐藏的算法:

    根据载体的不同,信息隐藏可以分为图像、视频、音频、文本和其他各类数据的信息隐藏。在不同的载体中,信息隐藏的方法有所不同,需要根据载体的特征选择合适的隐藏算法。例如,图像、视频和音频中的信息隐藏利用了人的感官对于这些载体的冗余度来隐藏信息;而文本或其他各类数据需要从另外一些角度来设计隐藏方案。因此,一种很自然的想法是用秘密信息替代伪装载体中的冗余部分,替换技术是最直观的一种隐藏算法,也称为空间域算法。除此之外,对图像进行变换也是信息隐藏常用的一种手段,称为变换域算法。

    1. 图像是由很多像素点组成的,对二值图像来说,每个像素点用八位来表示,将像素最低位替换成秘密信息,人眼难以察觉。
    2. 空间域算法
    3.  变换(频)域算法:空间域算法的最大缺点是鲁棒性差,很难抵抗包括有损压缩、低通滤波等在内的各种攻击。另外,空间域中信息隐藏算法只能嵌人很小的数据量。图像的频域算法是指对图像数据进行某种变换,这种方法可以嵌人大量的比特而不引起可察觉的降质,当选择改变中频或低频分量(DCT变换除去直流分量)来嵌人信息时,健壮性可以大大提高。常用的频域信息隐藏算法有DFT(离散傅里叶变换) .DCT(离散余弦变换)和DWT(离散小波变换)。
       

     6. 数字水印:

     数字水印类似于信息隐藏,它也是在数字化的信息载体(指多媒体作品)中嵌人不明显的记号(也称为标识或水印)隐藏起来,被嵌人的信息包括作品的版权所有者、发行者、购买者、作者的序列号、日期和有特殊意义的文本等,但目的不是为了隐藏或传递这些信息,而是在发现盗版或发生知识产权纠纷时,用来证明数字作品的来源、版本、原作者、拥有者、发行人及合法使用人等。通常被嵌入的标识是不可见或不可观察的,它与源数据紧密结合并隐藏其中,成为源数据不可分离的一部分,并可以经历一些不破坏源数据的使用价值的操作而存活下来。这样的标识可以通过计算机操作被检测或者被提取出来。显而易见,数字水印是数字化的多媒体作品版权保护的关键技术之一,也是信息隐藏的重要分支。

     基本原理:

     7. 隐通道技术:

     概念:

     

     

     

     分类:

    根据隐通道的形成,隐通道可分为:

    • 存储隐通道(storage covert channels)
    • 时间隐通道( timing covert channels);

    根据隐通道是否存在噪声,隐通道可分为:

    • 噪声隐通道(noisycovert channels)
    • 无噪声隐通道(noiselesscovert channels);

    根据隐通道所涉及的同步变量或信息的个数,隐通道可分为:

    • 聚集隐通道(aggregated covert channels)
    • 和非聚集隐通道( noaggregated covert channels)
       

    隐通道分析方法:

    1. 信息流分析方法
    2. 非干扰分析方法
    3. 共享资源矩阵法

    8. 匿名通信技术:

    通俗地讲,匿名通信就是指不能确定通信方身份(包括双方的通信关系)的通信技术,它保护通信实体的身份。严格地讲,匿名通信是指通过一定的方法将业务流中的通信关系加以隐藏,使窃听者无法直接获知或推知双方的通信关系或通信双方身份的一种通信技术。匿名通信的重要目的就是隐藏通信双方的身份或通信关系,从而实现对网络用户个人通信隐私及对涉密通信的更好的保护。
     

    分类:

     

    信息安全与技术(第二版)

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  • 本资源详细讲解了怎么在PDF中隐藏秘密信息,并做了一类方法的实现
  • 信息隐藏中视觉冗余的存在为数字图像提供了相对宽裕的携带信息空间, 因此基于各载体信息隐藏研究成为当今信息隐藏技术的主流.
  • 信息隐藏技术原理

    2012-03-30 11:35:14
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  • 走进信息隐藏的世界,全面讲解信息隐藏——第1节:信息隐藏技术简介 专栏题记:奥斯卡优秀电影《美丽心灵》里面有讲述一位优秀数学家为政府破译敌国通讯的情节,如电影所讲,现实中也有着类似的情节,在我们的生活...

