信息隱藏技術(shù)及應用

1、精品信息隱藏技術(shù)及應用1 什么是信息隱藏信息隱藏 (InformatiOn Hiding)：主要研究如何將某一機密信息秘密 (Secret Message)隱藏于另一公開的信息(載體、宿主 )中，然后通過公開信息的傳輸來傳遞機密信息。第三方則難以從公開信息中判斷機密信息是否存在，難以截獲機密信息，從而能保證機密信息的安全。信息隱藏學是一門新興的交叉學科，在計算機、通訊、保密學等領(lǐng)域有著廣闊的應用前景。信息隱藏是上世紀90 年代開始興起的信息安全新技術(shù)，并成為信息安全技術(shù)研究的熱點；傳統(tǒng)通信領(lǐng)域為了保證傳遞的信息能夠不被竊聽或破壞，常采用密碼來保護信息，即讓竊聽者無法看到或聽懂，但是這種技術(shù)的缺

2、點是告訴竊聽者這就是秘密信息，特別是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，密碼的安全性受到很大挑戰(zhàn)。而新的信息隱藏技術(shù)是將需要傳遞的秘密信息， 隱藏在一個普通的非秘密消息當中， 再進行傳輸，這樣即使竊聽者竊聽了傳輸?shù)男畔ⅲ仓粫⑵洚敵善胀ǖ南?，而不會懷疑或者無法得知是否有秘密信息的存在。一般而言，信息隱藏是分為四個階段：預處理階段、嵌入階段、傳輸階段和提取階段。為了使每個階段都達到安全，感謝下載載精品所以必須在預處理階段，引入加密術(shù)中的加密算法。在嵌入階段，使用基于小波的隱藏信息的算法，在傳輸階段，進行隱蔽通信，從而使用傳輸階段也是安全的。所以這套信息隱藏的處理方案，將形成一個安全的體系，因此既能隱藏秘密

3、信息的內(nèi)容，也能隱蔽通信的接收方和發(fā)送方，從而建立隱藏通信。信息隱藏的原理如圖 1 。信息隱藏技術(shù)的分類見圖2 。信息隱藏不同于傳統(tǒng)的加密，傳統(tǒng)的加密是研究如何將機密信息進行特殊的編碼，以形成不可識別的密碼形式進行傳遞，它僅隱藏了信息的內(nèi)容；而信息隱藏不但隱藏了信息的內(nèi)容，而且隱藏了信息的存在。根據(jù)信息隱藏的目的和技術(shù)要求，該技術(shù)存在以下特性：魯棒性 (Robustness) ：指不因圖像文件的某種改動而導致隱藏信息丟失的能力。這里所謂“改動”包括傳輸過程中的信道噪音、濾波操作、重采樣、有損編碼壓縮、D/A 或A/D 轉(zhuǎn)換等。不可檢測性 (Undetectability) ：指隱蔽載體與原始載

4、體具有一致的特性。如具有一致的統(tǒng)計噪聲分布等，以便使非法攔截者無法判斷是否有隱蔽信息。透明性 (Invisibility) ：這是信息隱藏的基本要求， 利用人類視覺系統(tǒng)或人類聽覺系統(tǒng)屬性，經(jīng)過一系列隱藏處理，使目標數(shù)據(jù)沒有明顯的降質(zhì)現(xiàn)象，而第三方不易覺察信息的存感謝下載載精品在。安全性 (Security) ：指隱藏算法有較強的抗攻擊能力，即它必須能夠承受一定程度的人為攻擊，而使隱藏信息不會被破壞。自恢復性 (Self-comeback) ：由于經(jīng)過一些操作或變換后，可能會使原圖產(chǎn)生較大的破壞，如果只從留下的片段數(shù)據(jù)，仍能恢復隱藏信號，而且恢復過程不需要宿主信號，這就是所謂的自恢復性。信息隱藏

