網(wǎng)絡(luò)空間安全概論 實(shí)驗(yàn)11數(shù)字水印 基于LSB算法的水印嵌入與提取

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2019級(jí)本科生課程報(bào)告課程名稱信息內(nèi)容安全報(bào)告題目基于LSB算法的水印嵌入與提取報(bào)告時(shí)間2022.6.23姓名呂浩杰學(xué)號(hào)08193090任課教師曹天杰2021-2022(二)《信息內(nèi)容安全》評(píng)分表考核類別考核內(nèi)容支撐課程目標(biāo)試題類型與分值比例分?jǐn)?shù)結(jié)課考核課程報(bào)告（論文綜述、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、寫作規(guī)范）目標(biāo)3：掌握信息內(nèi)容安全的基礎(chǔ)知識(shí)，針對(duì)具體問題和要求選擇正確的技術(shù)路線，通過在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)并能根據(jù)算法特點(diǎn)進(jìn)行攻擊測(cè)試和綜合性能評(píng)價(jià)，得到具有參考價(jià)值的結(jié)論。課程報(bào)告，100%過程考核1.基本概念、原理目標(biāo)1:掌握信息內(nèi)容安全的基本概念、分類、原理和相關(guān)技術(shù)，能夠根據(jù)課程基本知識(shí)對(duì)信息內(nèi)容安全領(lǐng)域出現(xiàn)的問題進(jìn)行歸類、分析、并有初步分析和解決問題的能力。系統(tǒng)演示及解說，30%2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析目標(biāo)2：掌握信息內(nèi)容安全處理相關(guān)的理論、技術(shù)以及健全的評(píng)價(jià)體系，能夠根據(jù)具體問題分析算法、設(shè)計(jì)算法、實(shí)現(xiàn)算法并能綜合評(píng)價(jià)算法。PPT講解與答辯，50%3.基本概念、原理目標(biāo)1作業(yè)或測(cè)試，20%結(jié)課考核與過程考核比例結(jié)課考核：60%過程考核：40%評(píng)閱人：2022年7月10日?qǐng)?bào)告摘要本次項(xiàng)目主要是基于LSB算法進(jìn)行的有關(guān)圖片插入文字水印以及提取，使用Python實(shí)現(xiàn)了一個(gè)數(shù)字圖形可視化水印系統(tǒng)。并且對(duì)LSB算法進(jìn)行了改進(jìn)，利用隨機(jī)間隔算法、區(qū)域校驗(yàn)位算法將LSB算法本身的抗攻擊性較弱的問題加以改進(jìn)。GUI使用了Tkinter進(jìn)行頁面的布局。關(guān)鍵詞：LSB算法，圖片水印，隨機(jī)間隔算法，區(qū)域校驗(yàn)

報(bào)告正文一、算法介紹LSB算法LSB（LeastSignificantBits）（或幾位LSB最常見的算法，多用于圖像和聲音載體之中[9]。LSB圖像/音頻對(duì)象均可數(shù)字化為{????}序列；每一個(gè)對(duì)象????均由若干二進(jìn)制位組成；每一個(gè)對(duì)象????的二進(jìn)制低位在某種意義上“不重要對(duì)于具體圖像來說：去掉最低1位甚至最低1-4位對(duì)圖像的整體視覺效果沒有太大影響；去掉最低1位對(duì)圖像的統(tǒng)計(jì)特性影響不明顯。LSB①將要隱藏的水印文本信息的轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)；（SB位；③將載體圖像的每一像素再由二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，從而獲得含有水印信息的圖像。LSB二進(jìn)制的最后一位，拼接成二進(jìn)制數(shù)據(jù)。將得到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成文本數(shù)據(jù)，便可得到隱藏的信息。隨機(jī)間隔算法隨機(jī)間隔算法是LSB算法的改進(jìn)，發(fā)送者和接受者使用同一個(gè)密鑰作為隨機(jī)數(shù)生成器的種子，生成隨機(jī)序列k1,k2,…,kl(m)，并進(jìn)一步以此生成隱藏位置的指標(biāo)集。1、機(jī)間隔法嵌入水印隨機(jī)間隔法嵌入水印的過程與LSB基本算法嵌入水印的過程基本相似，可以參見圖3.1，只是不再按順序依次在載體圖像的每一位像素中嵌入了，而是根據(jù)隨機(jī)序列和步長(zhǎng)來跳躍一段間隔，這也是為什么叫做隨機(jī)間隔算法的原因。2、間隔法提取水印嵌入時(shí)相同的隨機(jī)數(shù)序列，即可跳躍到相同的位置提取出隱藏信息。偽代碼示意為：使用種子??生成隨機(jī)序列ki性能分析優(yōu)點(diǎn)位。LSB印嵌入對(duì)載體圖片的統(tǒng)計(jì)特性影響更小，更不易被察覺。缺陷隱藏容量比基本LSB技術(shù)小。隨機(jī)間隔算法的步長(zhǎng)對(duì)存儲(chǔ)信息容量的影響其中，Capacity是存儲(chǔ)信息的容量，也即存儲(chǔ)信息的長(zhǎng)度。和HeightStep長(zhǎng)。成反比，存儲(chǔ)信息的容量也與隨機(jī)間隔算法的步長(zhǎng)成反比，二者雙向影響，即圖片中。