    走进信息隐藏的世界,全面讲解信息隐藏——第1节:信息隐藏技术简介


    专栏题记:奥斯卡优秀电影《美丽心灵》里面有讲述一位优秀数学家为政府破译敌国通讯的情节,如电影所讲,现实中也有着类似的情节,在我们的生活中,我们所看过的图片、视频和游览过的网页,也许就隐藏着他人需要传输的秘密信息(是不是有点恐怖,差一点成为帮凶了),这就是信息隐藏!由于应用场景一般比较神秘,导致很多人其实都不太了解信息隐藏技术。由于国家越来越重视网络信息的安全,现在也是有越来越多的研究人员进行着这方面的研究工作。本人也是其中一位非常平凡的研究人员,笔者抱着学习和分享的态度,希望略尽绵薄之力让大家对信息隐藏技术不再陌生,同时慢慢掌握如何进行信息隐藏的技术。接下来本人会不定时更新信息隐藏技术的相关原理和关键技术实现过程,同时会提供程序代码给大家学习,也欢迎有志之士可以和我一同创建学习平台,也可以在评论下建议下一节希望学习的研究内容。谢谢!


    目录

    1、信息隐藏概念

    2、信息隐藏系统模型

    3、信息隐藏技术的分支简介

    4、信息隐藏技术的特性和要求

    5、信息隐藏关键技术

    6、信息隐藏的应用实例

    案例一:信息隐藏技术在电子商务中的应用

    案例二:信息隐藏技术在网络战中的运用



    • 信息隐藏概念

           信息隐藏也称数据隐藏,信息隐藏技术是指在不对载体数据产生可察觉影响的前提下,将密信数据隐藏到载体中实现隐蔽通讯的技术。是集多学科理论与技术于一身的新兴技术领域。信息隐藏技术主要是指将特定的信息嵌入数字化宿主信息(如文本,数字化的声音、图像、视频信号等)中,信息隐藏的目的不在于限制正常的信息存取和访问,而在于保证隐藏的信息不引起监控者的注意和重视,从而减少被攻击的可能性,在此基础上再使用密码术来加强隐藏信息的安全性,因此信息隐藏比信息加密更为安全。应该注意到,密码术和信息隐藏技术不是互相矛盾、互相竞争的技术,而是相互补充的技术,他们的区别在于应用的场合不同,对算法的要求不同,但可能在实际应用中需要互相配合。特定的信息一般就是保密信息,信息隐藏的历史可以追溯到古老的隐写术,但推动了信息隐藏的理论和技术研究始于1996年在剑桥大学召开的国际第一届信息隐藏研究会,之后国际机构在信息隐藏领域中的隐写术、数字水印、版权标识,可视密码学等方面取得大量成果。


    • 信息隐藏系统模型

           广义的信息隐藏系统模型主要有四部分组成:(1)信息嵌入,即利用嵌入秘钥来实现嵌入对象的隐藏过程;(2)信息提取,即利用提取秘钥从隐藏对象或可能经过修改的隐藏对象中提取或恢复出嵌入对象,在提取时,原始的载体对象可能需要参与也可能不需要参与;(3)秘钥生成,根据安全参数生成嵌入秘钥和提取秘钥;(4)隐藏分析,隐藏对象在传输过程中可能会被隐藏分析者截获并进行处理。信息隐藏系统模型如下图所示:

           在信息隐藏系统模型中,在嵌入过程中我们使用嵌入密钥将嵌入对象嵌入掩护对象中,生成隐藏对象,如下图将一个txt的文本嵌入到一张JPEG的图像中。嵌入对象和掩护对象可以是文本、图像或音频等等。在我们没有使用工具进行分析时,我们觉得掩护对象与隐藏对象几乎没有差别,这就是信息隐藏概念中所说的“利用人类感觉器官的不敏感性”。隐藏对象在信道中进行传输,在传输的过程中,有可能会遭到隐藏分析者的攻击,隐藏分析者的目标在于检测出隐藏对象、查明被嵌入对象、向第三方证明消息被嵌入、删除被嵌入对象、阻拦等。其中前三个目标通常可以由被动观察完成,称为被动攻击,后两个目标通常可以由主动攻击实现。提取过程则是在提取密钥的参与下从所接收到的隐藏对象中提取出嵌入对象,如将上述txt文件从JPG的图像中提取出来。有些提取过程并不需要掩护对象的参与,这样的系统称为盲隐藏技术,而需要掩护对象参与的系统则称为非盲隐藏技术。


    • 信息隐藏技术的分支简介

           作为信息安全领域的一个重要组成部分,信息隐藏技术已成为信息安全领域中一个既具有研究价值、同时又极具挑战性的热门课题,信息隐藏技术的分支主要包括:隐写术、数字水印、数字指纹、隐蔽信道、阈下信道、低截获概率通信和匿名通信等等。其分类示意图如下图所示:


    • 信息隐藏技术的特性和要求

           信息隐藏不同于传统的加密,因为其目的不在于限制正常的资料存取,而在于保证隐藏数据不被发现。因此,信息隐藏技术必须考虑正常的信息操作所造成的威胁,即要使机密数据对正常的数据操作技术具有免疫力。根据信息隐藏的不同目的和技术要求,该技术的存在以下特性和要求:

