《信息隱藏技術(shù)》PPT課件.ppt

1、Network and Information Security,第6章信息隱藏技術(shù),Network and Information Security,第6章 信息隱藏技術(shù),6.1 信息隱藏技術(shù)概述 6.1.1 信息隱藏產(chǎn)生背景 采用傳統(tǒng)密碼學(xué)理論開(kāi)發(fā)出來(lái)的加解密系統(tǒng)，不管是對(duì)稱密鑰系統(tǒng)（如DES）還是公開(kāi)密鑰系統(tǒng)容易引起攻擊者的注意，由此帶來(lái)被破解的可能。除此之外，攻擊者還可以在破譯失敗的情況下將信息破壞，使得合法的接收者也無(wú)法接收信息。采用加密技術(shù)的另一個(gè)潛在缺點(diǎn)是，隨著硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，以及基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的具有并行計(jì)算能力的破解技術(shù)的日益成熟，傳統(tǒng)的加密算法的安全性受到了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。 如何

2、防止知識(shí)產(chǎn)品被非法復(fù)制及傳播，是目前急需解決的問(wèn)題。 信息隱藏的首要目標(biāo)是隱藏性好，也就是使加入隱藏信息后的媒體的質(zhì)量降低盡可能小，使人無(wú)法看到或聽(tīng)到隱藏的數(shù)據(jù)，達(dá)到令人難以察覺(jué)的目的。 信息隱藏技術(shù)和傳統(tǒng)密碼技術(shù)的區(qū)別在于:密碼僅僅隱藏了信息的內(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。信息隱藏技術(shù)提供了一種有別于加密的安全模式,Network and Information Security,6.1.2 信息隱藏基本原理,信息隱藏技術(shù)主要由下述兩部分組成： 1信息嵌入算法（編碼器），它利用密鑰來(lái)實(shí)現(xiàn)秘密信息的隱藏。 2隱蔽信息檢測(cè)/提取算法（檢測(cè)器），它利用密鑰從隱蔽宿主中檢

3、測(cè)/恢復(fù)出秘密信息。在密鑰未知的前提下，第三者很難從隱蔽宿主中得到或刪除，甚至發(fā)現(xiàn)秘密信息,圖6-1 信息隱藏系統(tǒng)模型,Network and Information Security,6.1.3 信息隱藏系統(tǒng)的特征,信息隱藏系統(tǒng)的特征主要有： 1魯棒性（Robustness） 2不可檢測(cè)性(Undetectability) 3透明性(Invisibility) 4安全性（Security） 5自恢復(fù)性（Self-recovery） 6可糾錯(cuò)性（Corrective,Network and Information Security,6.1.4 信息隱藏技術(shù)的主要分支與應(yīng)用,廣義的信息隱藏技術(shù)分

4、類,Network and Information Security,6.2.1 數(shù)字水印系統(tǒng)的基本框架,Network and Information Security,6.2.2 數(shù)字水印的主要特征,1不可見(jiàn)性（透明性）。 2健壯性。 3確定性。 4安全性。 5數(shù)據(jù)容量。 6計(jì)算復(fù)雜度。 其中，不可見(jiàn)性和健壯性是數(shù)字水印最基本的要求，又是相互矛盾的因素。如何在不可見(jiàn)性與健壯性之間取得平衡是數(shù)字水印研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一,Network and Information Security,6.2.3 數(shù)字水印分類,1可見(jiàn)水印和不可見(jiàn)水印 2脆弱水印、半脆弱水印和健壯水印 3時(shí)/空域數(shù)字水印和頻域數(shù)

5、字水印 4非盲水印和盲水印 5私有水?。孛芩。┖凸_(kāi)水印 6對(duì)稱水印和非對(duì)稱水印 另外，我們還可以按照數(shù)字水印的內(nèi)容將其分為有意義水印和無(wú)意義水??；按水印所依附的載體分為圖像水印、音頻水印、視頻水印和文本水印等,Network and Information Security,6.2.4 數(shù)字水印原理,1 水印信息嵌入 從圖像處理的角度看，嵌入水印可以視為在強(qiáng)背景（原圖像）下疊加一個(gè)弱信號(hào)（水?。Ｓ捎谌说囊曈X(jué)系統(tǒng)（HVS）分辨率受到一定的限制，只要疊加信號(hào)的幅度低于HVS的對(duì)比度門(mén)限，人眼就無(wú)法感覺(jué)到信號(hào)的存在。 2 水印信息檢測(cè) 水印的檢測(cè)可看成一個(gè)有噪信道中弱信號(hào)的檢測(cè)問(wèn)題，它一般包