區(qū)域校驗(yàn)位算法區(qū)域校驗(yàn)位算法也是一種LSB1息。嵌入過程????一個(gè)區(qū)域的奇偶校驗(yàn)位??(??。一個(gè)載體區(qū)域Ii的奇偶校驗(yàn)位定義為若??(??與??一致，則??(??已經(jīng)隱藏了????；若??(??與????不一致，則改變??中任意一個(gè)元素的LSB??(??)=????。提取過程每塊區(qū)域上計(jì)算其奇偶校驗(yàn)位??(????(??區(qū)域校驗(yàn)位算法示例假設(shè)待隱藏信息為TU，其ASCII碼表示為0101010001010101截取載體圖像的部分灰度值為2*2LSB這里我們選取信息的前四位0101，對(duì)應(yīng)載體區(qū)域?yàn)閷⑾袼剞D(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式為對(duì)于第一位信息位0，計(jì)算第一塊區(qū)域的奇偶校驗(yàn)位I(1)=(0+0+0+0)mod2=0因?yàn)橐度氲男畔⑽灰彩?，所以第一塊區(qū)域的像素值不需要改變。對(duì)于第二位信息位1，計(jì)算第一塊區(qū)域的奇偶校驗(yàn)位I(2)=(0+1+0+1)mod2=0因?yàn)橐度氲男畔⑽皇?，所以在第二塊區(qū)域的像素值中隨機(jī)選一個(gè)將其二進(jìn)制的最后一位設(shè)為1，使得I(2)=(1+1+0+1)mod2=1。塊區(qū)域。嵌入信息后可能的結(jié)果為區(qū)域校驗(yàn)位算法性能分析優(yōu)點(diǎn)載體區(qū)域中最多只需更改1個(gè)元素的1體的統(tǒng)計(jì)特性改變最小。抵抗被動(dòng)攻擊的安全性較高。與基本LSB統(tǒng)計(jì)特性影響更小，更不易被察覺。缺陷隱藏容量比基本LSB技術(shù)小。若區(qū)域大小為N，則容量恰好縮小了N倍。類似于LSB二、成功展示LSB基本算法LSB首先點(diǎn)擊“LSB基本算法水印嵌入”按鈕，進(jìn)行嵌入操作。下面會(huì)彈出提示,請(qǐng)用戶選擇要進(jìn)行LSB隱寫的圖像。點(diǎn)擊“確定，進(jìn)行選擇要隱寫的圖像，點(diǎn)擊“打開。下面會(huì)提示用戶選擇要隱藏的信息，用戶需要提前將要隱藏的信息放入一個(gè)txt文本文件中，然后選擇這個(gè)文件，點(diǎn)擊打開。這是我們準(zhǔn)備隱寫入圖像中的信息，下面程序就會(huì)將隱藏信息用LSB錄下，命名為用戶選擇文件的文件名+_LSB-generate。LSB首先預(yù)計(jì)要提取的信息的長(zhǎng)度，輸入提取信息的長(zhǎng)度。注意這里的提取信息的長(zhǎng)度是信息轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制后的比特長(zhǎng)度。mynameislvhaojie,thisishideinfo110110111110011000001101110110000111011011100101100000110100111100111000001101100111011011010001100001110111111010101101001110010110110011101001101000110100111100111000001101001111001110000011010001101001110010011001011101001110111011001101101111其信息長(zhǎng)度為288里我們輸入288“輸入提取信息的長(zhǎng)度”按鈕。提取。LSB算法改進(jìn)LSB隨機(jī)間隔法LSB隨機(jī)間隔法水印嵌入（2置為5。程序會(huì)彈出提示，隨機(jī)間隔步長(zhǎng)已被設(shè)置為5。點(diǎn)擊“LSB隨機(jī)間隔法水印嵌入”按鈕，進(jìn)行嵌入操作。下面會(huì)彈出提示,請(qǐng)用戶選擇要進(jìn)行LSB進(jìn)行選擇要隱寫的圖像。選擇圖像后點(diǎn)擊“打開。下面會(huì)提示用戶選擇要隱藏的信息，用戶需要提前將要隱藏的信息放入一個(gè)txt文本文件中，然后選擇這個(gè)文件。目錄下，命名為用戶選擇文件的文件名+_random_interval-generated。LSB長(zhǎng)要和隱寫時(shí)設(shè)置的步長(zhǎng)相同。然后在下方輸入提取信息的長(zhǎng)度。位置。之后彈出提示，隱藏信息已提取，保存為L(zhǎng)SB-random_interval-recover.txtLSB-random_interval-recover.txt信息已被正確提取。LSBLSB區(qū)域校驗(yàn)位算法水印嵌入（我們假定設(shè)置為5。程序會(huì)彈出提示，區(qū)域大小已被設(shè)置為5。片和隱藏信息后才能判斷出來。面會(huì)提示用戶選擇要隱藏的信息。用戶需要提前將要隱藏的信息放入一個(gè)xt文本文件中，然后選擇這個(gè)文件+_LSB-regional_verification-generatedLSB區(qū)域校驗(yàn)位算法水印提取首先也要設(shè)置區(qū)域校驗(yàn)位算法的區(qū)域大小，并且，要想正確提取信息，提取時(shí)設(shè)置的區(qū)域大小要和隱寫時(shí)設(shè)置的區(qū)域大小相同。然后在下方輸入提取信息的長(zhǎng)度。在這里我們輸入288“輸入提取信息的長(zhǎng)度”按鈕。LSB-regional_verification-recover.txtLSB-regional_verification-re