    1. 透明性或不可感知性:利用人类视觉系统或人类听觉系统属性,经过一系列的隐藏处理,使得载体对象没有明显的降质现象,如LSB算法等。当然,有些场合可能需要使用可见水印,例如某些版权维护的场合。
    2. 鲁棒性:指不因隐藏对象通过某些常用操作而导致嵌入对象丢失的能力。这里的常用操作包括滤波操作、有损压缩、几何变换、D/A或A/D等。
    3. 安全性:指算法具有较强的抗恶意攻击能力。
    4. 不可检测性:指载体数据嵌入数据后无明显改变,至少肉眼看不出变化

    • 信息隐藏关键技术

      近年来,信息隐藏技术的研究取得了很大的进步,已经提出了各种各样的隐藏算法。关键的信息隐藏技术有如下几种。

        (1)替换技术

        所谓替换技术,就是试图用秘密信息比特替换掉伪装载体中不重要的部分,以达到对秘密信息进行编码的目的。替换技术包括最低比特位替换、伪随机替换、载体区域的奇偶校验位替换和基于调色板的图像替换等。替换技术是在空间域进行的一种操作,通过选择合适的伪装载体和适当的嵌入区域,能够有效地嵌入秘密信息比特,同时又可保证数据的失真度在人的视觉允许范围内。

        已经提出的各种算法大都给出了其实现思想,如对于基于调色板的图像格式,可操作其调色板来嵌入信息,也可以利用它的量化值来隐藏秘密信息,因此该技术在数据伪装中得到了广泛的应用。

        替换技术算法简单,容易实现,但是鲁棒性很差,不能抵抗图像尺寸变化、压缩等一些基本的攻击,因此在数字水印领域中一般很少使用。

        (2)变换技术

        大部分信息隐藏算法都是在变换域进行的,其变换技术包括离散傅里叶变换(DFT)、离散余弦变换(DFT)、离散小波变换(DWT)和离散哈达玛特变换(DHT)等。这些变换技术都有各自的特点。

        DFT在信号处理中有着广泛应用,在信息隐藏领域也同样得到了应用。它将图像分割成多个感觉频段,然后选择合适部分来嵌入秘密信息。D CT使空间域的能量重新分布,从而降低了图像的相关性。在DCT域中嵌入信息的方法,通常是在一个图像块中调整两个(或多个)DCT系数的相对大小。DWT是对图像的一种多尺度、空间频率分解,即将输入信号分解为低分辨率参考信号和一系列细节信号。在一个尺度下,参考信号和细节信号包含了完全恢复上一尺度下信号的全部信息。

        (3)扩频技术

        当对伪装对象进行过滤操作时可能会消除秘密信息,解决的方法就是重复编码,即扩展隐藏信息。在整个伪装载体中多次嵌入一个比特,使得隐藏信息在过滤后仍能保留下来,这种方法虽然传输效率不高,但却具有较好的健壮性。扩频技术一般是使用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码,将载有信息数据的基带信号频谱进行扩展,形成宽带低功率谱密度信号。最典型的扩频技术,为直序扩频和跳频扩频。直序扩频是在发端直接用具有高码率的扩频编码去扩展信号的频谱,而在接收端用相同的扩频编码解扩,将扩频信号还原为原始信号。跳频扩频是在发端将信息码序列与扩频码序列组合,然后按照不同的码字去控制频率合成器,使输出频率根据码字的改变而改变,形成频率的跳变;在接收端为了解跳频信号,要用与发端完全相同的本地扩频码发生器去控制本地频率合成器,从中恢复出原始信息


    • 信息隐藏的应用实例

    案例一:信息隐藏技术在电子商务中的应用

      目前信息隐藏技术在电子商务中的应用主要体现在以下几个方面:

      1.数据保密

      在具体电子商务活动中,数据在Internet上进行传输一定要防止非授权用户截获并使用,如敏感信息,谈判双方的秘密协议合同网上银行交易中的敏感数据信息,重要文件的数字签名和个人隐私等等。另外,还可以对一些不愿为别人所知道的内容使用信息隐藏的方式进行隐藏存储。

      2.数据的不可抵赖性

      在网上交易中,交易双方的任何一方不能抵赖自己曾经做出的行为,也不能否认曾经接收到的对方的信息,这是交易系统中的一个重要环节。这可以使用信息隐藏技术中的水印技术,在交易体系的任何一方发送或接收信息时,将各自的特征标记以水印的形式加入到传递的信息中,这咱水印应是不能被去除的,可达到确认其行为的目的。

