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  • 信息隐藏技术2

    2012-05-12 22:38:22
    详细介绍信息隐藏技术的基础知识,以基于图像的信息隐藏为主,包括图像基础,时空域及变换域信息隐藏算法
  • matlab LSB信息隐藏技术GUI控制台(包括隐藏图片和文字和图像置乱功能)
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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


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  • 由于所包含信息冗余量少而难以在其中隐藏信息。提出了两种较实用的文本信息隐藏技术,取得了较好的信息隐藏效果
  • 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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  • 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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  • 信息隐藏技术综述

    千次阅读 2007-03-01 19:58:00
    信息隐藏技术综述蔡洪亮 李波 卢星 杨明摘要:介绍了信息隐藏技术的概念、模型及分类;给出了信息隐藏技术的五大特征;分析了两种典型的信息隐藏算法:时域替换技术和变换域技术;描述了信息隐藏在现实中主要的应用领域;...
    信息隐藏技术综述
    
    蔡洪亮 李波 卢星 杨明

    摘要:介绍了信息隐藏技术的概念、模型及分类;给出了信息隐藏技术的五大特征;分析了两种典型的信息隐藏算法:时域替换技术和变换域技术;描述了信息隐藏在现实中主要的应用领域;指出了信息隐藏技术今后的发展方向。
    关键词:信息隐藏;秘密信息;隐藏算法