5、學是一門新興的交叉學科，在計算機、通訊、保密學等領(lǐng)域有著廣闊的應用前景。數(shù)字水印技術(shù)作為其在多媒體領(lǐng)域的重要應用，已受到人們越來越多的重視。2 信息隱藏技術(shù)的分類信息隱藏的方法主要有隱寫術(shù)、數(shù)字水印、可視密碼、潛信道、隱匿協(xié)議等。隱寫術(shù) (Steganography)隱寫術(shù) (Steganograpby)是將秘密信息隱藏在某些宿主對象中，且信息傳輸或存儲過程中不被發(fā)現(xiàn)和引起注意，接收者獲得隱藏對象后按照約定規(guī)則可讀取秘密信息的技術(shù)?，F(xiàn)有的隱寫術(shù)方法主要有利用高空間頻率的圖像數(shù)據(jù)隱藏信息、采用最低有效位方法將信息隱藏到宿主信號中、使感謝下載載精品用信號的色度隱藏信息的方法、在數(shù)字圖像的像素亮度的

6、統(tǒng)計模型上隱藏信息的方法、 Patchwork 方法等等。數(shù)字水印 (Digital Watermark)信息隱藏的一個重要分支是數(shù)字水印，數(shù)字水印(Digital Watermarking) 是將一些標識信息 (即數(shù)字水印 )直接嵌入數(shù)字載體 (包括多媒體、文檔、軟件等 ) 當中，但不影響原載體的使用價值， 也不容易被人的知覺系統(tǒng) (如視覺或聽覺系統(tǒng) )覺察或注意到。目前主要有兩類數(shù)字水印，一類是空間數(shù)字水印，另一類是頻率數(shù)字水印。空間數(shù)字水印的典型代表是最低有效位(LSB)算法，其原理是通過修改表示數(shù)字圖像的顏色或顏色分量的位平面，調(diào)整數(shù)字圖像中感知不重要的像素來表達水印的信息，以達到嵌入

7、水印的目的。頻率數(shù)字水印的典型代表是擴展頻譜算法，其原理是通過時頻分析，根據(jù)擴展頻譜特性，在數(shù)字圖像的頻率域上選擇那些對視覺最敏感的部分，使修改后的系數(shù)隱含數(shù)字水印的信息。數(shù)字水印的插入過程和檢測過程如圖3?？梢暶艽a技術(shù)可視密碼技術(shù)是Naor和 Shamir于 1994 年首次提出的，其主要特點是恢復秘密圖像時不需要任何復雜的密碼學計算，而是以人的視覺即可將秘密圖像辨別出來。其做法是感謝下載載精品產(chǎn)生 n 張不具有任何意義的膠片，任取其中t 張膠片疊合在一起即可還原出隱藏在其中的秘密信息。其后，人們又對該方案進行了改進和發(fā)展。主要的改進辦法有：使產(chǎn)生的n 張膠片都有一定的意義，這樣做更具有迷惑

8、性；改進了相關(guān)集合的造方法；將針對黑白圖像的可視秘密共享擴展到基于灰度和彩色圖像的可視秘密共享。潛信道又稱閾下信道，閾下信道的概念是Gustavus JSimmons于 1978 年在美國圣地亞國家實驗室(SandiaNational Labs) 提出的，之后又做了大量的研究工作。閾下信道是指在公開 (Overt) 信道中所建立的一種實現(xiàn)隱蔽通信的信道，這是一種隱蔽 (Covert) 的信道。絕大多數(shù)數(shù)字簽名方案都可包含閾下信道的通信，其最大特點是閾下信息包含于數(shù)字簽名之中，但對數(shù)字簽名和驗證的過程無任何影響，這正是其隱蔽性所在。閾下信道在國家安全方面的應用價值很大。如果采用全球性標準，那么世