      3.防伪

      商务活动中的各种票据的防伪也是信息隐藏技术的用武之地。在数字票据中隐藏的水印经过打印后仍然存在,可以通过再扫描回数字形式,提取防伪水印,以证实票据的真实性。

      4.数据的完整性

      对于数据完整性的验证是要确认数据在网上传输或存储过程中并没有被窜改,可通过使用脆弱水印技术保护的媒体一旦被窜改就会破坏水印,从而很容易被识别。

    案例二:信息隐藏技术在网络战中的运用[2]

      信息隐藏之所以比密码加密的方法进行保密通信具有更大优势,是因为以信息隐藏方式实现隐蔽通信,除通信双方以外的任何第三方并不知道秘密通信这个事实的存在,这就较之单纯的密码加密更多了一层保护,使得网络加密机制从“看不懂”变为“看不见”,以不至成为好事者攻击的目标。

      (1)数据保密

      在因特网上防止非授权用户截获并使用传输的一些秘密数据,是网络安全的一个重要内容。信息隐藏技术在军事上的应用,可以将一些不愿为人所知的重要标识信息用信息隐藏的方式进行隐蔽存储,像军事地图中标明的军备部署、打击目标,卫星遥感图像的拍摄日期、经纬度等等,都可用隐藏标记的方法使其以不可见的形式隐藏起来,只有掌握识别软件的人才能读出标记所在。

      (2)数据保护

      数据保护主要是保证传输信息的完整性。由于隐藏的信息是被藏在宿主图像等媒体的内容中,而不是文件头等处,因而不会因格式的变换而遭到破坏。同时隐藏的信息具有很强的对抗非法探测和非法破解的能力,可以对数据起到安全保护的作用。对于数据完整性的验证是要确认数据在网上传输或存储过程中并没有被窜改。通过使用脆弱水印技术保护的媒体一旦被窜改就会破坏水印,从而很容易被识别。

      (3)数据免疫

      所谓免疫是指不因宿主文件经历了某些变化或处理而导致隐藏信息丢失的能力。某些变化和处理包括:传输过程中的信道噪声干扰,过滤操作,再取样,再量化,数/模、模/数转换,无损、有损压缩,剪切,位移等。


    作者:Daniel
    来源:CSDN 
    版权声明:本文为原创文章,转载请附上博文链接:
    https://blog.csdn.net/qq_26464039/article/details/85779870


    展开全文
  • 通信行业是服务于用户信息传递的产业结构,而语音信息是通信技术的主要载体。由于通信安全意识的增强,用户对信息传输过程的安全性更加重视,...文章分析了信息隐藏技术的常用方法,且提出了小波变换基础上的信息隐藏算法。
  • 信息安全技术已经成为不可忽略的因素而网络的普及及应用让多媒体技术得到了广泛的发展因此图像及视频的安全变得越来越重要本文正是在这种时代背景下介绍一种关于图像处理的信息隐藏技术 用于进行隐蔽通信的图像信息...
  • 信息隐藏技术概述

    2012-03-30 11:21:03
    信息隐藏技术是利用人类视听觉局限性,将秘密消息以一定的编码或加密方式隐藏于无关紧要的载体对象(cover object)之中,由隐藏后的隐写对象(stego object)来掩盖秘密消息的存在。信息隐藏的安全性取决于第三方有没有...
  • 信息隐藏技术实验,MATLAB代码,1、 编写两个函数,分别用来处理三点法的嵌入和提取操作。(适应任意载体图像。)2、分析隐蔽载体在JPEG压缩条件下的健壮参数a与隐藏鲁棒性的关系 (两点法)。
  • 信息隐藏技术综述——粗浅入门

    万次阅读 2018-03-12 14:50:50
    本文为2017年十一月做的关于信息隐藏技术的PPT汇报的配套讲稿,相关参考资料已上传至(http://download.csdn.net/download/sir_chai/10104787)第一页1996 年 5 月30 日,在英国的剑桥牛顿研究所召开了第一届国际...

    本文为2017年十一月做的关于信息隐藏技术的PPT汇报的配套讲稿,相关参考资料已上传至

    http://download.csdn.net/download/sir_chai/10104787

    第一页

    1996 年 5 月30 日,在英国的剑桥牛顿研究所召开了第一届国际信息隐藏学术研讨会(First In-ternationalWorkshop on Information Hiding),标志着这门新兴的交叉学科的正式诞生

    第二页

    1、信息隐藏技术研究背景    2、基本原理     3、研究现状及应用    4、简述隐写分析技术    5、结论

    第三页

    1、信息隐藏研究背景


    目前网络安全管理普遍是“严防死堵,物理隔离”的思路,这是上个世纪的基于通道安全形成的管理思路,已经严重滞后于时代发展。网络世界的攻防是严重不对等的,网络安全的防护难度极大。举个例子:就如我们为了不让别人看到院子里的花,就需要修一堵墙,修墙的工作量非常大,但是在墙上打个小孔、或在墙外树一个梯子等是极其容易的,且手段多样。所以攻击相对很容易成功,防守却难度极大。