     本文就信息隐藏的技术进行了综述,概述的比较全面,有一定的参考价值,下面时他的层次目录结构。
    1.信息隐藏的概念、模型及分类
        信息隐藏技术是利用载体信息的冗余性,将秘密信息隐藏于普通信息之中,通过普通信息的发布而
    将秘密信息发布出去,即将重要的信息隐藏于其它信息里面从而掩饰它的存在。它隐藏的是信息的“存
    在性”,使它们看起来与一般非机密资料没有区别,可以避免引起其他人注意,从而具有更大的隐蔽性和
    安全性,十分容易逃过拦截者的破解。
    例如:本拉登可以建立一个网站,网站上的内容就是“反恐”而实际上,他的秘密指令可能就隐藏在该网站上的图片或者文字中,恐怖组织内部有权限的人员就可以通过密钥等获取隐藏信息,而没有相应的的信息显示技术(或者是密钥)的人就无法得到这些信息。
    原文此处用两个图进行了说明。
    其中一个是信息模型,介绍了信息如何进行隐藏和显示。
    第二个图介绍了信息隐藏的分类。   
    2.信息隐藏的特征
        信息隐藏具有鲁棒性、不一可检测性、透明性、安全性和自恢复性等特征。
        2.1鲁棒性((robustness)
        指不因封面信息的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力。这里所谓“改动”包括传输过程中的信道
    噪音、滤波操作、重采样、有损编码压缩、D/ A或A/ D转换等。
        2.2不可检测性(undet( ctability)
        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等,以便使非法拦截者无法判
    断是否有隐蔽信息。
        2.3透明性((invisibility)
        利用人类视觉系统或人类听觉系统属性,经过一系列隐藏处理,使目标数据没有明显的降质现象,
    而隐藏的数据却无法人为地看见或听见。
        2.4安全性((,security)
        指隐藏算法有较强的抗攻击能力,即它必须能够承受一定程度的人为攻击,而使隐藏信息不会被破坏。
        2.5自恢复性
        由于经过一些操作或变换后,可能会使封面信息产生较大的破坏,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。
    对信息隐藏技术的特征进行了分析。
    3.典型的信息隐藏算法
        从上世纪90年代初到现在,信息隐藏技术得到了迅速的发展,同时,学者提出了许多信息隐藏算法。
    在现有的算法中,最常采用的是时域替换技术和变换域技术。
    3.1时域替换技术
        时域替换技术的基本原理是用秘密信息比特替换掉封面信息中不重要的部分,以达到对秘密信息进
    行编码的目的。接收方只要知道秘密信息嵌入的位置就能够提取信息。由于在嵌入过程中只进行了很小
    的修改,发送方可假定被动攻击者是无法觉察到的[[l]。时域替换技术具有较大的隐藏信息量(容纳性)
    和不可见性(透明性),但稳健性(鲁棒性)较弱。这种技术比较有代表性的是最不重要比特位(the Least
    Si加ficant Bits,简称LSB)方法,该方法也是最早被应用的信息隐藏方法。封面信息的LSB直接被秘
    密消息的比特位或两者之间经过某种逻辑运算的结果所代替。
    3.2变换域技术
        变换域技术的基本原理是将秘密信息嵌入到数字作品的某一变换域中。首先将原始的图像或声音信
    号进行数学变换,在变换域上嵌入秘密信息,然后经反变换输出。这种技术比时域替换技术能更有效
    地抵御攻击,并且还保持了对人的不易觉察性。目前使用的变换域方法很多,例如频域隐藏、时/频域隐
    藏和时间尺度域隐藏,它们分别是在DO,变换域、日巾频变换域和小波变换域上进行变换从而隐藏信息。
    变换域方法具有较强的不可见性和稳健性,是目前应用很广泛的算法。
    简单理解:时域替换技术可以通过控制某些位来实现。
    例如有信息10101010,而实际上,他的偶数位并没有用,只用他的奇数位就可以表达该信息,那我们可以用他的偶数为来实现信息隐藏,比如秘密信息“1101”可以分别放到第2、4、6、8位上,这样别人根本无法判断,但是相关人员可以根据解密规则得到秘密信息”1101“
    第二种相应技术的复杂性和技术性都更高。
    4.信息隐藏的应用
        信息隐藏技术在现实中的应用主要有以下五个方面.
        4.1数据保密
        防止非授权用户截获并使用在因特网上传输的数据,这是网络安全的一个重要内容。随着经济的全
    球化,这一点不仅将涉及政治、军事,还将涉及到商业、金融和个人隐私。而我们可以通过使用信息隐
    藏技术来保护在网上交流的信息,如:电子商务中的敏感信息、谈判双方的秘密协议和合同、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。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。
        4.2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,这种水印是不能被去除的,
    以达到确认其行为的目的。
        4.3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。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。
        4.4数字作品的版权保护
        版权保护是信息隐藏技术中的水印技术所试图解决的一个重要问题。随着网络和数字技术的快速普
    及,通过网络向人们提供的数字服务也会越来越多,如数字图书馆、数字图书出版、数字电视、数字新
    闻等。这些服务提供的都是数字作品,数字作品具有易修改、易复制的特点,这已经成为需要迫切解决
    的实际问题。数字水印技术可以成为解决此难题的一种方案:服务提供商在向用户发放作品的同时,将
    双方的信息代码以水印的形式隐藏在作品中,这种水印从理论上讲应该是不被破坏的。当发现数字作品
    在非法传播时,可以通过提取出的水印代码追查非法散播者。
        4.5防伪
        商务活动中的各种票据的防伪也是信息隐藏技术可以用武之地。在数字票据中隐藏的水印经过打印
    后仍然存在,可以通过再扫描得到数字形式,提取防伪水印,来证实票据的真实性。
    信息隐藏在军事,电子商务等方面均有广阔的应用前景。
    5.信息隐藏的发展方向
        5.1信息隐藏系统的实用化
        信息隐藏技术虽然取得了不少研究成果,但大多数应用仍处于起步阶段,系统的抵抗攻击能力还很
    弱,安全性受到很大的挑战,距离实用化还有一定的距离。如在印刷品防伪中的应用,在技术上除要满
    足第一代、第二代数字水印技术的特性外,还需要抵抗A/D和D/A变换、非线性量化、色彩失真、仿射
    变换、投影变换等攻击,且必须将打印扫描原理或印刷原理与工艺相结合,这在理论上和算法设计上都
    提出了更富有挑战性的要求。
        5.2基于其他多媒体载体的信息隐藏技术
        目前研究最深入、成果最丰富的是图像信息的隐藏技术,而对文本、图形、动画、视频等其它多媒
    体中的信息隐藏技术研究得还比较少,这习各成为今后的一个研究方向。
        5.3矢量数据信息隐藏技术
        矢量数据的数据结构、存储形式、数据特征等与一般的多媒体数据有很大的差异,因此,通用的信
    息隐藏技术还难以直接应用到矢量数据(特别是矢量地图数据)上来,这也将是信息隐藏技术的一个重
    要的应用领域。
        5.4公钥信息隐藏技术
        对于用户众多的网络应用来说,公钥密码体制是理想的选择,即使用一个专有的密钥来叠加水印,
    任何人均可通过一个公开的密钥来检测出水印。目前这方面的研究还未取得突破胜的进展,有待进一步
    努力。
        5.5信息隐藏的基本原理研究
        信息隐藏的算法很多,但它的基础理论知识还不成熟,对感知理论、信息隐藏模型、水印结构、水
    印嵌入策略、水印检测算法、水印的标准化等理论知识还有待进一步研究。
        5.6信息隐藏系统的评价方法研究
        鲁棒性、不可感知性、隐藏的信息量是评价一个隐藏系统的重要指标,但对它们之间的关系以及各
    自的评价指标仍没有一个权威的标准。对鲁棒性也缺乏公认的和客观的评测体系和标准,只能用实验来验证其有效性,而无法从理论上提供严格的安全性证明。目前信噪比或峰值信噪比常用来度量系统的客
    观失真程度,这是否合适仍是一个值得探讨的问题。而主观的失真程度则涉及到生理和心理感知模型,
    这方面也还缺乏比较完善的系统模型。
    6.结论
        信息隐藏技术是一种横跨信号处理、数字通信、密码学、计算机网络等多学科的新兴技术,具有巨
    大的潜在应用市场,对它的研究具有重要的学术和经济价值。在信息隐藏中,T门认为数字水印代表了
    其发展方向,虽然它的技术要求更高,但是它的应用前景也更广。
        现在虽然已经有商业化的水印系统,但对水印的研究还远未成熟,许多问题如鲁棒性、真伪鉴别、
    版权证明、网络快速自动验证以及声频和视频水印等方面仍然还需要比较完美的解决方案。
        随着该技术的推广和应用的深入,一些其他领域的先进技术和算法也将被引入,从而完备和充实数
    据信息隐藏技术。例如在数字图像处理中的小波、分形理论;图像编码中的各种压缩算法;Pi视频编码
    技术等等。
        目前,使用密码加密仍是网络上主要的信息安全传输手段,信息隐藏技术在理论研究、技术成熟度
    和实用性方面都无法与之相比,但它潜在的价值是无法估量的,特别是在迫切需要解决的版权保护等方
    面,可以说是根本无法被代替的,相信其必将在未来的信息安全体系中发挥重要作用。同时,信息隐藏
    技术和力口密技术的结合,必将在信息安全领域得到广泛的应用。
     
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