9、界上任何地方的用戶檢查點都能即時檢查出數(shù)字證件上的信息完整性，并能確定持證人是否合法持證人。3 數(shù)字音頻水印的應用數(shù)字音頻水印的用途非常廣泛，可能的應用還包括版權(quán)感謝下載載精品保護、數(shù)字簽名、數(shù)字指紋、廣播監(jiān)視、內(nèi)容認證、拷貝控制和秘密通信等。版權(quán)保護隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息安全問題也變得十分突出，數(shù)字作品 (如電腦美術(shù)、掃描圖像、數(shù)字音樂、視頻、三維動畫 )的版權(quán)保護成了當前的熱點。由于數(shù)字作品的拷貝、修改非常容易，而且可以做到與原作完全相同，所以原創(chuàng)者不得不采用一些嚴重損害作品質(zhì)量的辦法來增加版權(quán)標志，但這種明顯可見的標志很容易被篡改。數(shù)字水印的出現(xiàn)，就是利用數(shù)據(jù)隱藏原理使版權(quán)標志不可

10、見或不可聽，既不損害原作品， 又達到了版權(quán)保護的目的。 換句話說， 數(shù)字水 印技術(shù)是將與多媒體內(nèi)容相關(guān)或不相關(guān)的一些標示信息直接嵌入到多媒體內(nèi)容當中，但不影響原內(nèi)容的使用價值，也不容易被人覺察或注意到。通過這些隱藏在多媒體內(nèi)容中的信息，人們可以確認內(nèi)容的創(chuàng)建者、購買者和查看信息是否真實完整。數(shù)字音頻水印技術(shù)是信息隱藏技術(shù)的重要研究方向。我們把要保密的信息，通過特殊的算法嵌入音頻中，而不影響正常的收聽效果(即具有聽覺上的透明性)，讓人無法察覺和破壞此類信息。當要使用的時候再通過同樣的方法在計算機上提取出來。通過這些隱藏在音頻內(nèi)容中的信息，可以判別對象是否受到保護，監(jiān)視被保護數(shù)據(jù)的傳播，鑒別真感謝

11、下載載精品偽，解決版權(quán)糾紛并為法庭提供認證證據(jù)。目前的數(shù)字音頻水印技術(shù)有追蹤非法復制的功能，卻不能做到防止盜版。從技術(shù)上來講，當你買一個音響作品時，在開票的過程中就要輸入你的基本信息，甚至收款方可以拍攝購買人照片，把這些信息嵌入歌曲中。當然，這涉及到隱私問題，因此這些信息只有在發(fā)生盜版、保護版權(quán)時使用，其他情況不能使用。這和電信公司需要客戶資料是一個道理。如果市場出現(xiàn)了盜版，司法機關(guān)買一個，提取出里面的水印，就知道誰是散布源頭了。如果這個在法律上能實現(xiàn)的話，人們在購買音響作品時就要多一道手續(xù)，就像去醫(yī)院要掛號，去電信開電話要填單子一樣。而要人們認同這種手續(xù)、共同打擊盜版或許還需要一段時日。數(shù)字

12、簽名數(shù)字簽名是在公鑰加密系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立起來的，數(shù)字簽名的產(chǎn)生涉及的運算方式是為人們所知的散列函數(shù)功能，也稱“哈希函數(shù)功能”(Hash Function)。哈希函數(shù)功能其實是一種數(shù)學計算過程。這一計算過程建立在一種以“哈希函數(shù)值”或“哈希函數(shù)結(jié)果”形式創(chuàng)建信息的數(shù)字表達式或壓縮形式 (通常被稱作“信息摘要”或“信息標識” )的計算方法之上。在安全的哈希函數(shù)功能 (有時被稱作單向哈希函數(shù)功能 )情形下，要想從已知的哈希函數(shù)結(jié)果中推導出原信息來，實際上是不可能的。因而，哈希函數(shù)功能可以使軟件在感謝下載載精品更少且可預見的數(shù)據(jù)量上運作生成數(shù)字簽名，卻保持與原信息內(nèi)容之間的高度相關(guān)，且有效保證信息在經(jīng)