    现在网络安全进入”你中有我,我中有你“的新常态,在这种状态下怎么保护自身的数据安全呢?高维数据在国内率先提出“关注疏通,疏治同步”的管理思路。网络安全所有的措施最终是为了保护什么呢?----是数据!单位的机密数据、企业的商业数据、个人的数据和隐私等。那能不能在传统的通道安全的基础上,把更多的关注重点放到数据本身上。

    先说目前数据安全与隐私保护的技术现状,目前传统的信息安全主要是围绕加密技术及体系完成的。首先加密技术是一种值得信赖的内容安全手段,能非常有效的解决数据安全问题,目前已经形成了完善的体系与管理办法。加密技术历史悠久,但是进入移动互联网、大数据时代,传统的加密技术暴露出不足,出现了bug加密数据是异常数据,容易成为数据分析挖掘的重点目标

    大家觉得第三方主要是对你加密的重要内容感兴趣!对于第三方来说,获取加密数据的主要目是通过这些异常数据聚焦到使用加密技术的人,然后通过大数据技术对目标人进行分析,找出社交关系、网络痕迹等,最后找到目标人的团队和组织。  其次关注的才是被加密的数据。对于安全/保密等重点行业用户来说,被关注和深度挖掘是“致命的”!

    有没有技术既能实现象5%的加密数据那样内容安全,又能实现象95%的普通数据那样不被关注呢?我与大家分享一种古老的新技术:信息隐写技术(信息隐藏技术)!”信息隐藏技术其实自古就有,如古代剃光头后写上军事机密,等长出头发后传递信息,接收时剃光头发看到机密。在计算机时代,信息伪装不仅要让人眼无法分辨,而且要实现对抗计算机视觉识别比如:信息隐藏技术帮助用户把各种格式的重要数据,隐藏在普通的多媒体文件里(如图片、音视频、pdf等),用户通过本地存储或网络分享含有重要私密数据的普通多媒体文件来实现重要数据和个人隐私信息的存储或分享。而存储和分享这些普通的多媒体文件(如图片、音视频、pdf等)是几乎所有人都在做的普通行为,所以这种行为不容易被关注的。”

    第四页

    2、基本原理


    信息隐藏是把一个有意义的信息隐藏在另一个称为公开载体(Cover) 的信息中得到隐蔽载体 S(Stego Cover),非法者不知道这个普通信息中是否隐藏了其他的信息,而且即使知道也难以提取或去除隐藏的信息。所用的载体可以是文本、图像、声音及视频等。为增加攻击的难度,也可以把加密与信息隐藏技术结合起来,即先对消息 M 加密得到密文消息 M',再把 M'隐藏到载体 C 中。这样攻击者要想获得消息,就首先要检测到消息的存在,并知道如何从隐蔽的载体 S 中提取 M'及如何对 M'解密以恢复消息 M。

    第五页

    3、研究现状及应用


    信息隐藏的主要方法包括在时间域、空间域、变换域的隐藏,另外还有基于文件格式和载体生成技术的隐藏 [7~11] 。目前研究得最多和最深入的是在静止图像中的隐藏,一方面是由于图像具有较大的冗余空间来隐藏信息,另一方面图像处理工具较多且隐藏效果很直观。

    在图像中的信息隐藏方法主要有:位平面替换、基于调色板的隐藏、DCT 域隐藏、小波域隐藏、图像变形技术等,另外还有基于视觉掩蔽效应的隐藏。以位平面为代表的空间域信息隐藏技术具有容量大、处理简单的优点,但是隐藏信息抵抗各种处理(如滤波、压缩等)的能力比较弱。而以 DCT 域隐藏为代表的基于变换域隐藏的特点是,隐藏信息的安全性比较强,能够抵抗各种压缩处理,但是隐藏的数据容量有限。

    视频信号可以看成是一帧一帧的静止图像组成的视频流。这样的原始视频流的数据量很大,因此一般都是以视频压缩的方式来保存。视频的信息隐藏一般分为三种,一种是在原始视频流中隐藏信息,可以直接使用静止图像的隐藏算法,但是处理的数据量很大,并且抵抗压缩的能力较弱。第二种是在 MPEG2 视频压缩算法中嵌入隐藏算法,在压缩的同时进行信息隐藏。第三种是在压缩后的视频信号中进行隐藏,这类算法对视频质量影响不大,稳健性好,但是可以隐藏的数据量不大。