6、含水印提取和水印的判定兩個(gè)部分,Network and Information Security,6.2.5 數(shù)字圖像水印的典型算法,1 時(shí)空域算法 (1)最低有效位方法(LSB) (2)Patchwork 方法及紋理塊映射編碼方法 (3)文本微調(diào)法 2 變換域算法 （1）DFT域水印算法 (2) DCT域水印算法 （3）DWT域水印算法 3 壓縮域算法,Network and Information Security,6.2.6 數(shù)字水印的攻擊類型及對(duì)策,若要把數(shù)字水印技術(shù)真正地應(yīng)用到實(shí)際的版權(quán)保護(hù)、內(nèi)容認(rèn)證等領(lǐng)域，必須考慮的一個(gè)重要問(wèn)題是系統(tǒng)可能受到的各種攻擊。 不同的應(yīng)用場(chǎng)合有不同的抗攻

7、擊能力要求。 抗攻擊能力是數(shù)字水印系統(tǒng)評(píng)測(cè)最重要的性能指標(biāo)，系統(tǒng)地了解攻擊的種類及抗攻擊策略對(duì)于幫助人們?cè)O(shè)計(jì)出更好的水印方案是十分必要的,Network and Information Security,Network and Information Security,6.2.7 數(shù)字水印的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),1、可見(jiàn)性評(píng)價(jià) (1)基于像素的度量方法 (2)可見(jiàn)性質(zhì)量變量 (3)主觀性質(zhì)量度量方法 2、健壯性評(píng)價(jià) 水印的健壯性主要與嵌入信息的數(shù)量、水印嵌入強(qiáng)度、圖像的尺寸和特性有關(guān)。 對(duì)同一種水印方法而言，嵌入的信息越多，水印的健壯性越差；增加水印嵌入強(qiáng)度將會(huì)增加水印的健壯性，但相應(yīng)地會(huì)增加水印的可見(jiàn)性

8、,Network and Information Security,6.2.8 數(shù)字水印的主要應(yīng)用領(lǐng)域,1版權(quán)保護(hù) 版權(quán)保護(hù)即數(shù)字作品的所有者可用密鑰產(chǎn)生一個(gè)水印，并將其嵌入原始數(shù)據(jù)，然后公開(kāi)發(fā)布他的水印版本作品。當(dāng)該作品被盜版或出現(xiàn)版權(quán)糾紛時(shí)，所有者即可從盜版作品或水印版作品中獲取水印信號(hào)作為依據(jù)，從而保護(hù)所有者的權(quán)益。 2加指紋 指紋是指一個(gè)客體所具有的、能把自己和其他相似客體區(qū)分開(kāi)的特征。它有許多應(yīng)用，包括數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)。數(shù)字指紋雖然不能抵抗篡改，不能防止用戶拷貝數(shù)據(jù)，但是它能使數(shù)據(jù)所有者追蹤非法散布數(shù)據(jù)的授權(quán)用戶。為避免未經(jīng)授權(quán)的拷貝制作和發(fā)行，出品人可以將不同用戶的ID或序列號(hào)作

