信息隱藏技術(shù)與水印技術(shù)-第1,2,3章.ppt

1、信息隱藏技術(shù)及其應(yīng)用，信息隱藏小時分配(36小時)，第1章，第2小時，第2章，第6小時，第3章，第6小時，第4章，第5章，第4小時，第6章，第4小時，第7章，第2小時，第8章，第2小時，第9章，第2小時，第10章，第2小時以上，34小時復(fù)習(xí)，第1章，信息隱藏技術(shù)介紹，1.1概念， 信息隱藏的分類和特征1.1.1什么是信任隱藏1.1.2信息隱藏的分類1.1.3信息隱藏的技術(shù)特征1.2信息隱藏模型1.3信息隱藏算法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1.1信息隱藏的概念、分類和特征1.1.1什么是信息隱藏，信息隱藏是將一個有意義的信息隱藏在另一個叫做封面的信息中以獲得一個隱寫封面。

2、 如圖1.1所示，非法人員不知道其他信息是否隱藏在這個公共信息中，即使他們知道，也很難提取或移除隱藏的信息。使用的載體可以是文本、圖像、聲音和視頻。為了增加攻擊的難度，加密和信息隱藏技術(shù)也可以結(jié)合起來，即先對消息M進(jìn)行加密，得到密文消息M，然后將消息M隱藏在載體c中。這樣，如果攻擊者想要獲得消息，就必須先檢測到消息的存在，并且知道如何從隱藏的載體S中提取消息M，以及如何對消息M進(jìn)行解密，恢復(fù)消息M的信息隱藏分類，1.1.2。(1)載體分類包括基于文本、圖像、聲音和視頻的信息隱藏技術(shù)。(2)按密鑰分類如果使用相同的密鑰進(jìn)行嵌入和提取，稱為對稱隱藏算法，否則稱為公鑰隱藏算法。(3)根據(jù)嵌入域，可分

3、為空間域(或時間域)方法和變換域方法。(4)按提取要求分類如果提取隱藏信息時不需要原始載體，稱為盲隱藏；否則，它被稱為非盲隱藏。(5)根據(jù)保護(hù)對象的不同，可分為隱寫術(shù)和水印技術(shù)。1)隱寫術(shù)的目的是在沒有任何懷疑的情況下秘密傳輸信息，因此其主要要求是不被發(fā)現(xiàn)和大容量。數(shù)字水印是指嵌入在數(shù)字產(chǎn)品中的數(shù)字信號，可以是圖像、字符、符號、數(shù)字等可以作為標(biāo)記和標(biāo)記的信息。其目的是版權(quán)保護(hù)、所有權(quán)證明、指紋(跟蹤和發(fā)布多個拷貝)和完整性保護(hù)。3)數(shù)據(jù)隱藏和數(shù)據(jù)嵌入：4)指紋和標(biāo)簽：1.1.3信息隱藏技術(shù)特點(diǎn)：(1)透明性，(2)魯棒性，(3)不可檢測性，(1)安全性，(2)自恢復(fù)，(2)對稱性，(2)糾錯，

4、1.2信息隱藏模型，1.3信息隱藏算法，(1)空域LSB算法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)高容量和良好的不可見性，但其魯棒性較差，容易被第三方發(fā)現(xiàn)和獲取，其可靠性會受到壓縮和壓縮等各種圖像操作的影響為了提高算法的性能，提出了多種改進(jìn)方法，如利用偽隨機(jī)序列修改最小二乘；圖像的隨機(jī)順序；只有當(dāng)使用密鑰時，才能獲得正確的嵌入序列。另一種常用的方法是利用像素的統(tǒng)計特性將信息嵌入到像素的亮度值中。(2)拼接算法是隨機(jī)選擇像素對(ai，bi)，然后將每個ai點(diǎn)的亮度值增加1，將每個bi點(diǎn)的亮度值減少1，使整個圖像的平均亮度保持不變。拼接方法通過適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，對JPEG壓縮、FIR濾波和圖像裁剪具有一定的抵抗能力，但

5、該方法嵌入的信息量有限。為了嵌入更多的水印信息，可以將圖像分成塊，然后嵌入每個圖像塊。(3)頻域算法。在這類算法中，大多數(shù)采用擴(kuò)頻通信技術(shù)。該算法首先計算圖像的離散余弦變換，然后在離散余弦變換域(不包括DC分量)幅值最大的預(yù)系數(shù)上疊加水印，預(yù)系數(shù)通常是圖像的低頻分量。如果DCT系數(shù)的第一大分量表示為=di，i=1，并且水印是服從高斯分布的隨機(jī)實(shí)數(shù)序列=wi，i=1，則水印嵌入算法是di=di(1 awi)，其中常數(shù)a是比例因子，它控制水印添加的強(qiáng)度。然后用新的系數(shù)通過逆變換得到水印圖像1。它還可以通過離散傅里葉變換或離散小波變換將數(shù)字圖像的空間域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻域系數(shù)。(5) NEC算法該算