    声音信号中的信息隐藏又不同于图像和视频,声音信号的特点是,采样的低电平对听觉影响较大,并且采样点间具有相关性,并且还可以利用人耳对某些声音频段的不敏感性以及对相位的不敏感性来进行信息的隐藏。在声音中的信息隐藏算法主要包括在时域、频域和压缩域中的信息隐藏,具体来讲有在时域中的回声隐藏、在 DFT 中的相位隐藏、在 DWT 中的频域隐藏、还有利用听觉掩蔽效应的弱音隐藏等算法。在声音中隐藏信息的难点在于,一方面人的听觉比视觉更敏感,因此对隐藏算法的健壮性要求更高。另一方面,对声音信号的评价还没有一个比较有效的标准。

    文本信号中的信息隐藏主要分为两大类,一类算法是通过调整文本的行间距、字间距来隐藏信息,另一类算法则是利用载体生成技术,将一段要隐藏的机密信息通过一个文本生成器,产生一段有意义的文本。文本信号中存在的冗余度很小,因此在文本中隐藏信息是一个较困难的问题,并且隐藏信息的稳健性还有待进一步提高。

    数字水印是向多媒体数据(如图像、声音、视频信号等)中添加某些数字信息以达到版权保护等作用。如果没有稳健性的要求,水印与信息隐藏技术的处理本质上是完全一致的。

    数字指纹是在数字产品的每一份拷贝中加入一个唯一的标志,通过这样的标志,可以区分一个数字产品所售出的每一份拷贝。

    叠像术是由可视化密码技术发展而来的一种新的信息伪装技术。可视密码术的思想是把要隐藏的机密信息通过算法隐藏到两个或多个子密钥图片中。而若把所有的图片叠加在一起,则能恢复出原有的机密信息。

    潜信道又名隐信道,顾名思义,就是指普通人感觉不到此种信道的存在,从而“黑客”可以利用这些感觉不到而又真实存在的信道来传送(或存储)机密信息。潜信道的种类很多,有些潜信道是设计者有意打下的埋伏,有些潜信道则是无意之中构建的。滥用文件名,数据链路层中数据帧的未使用部分、IP 包的时间戳部分等都可以被巧妙地用来传递信息。接入控制机制中的漏洞、收发双方存在的共享资源、特洛伊木马等都可以用来构造各种各样的潜信道。

    第六页

    *数字水印*

    (1)数字水印的原理特点

    所谓数字水印技术,就是将特定的数字信息(如身份信息、序列号、文字或图像标志等)嵌入到图像、音频、视频或软件等各种数字产品中,以达到信息安全和版权保护等目的。数字水印是嵌在数字作品中的数字信号,水印的存在要以不破坏原始作品的欣赏价值和使用价值为原则。一般来说,数字水印应具有以下的基本特征:隐蔽性、安全性、鲁棒性、确定性。

    (2)数字水印的算法结构

    数字水印算法一般包括两个方面:水印的嵌入和水印的提取(或检测)。


    Fig.1 数字水印嵌入过程


    Fig.2 数字水印提取过程

    (3)数字水印所面临的攻击

    水印攻击与鲁棒性可以说是一对矛盾。要设计出鲁棒性的水印算法,必须先研究水印攻击的方法。目前的文献已经陆续描述了很多水印攻击方法。下面以攻击嵌入图像中的水印为例,介绍3类主要的水印攻击方法:

        几何攻击:通过对水印作品进行某种处理,削弱,破坏嵌入的水印或者使水印检测器检测不出实际还存在的水印。这些攻击方法包括叠加噪声、滤波、剪切、平移、旋转、缩放、JPEG或JPEG2000有损压缩等。能否抵御此类攻击是目前绝大多数水印算法性能评价的首要目标。

        伪造攻击:即试图通过伪装原始数字作品和原始水印来迷惑版权保护。如攻击者并没有除去水印,而是在待检测作品中嵌入了他自己的水印,从而导致所有权的争议。此类攻击实际上使水印的版权保护功能受到了挑战。

        共谋攻击:指利用一副作品的多个加了不同水印的版本,生成一个原作品的近似,从而将水印除去。最简单的实现是假设嵌入的水印服从平均分布,利用统计或平均的方法来计算近似作品。

    (4)数字水印的分类研究现状

    数字水印根据嵌入方法的不同可分为两大类:空域水印和变换域水印,较早的水印算法从本质上来说都是空域上的,水印直接加载在原始载体作品的数据上。空域水印最典型的算法就是最低有效位方法(LSB)。基于变换域的技术是先将作品做某种变换,然后把水印嵌入到作品的变换域中(如DCT域、DWT域等)。从目前的状况看,变换域方法正变得日益普遍并以小波变换的水印算法研究最热。相对于空域方法而言,变换域方法通常都具有更好的鲁棒性。

    (5)数字水印的应用现状与前景

    版权保护、认证与防伪、隐式注解、隐秘通信

    第七页

    4、简述隐写分析技术



    第八页

    5、结论与展望

    u 通信、模式识别和信息安全等领域的研究人员从不同的研究角度对信息隐藏技术进行探索,形成了百花齐放百家争鸣的局面。
    u 许多问题如鲁棒性、真伪鉴别、版权证明、音频、视频及软件水印等方面仍需比较完美的解决方案。




    20180312


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  • 无损信息隐藏技术综述

    千次阅读 2019-12-06 19:12:11
    信息隐藏技术信息安全领域的一个重要分支,通常意义下的信息隐藏技术研究重点都集中在隐藏技术和分析技术,较少关注图像是否失真的问题。在原始载体图像嵌入了隐藏信息后,会导致其产生某种程度上的永久性失真,即...

