信息隱藏技術(shù)與應(yīng)用1

1、信 息 隱 藏 技 術(shù) 與 應(yīng) 用 9/10/20221信息隱藏學時分配（36學時）第1章 2學時 第2章 6學時第3章 6學時 第4章 4學時第5章 4學時 第6章 4學時第7章 2學時 第8章 2學時第9章 2學時 第10章 2學時以上為34學時 復習2學時9/10/20222第一章 信息隱藏技術(shù)概論 1.1信息隱藏的概念、分類及特點 1.1.1什么是信隱藏 1.1.2信息隱藏的分類 1.1.3信息隱藏技術(shù)特點1.2信息隱藏模型1.3信息隱藏的算法1.4信息隱藏技術(shù)的發(fā)展1.5信息隱藏技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 9/10/202231.1信息隱藏的概念、分類及特點1.1.1什么是信息隱藏信息隱藏是把一

2、個有意義的信息隱藏在另一個稱為載體(Cover)的信息中得到隱蔽載體(Stego Cover)S.如圖1.1 所示，非法者不知道這個普通信息中是否隱藏了其它的信息，而且即使知道也難以提取或去除隱藏的信息。所用的載體可以是文字、圖象、聲音及視頻等。為增加攻擊的難度，也可以把加密與信息隱藏技術(shù)結(jié)合起來，即先對消息M加密得到密文消息M，再把M隱藏到載體C中。這樣攻擊者要想獲得消息，就首先要檢測到消息的存在，并知道如何從隱蔽的載體S中提取M及如何對M解密以恢復消息M.9/10/202249/10/202251.1.2信息隱藏的分類 按載體類型分類：包括基于文本，圖像，聲音和視頻的信息隱藏技術(shù)。按密鑰分

3、類：若嵌入和提取采用相同密鑰，則稱其為對稱隱藏算法，否則稱為公鑰隱藏算法。按嵌入域分類：主要可分為空域（或時域）方法及變換域方法。按提取的要求分類：若在提取隱藏信息時不需要利用原始載體C，則稱為盲隱藏；否則稱為非盲隱藏。 9/10/20226按保護對象分類 主要可分為隱寫術(shù)和水印技術(shù)。隱寫術(shù)的目的是在不引起任何懷疑的情況下秘密傳送消息，因此它的主要要求是不被檢測到和大容量等。數(shù)字水印是指嵌在數(shù)字產(chǎn)品中的數(shù)字信號，可以是圖像，文字，符號，數(shù)字等一切可以作為標識和標記的信息，其目的是進行版權(quán)保護、所有權(quán)證明、指紋（追蹤發(fā)布多份拷貝）和完整性保護等。 數(shù)據(jù)隱藏和數(shù)據(jù)嵌入： 指紋和標簽： 9/10/2

4、02279/10/202281.1.3信息隱藏技術(shù)特點 透明性：(robustness)指不因圖象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 魯棒性：（invisibility)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 ，而隱藏的數(shù)據(jù)卻無法人為地看見或聽見 不可檢測性:(undetectability)指隱蔽載體與原始載體具有一致的特性 。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 。 9/10/20229安全性：(securi

5、ty)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：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。 對稱性：信息的隱藏和提取過程具有對稱性，包括編碼、加密方式，以減少存取難度。 可糾錯性：通常采取糾錯編碼方法9/10/2022101.2信息隱藏模型秘密信息 (secret message)：待隱藏的信息，它可以是版權(quán)信息或秘密數(shù)據(jù)，也可以是一個序列號；載體信息 (cover message)：公開信息，如視頻、音頻片段。信息隱藏過

6、程：一般由密鑰 (Key)來控制，即通過嵌入算法(Embedding algorithm)將秘密信息隱藏于公開信息中，而隱蔽載體 (隱藏有秘密信息的公開信息 )則通過信道 (Communication channel)傳遞，然后檢測器 (Detector)利用密鑰從隱蔽載體中恢復 /檢測出秘密信息。信息隱藏技術(shù)主要由下述兩部分組成 :(1)信息嵌入算法 ，它利用密鑰來實現(xiàn)秘密信息的隱藏 。 (2 )隱蔽信息檢測 /提取算法 (檢測器 ) ，它利用密鑰從隱蔽載體中檢測 /恢復出秘密信息 。在密鑰未知的前提下，第三者很難從隱秘載體中得到或刪除 ，甚至發(fā)現(xiàn)秘密信息 9/10/202211信息隱藏技術(shù)

7、主要由下述兩部分組成 (1)信息嵌入算法 ，它利用密鑰來實現(xiàn)秘密信息的隱藏 。(2)隱蔽信息檢測 /提取算法 (檢測器 ) ，它利用密鑰從隱蔽載體中檢測 /恢復出秘密信息 。在密鑰未知的前提下，第三者很難從隱秘載體中得到或刪除，甚至發(fā)現(xiàn)秘密信息 9/10/2022121.2信息隱藏模型9/10/2022131.3信息隱藏的算法 空域算法： LSB算法該類算法中典型的算法是將信息嵌入到隨機選擇的圖像點中最不重要的像素位 (LSB)上，這可保證嵌入的水印是不可見的。優(yōu)點：LSB算法的主要優(yōu)點是可以實現(xiàn)高容量和較好的不可見性，缺點：但是該算法的魯棒性差，容易被第三方發(fā)現(xiàn)和得到，遭到破壞，對圖像的各種