13、數(shù)字簽署后并未做任何修改。所謂數(shù)字簽名，就是只有信息的發(fā)送者才能產(chǎn)生的，別人無法偽造的一段數(shù)字串，它同時也是對發(fā)送者發(fā)送的信息的真實性的一個證明。簽署一個文件或其他任何信息時，簽名者首先須準確界定要簽署內(nèi)容的范圍。然后，簽名者軟件中的哈希函數(shù)功能將計算出被簽署信息唯一的哈希函數(shù)結(jié)果值 (為實用目的 ) 。最后使用簽名者的私人密碼將哈希函數(shù)結(jié)果值轉(zhuǎn)化為數(shù)字簽名。得到的數(shù)字簽名對于被簽署的信息和用以創(chuàng)建數(shù)字簽名的私人密碼而言都是獨一無二的。一個數(shù)字簽名 (對一個信息的哈希函數(shù)結(jié)果的數(shù)字簽署)被附在信息之后，并隨同信息一起被儲存和傳送。然而，只要能夠保持與相應信息之間的可靠聯(lián)系，它也可以作為單獨的數(shù)

14、據(jù)單位被存儲和傳送。因為數(shù)字簽名對它所簽署的信息而言是獨一無二的。數(shù)字簽名的處理流程如圖4 。一個通用的數(shù)字簽名認證系統(tǒng)包括兩個功能塊：身份認證功能和內(nèi)容認證功能。前者用來限制非法登錄，后者用來保證合法通信過程的內(nèi)容認證。為此，系統(tǒng)將包括業(yè)務雙方以及一個大家都信任的權(quán)威第三方作為認證中心CA(Certification authority)。系統(tǒng)中用戶的身份憑證是數(shù)感謝下載載精品字證書。數(shù)字證書對于特定用戶是唯一的，且由用戶預先申請。 CA 負責發(fā)放和管理數(shù)字證書。用戶在建立會話之前，首先通過數(shù)字證書經(jīng)由 CA 建立彼此信任的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，數(shù)字簽名和密文形式的會話過程確保了合法接收和內(nèi)容的

15、真實性。數(shù)字指紋數(shù)字指紋技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的新型數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護技術(shù)。數(shù)字指紋是指利用數(shù)字作品中普遍存在的冗余數(shù)據(jù)與隨機性，向被分發(fā)的每一份數(shù)據(jù)拷貝中引入一定的誤差，使得該拷貝是唯一的，從而可以在發(fā)現(xiàn)非法再分發(fā)拷貝時，根據(jù)該拷貝中的誤差跟蹤到不誠實原始購買者的一種數(shù)字作品版權(quán)保護技術(shù)。一般情況下，引入的誤差是指與用戶和某次購買過程有關(guān)的信息。當發(fā)行商發(fā)現(xiàn)被非法分發(fā)的授權(quán)信息時，可以根據(jù)該信息對非法分發(fā)的用戶進行跟蹤。數(shù)字指紋系統(tǒng)可以分為算法和協(xié)議兩部分，其中，算法包括指紋的編碼、解碼、嵌入、提取和數(shù)據(jù)的分發(fā)策略等，而協(xié)議部分則規(guī)定了各實體之間如何進行交互以實現(xiàn)具有各種特點的數(shù)據(jù)分發(fā)和跟蹤體制

16、。一般來講，只要發(fā)行商能夠成功的識別出非法合謀分發(fā)者的一個非空子集，就認為該跟蹤協(xié)議是成功的；如果該跟蹤協(xié)議不能識別出任何一個合謀者或者將一個無辜者誤認感謝下載載精品為是不誠實用戶，則認為該跟蹤協(xié)議是失敗的。廣播監(jiān)視韓國廣播公司技術(shù)研究所(KBS TRI) 開發(fā)的水印系統(tǒng)在進行 MPEG-2壓縮之前將版權(quán)信息嵌入未被壓縮的視頻流中，并檢測被接收的沒有原視頻的視頻中的水印。使用一個安全鍵產(chǎn)生水印和水印嵌入位置。每個像素的嵌入的水印的強度是由看不見的人類的視覺系統(tǒng)決定的。KBS 公司的水印技術(shù)符合不可視性、魯棒性和安全性的要求。廣播內(nèi)容中的水印識別原廣播機構(gòu)，并能檢測非法拷貝和未經(jīng)授權(quán)的再利用內(nèi)容