    摘自 http://www.gjbmj.gov.cn/n1/2018/1229/c411145-30495491.html

    一、引言

    信息隐藏技术是信息安全领域的一个重要分支,通常意义下的信息隐藏技术研究重点都集中在隐藏技术和分析技术,较少关注图像是否失真的问题。在原始载体图像嵌入了隐藏信息后,会导致其产生某种程度上的永久性失真,即在隐藏信息被提取之后,原始载体图像不能够无失真地得到恢复。然而无损信息隐藏技术作为近年来新兴的信息隐藏技术,能够做到隐藏信息提取后,载体图像仍能够得到无失真的恢复。无损信息隐藏技术的特点使其在载体图像的内容需要保护的情况下具有很高的应用需求和应用价值,如大量多媒体数据包括医疗图像系统、军事图像系统和数字艺术品珍藏等。

    二、基本概念

    无损信息隐藏技术又称可逆或可删除信息隐藏技术,主要指在原始图像没有明显降质的情况下嵌入隐藏信息,若隐秘图像在传输过程中没有发生变化,那么合法用户在提取出隐藏信息后,原始图像能够完全无失真复原。

    图像的无损信息隐藏技术和传统信息隐藏技术在方法和原理上没有本质区别,不同在于对嵌入隐藏信息的要求,即需要知道添加隐藏信息的顺序、位置和原始图像的更改数据。

    三、无损信息隐藏模型

    一旦被窃密者获取可追踪定位该设备,并激活该设备可能隐藏配置的无线发射和接收功能,达到窃密目的。因此,使用单位应将涉密网络中无损信息隐藏技术使用密钥K,通过隐藏算法将隐藏信息E嵌入到载体图像C中,得到隐秘图像S。接收方通过公共信道获取密钥K和隐秘图像S,通过信息提取算法可以无失真地提取隐藏信息E和载体图像C。

    四、主要算法介绍

    随着无损信息隐藏技术应用需求的不断扩大,该技术也成了近些年学者们研究的热点。本章归纳了目前公开文献中的一些具有代表性的算法,目前基于图像的无损信息隐藏技术大致可分为5类。

    (一)基于算术取模运算的无损信息隐藏技术

    无损信息隐藏的概念最早出现在1999年的一份专利上,是当时柯达公司首次发布的将水印数据加到原始图像的空域,并能够恢复原始图像。Honsinger等人将原图像与要嵌入的水印进行模256运算,生成含水印图像。但是这种方法当载体图像的某些像素值接

    近255时,模加运算后数据会反转接近0,反之亦然,所以说这种算法不能嵌入大容量的信息,且产生的隐秘图像质量下降严重。

    (二)基于无损压缩的无损信息隐藏技术

    该方法最早由Fridrich等人研究提出。原理是选取合适的图像位平面,把最不重要的比特位的数据进行无损压缩,使其出现冗余空间再将隐藏信息嵌入到产生的冗余空间中。假设原始图像X,B是选取的合适的图像位平面,通过一定的无损压缩算法将B压缩成C(B),这样就产生了冗余空间M,其中M=B-C(B),可以将隐藏信息嵌入隐藏在冗余空间M中。该方法通常选择最不重要的位平面进行压缩,但由于平面含有丰富的图像信息,压缩率不高,故可以嵌入隐藏信息的冗余空间受限较大,同样对于嵌入隐藏信息量有一定的要求。

    (三)基于差扩展的无损信息隐藏技术

    该方法最早由Tian等人研究提出,是使用可逆数学运算对2个像素对进行差扩展,在最低位嵌入数据。假设(x,y)是载体图像中的一组像素对,其中0≤x≤255,0≤y≤255。与上述基于无损压缩的无损信息隐藏技术相比较,基于差扩展的无损信息隐藏技术的嵌入信息量较大。但由于该方法在嵌入过程中会产生比较多的附加信息,导致占用较多可嵌入