8、操作如壓縮，剪切等都會使算法的可靠性受到影響。9/10/202214空域算法LSB改進方法:利用偽隨機序列，以隨機的順序修改圖像的LSB；在使用密鑰的情況下，才能得到正確的嵌入序列。是利用像素的統(tǒng)計特征將信息嵌入像素的亮度值中。9/10/202215空域算法 Patchwork算法隨機選擇對像素點 (ai，bi) ，然后將每個ai點的亮度值加 1 ，每個bi點的亮度值減1，這樣整個圖像的平均亮度保持不變。適當?shù)卣{(diào)整參數(shù)，Patchwork方法對JPEG壓縮、FIR濾波以及圖像裁剪有一定的抵抗力，但該方法嵌入的信息量有限。為了嵌入更多的水印信息，可以將圖像分塊，然后對每一個圖像塊進行嵌入操作。

9、9/10/202216(2) 頻域算法 DCT域算法擴展頻譜通信 (spread spectrum communication)技術(shù)。算法實現(xiàn)過程為：先計算圖像的離散余弦變換 (DCT)，然后將水印疊加到DCT域中幅值最大的前系數(shù)上(不包括直流分量)，通常為圖像的低頻分量。若DCT系數(shù)的前個最大分量表示為= di ，i=1 ， ， 水印是服從高斯分布的隨機實數(shù)序列 = wi ，i=1 ， ， 水印的嵌入算法為di = di(1 + awi) 其中常數(shù)a為尺度因子，控制水印添加的強度。然后用新的系數(shù)做反變換得到水印圖像I*。9/10/202217NEC算法：由NEC實驗室的Cox等人提出，該算法

10、在數(shù)字水印算法中占有重要地位，其實現(xiàn)方法是，首先以密鑰為種子來產(chǎn)生偽隨機序列，該序列具有高斯N(0，1)分布，密鑰一般由作者的標識碼和圖像的哈希值組成，其次對圖像做DCT變換，最后用偽隨機高斯序列來調(diào)制(疊加)該圖像除直流(DC)分量外的1000個最大的DCT系數(shù)。該算法具有較強的魯棒性、安全性、透明性等。該算法還提出了增強水印魯棒性和抗攻擊算法的重要原則，即水印信號應(yīng)該嵌入源數(shù)據(jù)中對人感覺最重要的部分，這種水印信號由獨立同分布隨機實數(shù)序列構(gòu)成，且該實數(shù)序列應(yīng)該具有高斯分布N(0，1)的特征。9/10/202218還可以將數(shù)字圖象的空間域數(shù)據(jù)通過離散傅里葉變換(DFT)或離散小波變換(DWT)

11、轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的頻域系數(shù) 9/10/202219（3）生理模型算法人的生理模型包括人類視覺系統(tǒng)HVS(Human Visual System)和人類聽覺系統(tǒng)HAS。該模型不僅被多媒體數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)利用，同樣可以供數(shù)字水印系統(tǒng)利用。利用視覺模型的基本思想均是利用從視覺模型導出的JND(Just Noticeable Difference，最小可覺差)描述來確定在圖像的各個部分所能容忍的數(shù)字水印信號的最大強度，從而能避免破壞視覺質(zhì)量。也就是說，利用視覺模型來確定與圖像相關(guān)的調(diào)制掩模，然后再利用其來插入水印。這一方法同時具有好的透明性和強健性。 9/10/2022201.信息隱藏技術(shù)的發(fā)展(1) 傳統(tǒng)的信

12、息隱藏技術(shù)9/10/202221信息隱藏的歷史公元前440年出現(xiàn)用頭發(fā)掩蓋信息的方法將信函隱藏在信使的鞋底、衣服的皺褶，婦女的頭飾、首飾中在信函中改變字母筆畫的高度，或在字母上（下）面挖非常小的孔17世紀的無形墨水：在特定的字母上制作非常小的斑點19世紀的微縮膠片化學方式實現(xiàn)的高級隱寫術(shù)用筆蘸淀粉水寫在白紙上，噴上碘水后顯示棕色字體藝術(shù)作品中隱寫術(shù)變形夸張的繪畫作品二次大戰(zhàn)女鋼琴家的慰問演出藏頭詩9/10/202222藏頭詩我聞西方大力士，為人了卻凡心。秋來明月照蓬門，香滿禪房幽徑。屈指靈山會后， 居然紫竹成林。童男童女拜觀音，仆仆何嫌榮頓？我畫藍江水悠悠，愛晚廳上楓葉愁。秋月溶溶照佛寺，香煙裊裊繞經(jīng)樓。9/10/202223 七律問緣我常夜半詢姻命，與月為鄰愛晚星。秋槿含情風后落，香獐有意谷間鳴。天街雨過滌新樹，長路云收現(xiàn)舊亭