信息隱藏技術(shù)與應(yīng)用

信息隱藏技術(shù)與應(yīng)用第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13信息隱藏學(xué)時(shí)分配（36學(xué)時(shí)）第1章2學(xué)時(shí)第2章6學(xué)時(shí)第3章6學(xué)時(shí)第4章4學(xué)時(shí)第5章4學(xué)時(shí)第6章4學(xué)時(shí)第7章2學(xué)時(shí)第8章2學(xué)時(shí)第9章2學(xué)時(shí)第10章2學(xué)時(shí)以上為34學(xué)時(shí)復(fù)習(xí)2學(xué)時(shí)第二頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13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(diǎn)

什么是信隱藏

信息隱藏的分類

信息隱藏技術(shù)特點(diǎn)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

第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/131.1信息隱藏的概念、分類及特點(diǎn)

什么是信息隱藏信息隱藏是把一個(gè)有意義的信息隱藏在另一個(gè)稱為載體(Cover)的信息中得到隱蔽載體(StegoCover)S.如圖1.1所示，非法者不知道這個(gè)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(fù)消息M.第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13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(shí)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(shí)不需要利用原始載體C，則稱為盲隱藏；否則稱為非盲隱藏。

第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13按保護(hù)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(biāo)識(shí)和標(biāo)記的信息，其目的是進(jìn)行版權(quán)保護(hù)、所有權(quán)證明、指紋（追蹤發(fā)布多份拷貝）和完整性保護(hù)等。

數(shù)據(jù)隱藏和數(shù)據(jù)嵌入：

指紋和標(biāo)簽：

第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13信息隱藏技術(shù)特點(diǎn)

透明性：(robustness)指不因圖象文件的某種改動(dòng)而導(dǎo)致隱藏信息丟失的能力。這里所謂"改動(dòng)"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(biāo)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(jì)噪聲分布等，以便使非法攔截者無法判斷是否有隱蔽信息。

第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13安全性：(security)指隱藏算法有較強(qiáng)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(huì)被破壞。自恢復(fù)性：由于經(jīng)過一些操作或變換后，可能會(huì)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(fù)隱藏信號，而且恢復(fù)過程不需要宿主信號，這就是所謂的自恢復(fù)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?？杉m錯(cuò)性：通常采取糾錯(cuò)編碼方法第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/131.2信息隱藏模型秘密信息(secretmessage)：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(gè)序列號；載體信息(covermessage)：公開信息，如視頻、音頻片段。信息隱藏過程：一般由密鑰(Key)來控制，即通過嵌入算法(Embeddingalgorithm)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(Communicationchannel)傳遞，然后檢測器(Detector)利用密鑰從隱蔽載體中恢復(fù)/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(shí)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(fù)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)秘密信息第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13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(shí)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(fù)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)秘密信息第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/131.2信息隱藏模型

第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/131.3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(jī)選擇的圖像點(diǎn)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(diǎn)：LSB算法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)高容量和較好的不可見性，缺點(diǎn)：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，對圖像的各種操作如壓縮，剪切等都會(huì)使算法的可靠性受到影響。第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13空域算法LSB改進(jìn)方法:利用偽隨機(jī)序列，以隨機(jī)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(jì)特征將信息嵌入像素的亮度值中。第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13空域算法

Patchwork算法隨機(jī)選擇Ｎ對像素點(diǎn)(ai，bi)，然后將每個(gè)ai點(diǎn)的亮度值加1，每個(gè)bi點(diǎn)的亮度值減1，這樣整個(gè)圖像的平均亮度保持不變。適當(dāng)?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(gè)圖像塊進(jìn)行嵌入操作。第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13(2)頻域算法

DCT域算法擴(kuò)展頻譜通信(spreadspectrumcommunication)技術(shù)。算法實(shí)現(xiàn)過程為：先計(jì)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ｋ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ｋ個(gè)最大分量表示為Ｄ={di}，i=1，…，ｋ，水印是服從高斯分布的隨機(jī)實(shí)數(shù)序列Ｗ={wi}，i=1，…，ｋ，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(qiáng)度。然后用新的系數(shù)做反變換得到水印圖像I*。第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13NEC算法：由NEC實(shí)驗(yàn)室的Cox等人提出，該算法在數(shù)字水印算法中占有重要地位，其實(shí)現(xiàn)方法是，首先以密鑰為種子來產(chǎn)生偽隨機(jī)序列，該序列具有高斯N(0，1)分布，密鑰一般由作者的標(biāo)識(shí)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(jī)高斯序列來調(diào)制(疊加)該圖像除直流(DC)分量外的1000個(gè)最大的DCT系數(shù)。該算法具有較強(qiáng)的魯棒性、安全性、透明性等。該算法還提出了增強(qiáng)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(dú)立同分布隨機(jī)實(shí)數(shù)序列構(gòu)成，且該實(shí)數(shù)序列應(yīng)該具有高斯分布N(0，1)的特征。第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13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)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的頻域系數(shù)第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13（3）生理模型算法人的生理模型包括人類視覺系統(tǒng)HVS(HumanVisualSystem)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(dǎo)出的JND(JustNoticeableDifference，最小可覺差)描述來確定在圖像的各個(gè)部分所能容忍的數(shù)字水印信號的最大強(qiáng)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(shí)具有好的透明性和強(qiáng)健性。第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/131.４信息隱藏技術(shù)的發(fā)展(1)傳統(tǒng)的信息隱藏技術(shù)第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13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(jì)的無形墨水：在特定的字母上制作非常小的斑點(diǎn)19世紀(jì)的微縮膠片化學(xué)方式實(shí)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第二十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13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(huì)后，居然紫竹成林。童男童女拜觀音，仆仆何嫌榮頓？我畫藍(lán)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。第二十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日2023/3/13七律?問緣我常夜半詢姻命，與月為鄰愛晚星。秋槿含情風(fēng)后落，香獐有意谷間鳴。天街雨過滌新樹，長路云收現(xiàn)舊亭。地老皆緣蕃草木，久愁比翼痛風(fēng)鈴。施耐庵《水滸傳》第61回吳用誘使盧俊義將離合詩盧花潭上有扁舟