    信息的空间。针对这个问题,后续有很多研究者在上述算法的基础上做了进一步的扩展和改进,进一步提高了嵌入信息的容量。

    (四)基于直方图移位的无损信息隐藏技术

    该方法最早由Ni等人研究提出,原理是计算载体图像的像素直方图,找出其中出现频率最高和最低的像素值,称其为最大值和

    最小值。在最大值和最小值之间的像素值+1(–1),即把像素直方图右移(左移)1位,产生冗余空间嵌入隐藏信息,其嵌入信息容量就是像素最大值出现的频率。这种算法的优点是计算复杂度低,高效产生冗余空间实现隐藏信息的嵌入,且由于嵌入时载体图像像素值的改变最大为1,故得到的隐藏信息的图像质量很高;缺点是大部分载体图像的像素直方图中的最大频率并不高,导致信息嵌入量仍然有限。

    (五)基于变换域的无损信息隐藏技术

    上述的4种无损信息隐藏技术都是基于空域像素值变换构造冗余空间进行隐藏信息嵌入的。还有一类信息隐藏技术是基于变换域的,主要是通过修改主信号某些指定的频域系数来嵌入数据。基于变换域的信息隐藏技术中,频率变换域中嵌入隐藏信息的方法有很多,包括快速傅立叶—梅林变换FMT、离散余弦变换DCT、哈达码HT和小波变换WT等,其中小波变换方法由于其分解的图像恰好与人类视觉特性相符和具有计算复杂度低等特性,成了研究者们选择研究的热点对象。

    宣国荣等人提出了一种基于整数小波变换的无损信息隐藏方法。对原始图像进行整数小波变换,选择中高频系数的中位平面进行无损压缩,将隐藏信息嵌入产生的冗余空间,再通过逆整数小波变换得到隐秘图像。

    目前,基于变换域的无损信息隐藏技术发展迅速,很多研究者在小波变换的基础上进行了算法的改进和变换,在隐秘图像质量和计算复杂度等方面有了较大提高。如中国科技大学郭志川等人提出的基于改进整数小波变换的无损信息隐藏方法等。

    五、关键技术和评价指标

    随着无损信息隐藏技术应用需求的不断扩无损信息隐藏技术的实质就是找到可逆的算法规则产生有效的冗余空间,并在冗余空间中进行隐藏信息嵌入。如果没有冗余空间就无法嵌入隐藏信息;如果没有可逆规则就无法恢复不失真的原始图像。可见冗余空间和可逆规则是嵌入过程中的2个关键点,二者缺一不可。

    理论上,嵌入过程中对载体图像的改变越小,隐秘图像的失真就越小。构造的冗余空间越大,能够嵌入的信息量就越大。因此,如何在对原始载体图像改变尽可能小的前提下,得到最大的冗余空间,就成了无损信息隐藏技术研究的关键点。关键技术包括以下几方面。

    (一)如何能够构造更多的冗余空间。目前很多嵌入算法均存在冗余空间有限的问题,无论采取何种技术方法,在保证算法可逆的前提下,应尽可能产生更多的冗余空间以便嵌入更多的隐藏信息。

    (二)高信息嵌入量和高隐秘图像质量的平衡问题。无损信息隐藏技术在确保能够恢复原始图像的前提下,高信息嵌入量是首要关注的指标,但如果一味地增加冗余量会导致原始图像数据修改的增加,造成隐秘图像质量下降严重。因此,需要在高容量和高质量中寻找一个适当的平衡点。

    (三)信息隐藏和提取算法的研究。高难度较复杂的隐藏和提取算法很难保证数据通信的连续性和稳定性,在很多实际应用中如处理较大数据量等情况下是不适用的。因此,一种高效简单的信息隐藏和提取算法是研究的重点。无损信息隐藏技术的主要研究目标是以最小的失真取得最大的嵌入容量,同时尽可能保持低的计算复杂性。故评价无损信息隐藏技术的评价指标主要包括:嵌入容量、图像质量和计算复杂度。

    1.嵌入容量

    目前的大多文献通常以bpp(bitsperpixel)为单位表示嵌入容量,即载体图像的一个像素最多可以嵌入的比特数。值越大表示嵌入容量越大。

    2.图像质量

    图像质量是指嵌入隐藏信息后得到的隐秘图像的质量,通常以PSNR(PeakSignal-to-NoiseRatio)为单位度量。PSNR值越高,隐秘图像的质量就越好。

    3.计算复杂度

    通常使用O(x)来表示算法的复杂度,有时也直接使用某软硬件平台下所花费的时间表示。O(x)数值越小或所花的时间越少,则表示计算复杂度越小。

    六、结语

    伴随着信息技术的飞速发展和数字图像的广泛应用,信息隐藏技术已经成为信息安全领域的一个研究热点,目前基于数字图像的信息隐藏技术可以说已经比较完善和成熟,而无损信息隐藏技术的相关研究却起步不久,还有很多急需解决的和有待研究的问题,其潜在的应用领域也在不断地扩展,因此该技术将是今后学者们研究的一个热点。

    (原载于《保密科学技术》杂志2018年9月刊)

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