網(wǎng)絡空間安全概論 實驗11數(shù)字水印 基于LSB算法的水印嵌入與提取

中國礦業(yè)大學計算機學院2019級本科生課程報告課程名稱信息內(nèi)容安全報告題目基于LSB算法的水印嵌入與提取報告時間2022.6.23姓名呂浩杰學號08193090任課教師曹天杰2021-2022(二)《信息內(nèi)容安全》評分表考核類別考核內(nèi)容支撐課程目標試題類型與分值比例分數(shù)結課考核課程報告（論文綜述、設計、實現(xiàn)、寫作規(guī)范）目標3：掌握信息內(nèi)容安全的基礎知識，針對具體問題和要求選擇正確的技術路線，通過在實驗環(huán)境中進行仿真實驗并能根據(jù)算法特點進行攻擊測試和綜合性能評價，得到具有參考價值的結論。課程報告，100%過程考核1.基本概念、原理目標1:掌握信息內(nèi)容安全的基本概念、分類、原理和相關技術，能夠根據(jù)課程基本知識對信息內(nèi)容安全領域出現(xiàn)的問題進行歸類、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)設計與分析目標2：掌握信息內(nèi)容安全處理相關的理論、技術以及健全的評價體系，能夠根據(jù)具體問題分析算法、設計算法、實現(xiàn)算法并能綜合評價算法。PPT講解與答辯，50%3.基本概念、原理目標1作業(yè)或測試，20%結課考核與過程考核比例結課考核：60%過程考核：40%評閱人：2022年7月10日報告摘要本次項目主要是基于LSB算法進行的有關圖片插入文字水印以及提取，使用Python實現(xiàn)了一個數(shù)字圖形可視化水印系統(tǒng)。并且對LSB算法進行了改進，利用隨機間隔算法、區(qū)域校驗位算法將LSB算法本身的抗攻擊性較弱的問題加以改進。GUI使用了Tkinter進行頁面的布局。關鍵詞：LSB算法，圖片水印，隨機間隔算法，區(qū)域校驗

報告正文一、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/音頻對象均可數(shù)字化為{????}序列；每一個對象????均由若干二進制位組成；每一個對象????的二進制低位在某種意義上“不重要對于具體圖像來說：去掉最低1位甚至最低1-4位對圖像的整體視覺效果沒有太大影響；去掉最低1位對圖像的統(tǒng)計特性影響不明顯。LSB①將要隱藏的水印文本信息的轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)據(jù)；（SB位；③將載體圖像的每一像素再由二進制轉(zhuǎn)換為十進制，從而獲得含有水印信息的圖像。LSB二進制的最后一位，拼接成二進制數(shù)據(jù)。將得到的二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成文本數(shù)據(jù)，便可得到隱藏的信息。隨機間隔算法隨機間隔算法是LSB算法的改進，發(fā)送者和接受者使用同一個密鑰作為隨機數(shù)生成器的種子，生成隨機序列k1,k2,…,kl(m)，并進一步以此生成隱藏位置的指標集。1、機間隔法嵌入水印隨機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)隨機序列和步長來跳躍一段間隔，這也是為什么叫做隨機間隔算法的原因。2、間隔法提取水印嵌入時相同的隨機數(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??生成隨機序列ki性能分析優(yōu)點位。LSB印嵌入對載體圖片的統(tǒng)計特性影響更小，更不易被察覺。缺陷隱藏容量比基本LSB技術小。隨機間隔算法的步長對存儲信息容量的影響其中，Capacity是存儲信息的容量，也即存儲信息的長度。和HeightStep長。成反比，存儲信息的容量也與隨機間隔算法的步長成反比，二者雙向影響，即圖片中。區(qū)域校驗位算法區(qū)域校驗位算法也是一種LSB1息。嵌入過程????一個區(qū)域的奇偶校驗位??(??。一個載體區(qū)域Ii的奇偶校驗位定義為若??(??與??一致，則??(??已經(jīng)隱藏了????；若??(??與????不一致，則改變??中任意一個元素的LSB??(??)=????。提取過程每塊區(qū)域上計算其奇偶校驗位??(????(??區(qū)域校驗位算法示例假設待隱藏信息為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，對應載體區(qū)域為將像素轉(zhuǎn)換為二進制形式為對于第一位信息位0，計算第一塊區(qū)域的奇偶校驗位I(1)=(0+0+0+0)mod2=0因為要嵌入的信息位也是0，所以第一塊區(qū)域的像素值不需要改變。對于第二位信息位1，計算第一塊區(qū)域的奇偶校驗位I(2)=(0+1+0+1)mod2=0因為要嵌入的信息位是1，所以在第二塊區(qū)域的像素值中隨機選一個將其二進制的最后一位設為1，使得I(2)=(1+1+0+1)mod2=1。塊區(qū)域。嵌入信息后可能的結果為區(qū)域校驗位算法性能分析優(yōu)點載體區(qū)域中最多只需更改1個元素的1體的統(tǒng)計特性改變最小。抵抗被動攻擊的安全性較高。與基本LSB統(tǒng)計特性影響更小，更不易被察覺。缺陷隱藏容量比基本LSB技術小。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首先點擊“LSB基本算法水印嵌入”按鈕，進行嵌入操作。下面會彈出提示,請用戶選擇要進行LSB隱寫的圖像。點擊“確定，進行選擇要隱寫的圖像，點擊“打開。下面會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txt文本文件中，然后選擇這個文件，點擊打開。這是我們準備隱寫入圖像中的信息，下面程序就會將隱藏信息用LSB錄下，命名為用戶選擇文件的文件名+_LSB-generate。LSB首先預計要提取的信息的長度，輸入提取信息的長度。注意這里的提取信息的長度是信息轉(zhuǎn)換為二進制后的比特長度。mynameislvhaojie,thisishideinfo110110111110011000001101110110000111011011100101100000110100111100111000001101100111011011010001100001110111111010101101001110010110110011101001101000110100111100111000001101001111001110000011010001101001110010011001011101001110111011001101101111其信息長度為288里我們輸入288“輸入提取信息的長度”按鈕。提取。LSB算法改進LSB隨機間隔法LSB隨機間隔法水印嵌入（2置為5。程序會彈出提示，隨機間隔步長已被設置為5。點擊“LSB隨機間隔法水印嵌入”按鈕，進行嵌入操作。下面會彈出提示,請用戶選擇要進行LSB進行選擇要隱寫的圖像。選擇圖像后點擊“打開。下面會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txt文本文件中，然后選擇這個文件。目錄下，命名為用戶選擇文件的文件名+_random_interval-generated。LSB長要和隱寫時設置的步長相同。然后在下方輸入提取信息的長度。位置。之后彈出提示，隱藏信息已提取，保存為LSB-random_interval-recover.txtLSB-random_interval-recover.txt信息已被正確提取。LSBLSB區(qū)域校驗位算法水印嵌入（我們假定設置為5。程序會彈出提示，區(qū)域大小已被設置為5。片和隱藏信息后才能判斷出來。面會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xt文本文件中，然后選擇這個文件+_LSB-regional_verification-generatedLSB區(qū)域校驗位算法水印提取首先也要設置區(qū)域校驗位算法的區(qū)域大小，并且，要想正確提取信息，提取時設置的區(qū)域大小要和隱寫時設置的區(qū)域大小相同。然后在下方輸入提取信息的長度。在這里我們輸入288“輸入提取信息的長度”按鈕。LSB-regional_verification-recover.txtLSB-regional_verification-re