9、為不同的水?。ㄖ讣y）嵌入到作品的合法拷貝中。一旦發(fā)現(xiàn)未經(jīng)授權(quán)的拷貝，就可以根據(jù)此拷貝所恢復(fù)出的指紋來(lái)確定它的來(lái)源。 3標(biāo)題與注釋 標(biāo)題與注釋是將作品的標(biāo)題、注釋等內(nèi)容（如，一幅照片的拍攝時(shí)間和地點(diǎn)等）以水印形式嵌入該作品中，這種隱式注釋不需要額外的帶寬，且不易丟失。 4篡改提示 當(dāng)數(shù)字作品被用于法庭、醫(yī)學(xué)、新聞及商業(yè)時(shí)，常需確定它們的內(nèi)容是否被修改、偽造或特殊處理過(guò)。為實(shí)現(xiàn)該目的，通?？蓪⒃紙D像分成多個(gè)獨(dú)立塊，再將每個(gè)塊加入不同的水印。同時(shí)可通過(guò)檢測(cè)每個(gè)數(shù)據(jù)塊中的水印信號(hào)，來(lái)確定作品的完整性。與其他水印不同的是，這類水印必須是脆弱的，并且檢測(cè)水印信號(hào)時(shí)，不需要原始數(shù)據(jù)。 5使用控制 這種應(yīng)用

10、的一個(gè)典型例子是DVD防拷貝系統(tǒng)，即將水印加入DVD數(shù)據(jù)中，這樣DVD播放機(jī)即可通過(guò)檢測(cè)DVD數(shù)據(jù)中的水印信息來(lái)判斷其合法性和可拷貝性，從而保護(hù)制造商的商業(yè)利益,Network and Information Security,6.3 案例：基于混沌的小波域數(shù)字水印,本節(jié)介紹基于混沌的小波域數(shù)字水印算法，首先對(duì)有意義的水印信息進(jìn)行混沌加密，使其成為加密水印信息密??； 其次選擇中高頻區(qū)域作為水印嵌入域，嵌入密??； 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明即使圖像經(jīng)過(guò)比較嚴(yán)重（甚至不具有一定的商用價(jià)值）的失真，這種算法提取的水印仍然比較清晰,Network and Information Security,6.3.1 小

11、波變換,小波變換理論是近年來(lái)興起的新的數(shù)學(xué)分支，這一創(chuàng)新性的概念是由法國(guó)工程師 J.Morlet在 1984年首先提出的，當(dāng)時(shí)并未得到數(shù)學(xué)專家的認(rèn)可。 1989 年，Mallat將計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域內(nèi)的多尺度分析的思想引入到小波分析中，從而成功的統(tǒng)一了在此之前的 Stromberg、Meyer、Lemarie 和 Battle 提出的具體正交小波基的構(gòu)造，并研究了小波變換的離散化情形。在正交小波基構(gòu)造的框架下，他給出了信號(hào)和圖像分解為不同頻率信號(hào)的算法及信號(hào)的重構(gòu)算法，這就是著名的 Mallat 算法。至此，小波變換理論已逐漸被大家認(rèn)識(shí),Network and Information Securi

12、ty,6.3.2 圖像的小波分解與重構(gòu),圖6-7 二維小波分解與重構(gòu),Network and Information Security,圖6-8 二維信號(hào)小波分解原理圖,Network and Information Security,6.3.3 水印信息預(yù)處理,1混沌序列的產(chǎn)生 采用Logistic 映射作為密鑰流發(fā)生器,Network and Information Security,2水印加密過(guò)程,Network and Information Security,3仿真結(jié)果分析,Network and Information Security,Network and Informatio

13、n Security,6.3.4 水印嵌入和提取模型,1 水印嵌入模型,圖6-12水印嵌入模型,Network and Information Security,2水印提取模型,圖6-13水印提取模型,Network and Information Security,Network and Information Security,Network and Information Security,Network and Information Security,Network and Information Security,6.3.6 仿真結(jié)果與分析,Network and Information Security,Network and Information Security,3、抗壓縮性能測(cè)試,Network and Information Security,4、抗剪切攻擊測(cè)試,Network and Information Security,小結(jié),本章介紹了信息隱藏技術(shù)，應(yīng)該說(shuō)這是一個(gè)相當(dāng)開(kāi)放的研究領(lǐng)域，不同背景的研究人員，從不同的介入點(diǎn)和不同的應(yīng)用目的均可進(jìn)行研究，因此必會(huì)帶來(lái)百花紛呈的研究成果。相信隨著信息時(shí)代和知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來(lái)，信息隱藏技術(shù)在理論體系上會(huì)