17、。廣播環(huán)境中的水印方案見圖5。KBS 公司的水印系統(tǒng)是為其數(shù)字電視內(nèi)容版權(quán)保護而開發(fā)的。 KBS 水印系統(tǒng)的目標內(nèi)容是標清視頻(SMPTE259M)、高清視頻 (SMPTE292M)和諸如 DVD 或VCD 之類的成套媒體。對標清視頻來說，嵌入視頻中作為水印的信息是64 比特版權(quán)標識符； 對高清視頻來說是128 比特版權(quán)標識符。版權(quán)標識符的水印比特是由用于水印系統(tǒng)安全性的安全鍵產(chǎn)生的。在為了數(shù)字電視傳輸而進行MPEG-2壓縮之前， 將水印嵌入視頻序列的空間域中。因此，水印必須經(jīng)得住MPEG-2壓縮。水印的不可覺察性是由水印強度決定的。對感謝下載載精品于不可覺察性來說，希望水印強度盡可能低，而對

18、魯棒性來說，則希望水印強度盡可能高。因此，水印系統(tǒng)的設(shè)計總是牽涉到不可覺察性和魯棒性之間的折衷方案。故根據(jù)人類的視覺系統(tǒng)，水印強度設(shè)計得在每個像素上是不同的。水印在傳輸后的 MPEG-2 流中進行檢測。 檢測算法需要 30 幀以上的視頻。非法使用者可能對含有水印的數(shù)字內(nèi)容進行各式各樣的攻擊。因此， KBS 公司的水印系統(tǒng)設(shè)計得滿足魯棒性的要求。隨著 IT 和數(shù)字技術(shù)的進步， 數(shù)字電視內(nèi)容版權(quán)保護在數(shù)字電視的廣播環(huán)境中日益重要。水印技術(shù)被認為是對地面數(shù)字電視最可行的解決方案。安全通信數(shù)字水印技術(shù)還可以應用于信息的安全通信。秘密通信在情報、軍事等領(lǐng)域有著重要的用途系統(tǒng)必須保證通信雙方可以正常通信而

19、且通信內(nèi)容不會被敵方竊取。傳統(tǒng)上，秘密通信主要通過密碼技術(shù)來實現(xiàn)所以為了國家安全各個國家都不遺余力地發(fā)展各自的密碼技術(shù)以確保秘密通信的安全。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展普通用戶也希望自己在網(wǎng)上的通信不會被第三方竊聽，于 是密碼技術(shù)從軍方的黑匣子中走了出來被越來越多的應用于網(wǎng)絡(luò)中。但即使精心設(shè)計的密碼算法仍然有可能被敵方破解，更嚴重的是我方很難覺察到密碼被破解，繼續(xù)使用該密碼發(fā)送情報將是極其危險的。另一方感謝下載載精品面如果敵方探測到信道上有密文在傳送，即使短時間內(nèi)無法破解也會故意破壞我方的通信信道阻止我方通信。如果是我方情報人員在國外收集資料，用密碼傳送文件很容易暴露身份。所以秘密通信除了必須滿足保密性這個基本要求之外還應該極為隱蔽不易被察覺。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，身處世界各地都可以方便地通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送電子郵件和各種文件，互聯(lián)網(wǎng)又極為開放和不安全。如果我方能夠?qū)⒚孛苄畔㈦[蔽在一些普通文件比如圖片、 MP3 、WAV 中?？梢詫⑿畔㈦[藏的載體看作通信信道，將待隱藏信息看作需要傳遞的信號，而信息的嵌入和提取分別看作通信中的調(diào)制和解調(diào)過程。由于很難覺察到數(shù)字水印信息在多媒體數(shù)據(jù)中的存在，