6、法由NEC實(shí)驗室的Cox等人提出，在數(shù)字水印算法中占有重要地位。其實(shí)現(xiàn)方法是以密鑰為種子生成高斯分布的偽隨機(jī)序列。密鑰通常由作者的識別碼和圖像的哈希值組成。其次，對圖像進(jìn)行離散余弦變換。最后，偽隨機(jī)高斯序列用于調(diào)制(疊加)除DC分量之外的圖像的1000個最大的離散余弦變換系數(shù)。該算法具有很強(qiáng)的魯棒性、安全性和透明性。由于密鑰的特殊性，IBM攻擊是可以防范的，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)該嵌入到源數(shù)據(jù)的最重要部分，即由獨(dú)立且同分布的隨機(jī)實(shí)數(shù)序列組成，實(shí)數(shù)序列應(yīng)該具有高斯分布n (0，1)的特征。(6)生理模型算法人類生理模型包括HVS(人類視覺系統(tǒng)HVS和人類

7、聽覺系統(tǒng)HAS)。該模型不僅適用于多媒體數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)，也適用于數(shù)字水印系統(tǒng)。使用視覺模型的基本思想是使用從視覺模型導(dǎo)出的JND描述來確定圖像的每個部分中可以容忍的數(shù)字水印信號的最大強(qiáng)度，從而避免損害視覺質(zhì)量。也就是說，視覺模型被用來確定與圖像相關(guān)的調(diào)制掩碼，然后它被用來插入水印。該方法具有良好的透明性和魯棒性。1.信息隱藏技術(shù)的發(fā)展，(1)傳統(tǒng)信息隱藏技術(shù)，(2)數(shù)字信息隱藏技術(shù)的發(fā)展，1 .信息隱藏技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，1)數(shù)據(jù)保密性，2)數(shù)據(jù)的不可否認(rèn)性，3)數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)，4)防偽，5)數(shù)據(jù)完整性，第2章保密技術(shù)，2.1替換系統(tǒng)和位平面工具2.1.1最低位替換2.1.2偽隨機(jī)替換2.1.3

8、圖像退化和隱藏通道2.2.4二值圖像中的信息隱藏2.2變換域技術(shù)(DCT域隱寫術(shù))，算法2.1最低位替換的嵌入過程，對于i=1， L (c) do sici end對于I=1，l (m) do計算用于存儲第I個消息比特的指針ji S ji c吉米end，并且嵌入過程包括選擇載波元素的子集j1、ji，然后對子集執(zhí)行替換操作cm，即，用mi交換ci的LSB(mi可以是1或0)。 替代系統(tǒng)也可以修改載波的多個比特，例如，在載波元素的兩個最低有效比特中隱藏兩個信息比特。在提取過程中，提取所選載波元素的最小二乘，然后對其進(jìn)行排列以重構(gòu)秘密信息。算法2.2最低位的提取過程，對于i=1，l(m) do計算指

9、針ji miLSB(c ji)結(jié)束用于存儲ith消息位，算法2.3隨機(jī)區(qū)間方法的嵌入過程，對于i=1，L (c)為i=1隨機(jī)生成序列k1，算法2.4隨機(jī)區(qū)間法的提取過程，隨機(jī)生成序列kink1為I=1，算法2.5使用偽隨機(jī)排列來計算索引j，VI div x ui mod x v(vhk 1(u)mod y u(uhk 2(v)mod x v(vhk 3(u)mod y jvxu，2.2.3圖像退化和隱藏通道，以及圖像這種威脅屬于信息偽裝技術(shù)，它可以用來秘密地交換圖像，我們稱之為圖像退化。圖像退化是替換系統(tǒng)中的一種特殊情況，其中圖像既是秘密信息又是載體。給定相同大小的偽裝載體和秘密圖像，發(fā)送者用

10、秘密圖像的四個最高位替換偽裝載體圖像的灰度(或顏色)值的四個最低位。接收器從隱藏圖像中提取四個最低位，以獲得秘密圖像的四個最高位。在許多情況下，物體的退化在視覺上是察覺不到的，四位足以傳輸秘密圖像的粗略近似值。封面圖像機(jī)密圖像有4個高位，4個低位，4個低位，圖像質(zhì)量下降。在多級安全操作系統(tǒng)中，主體(進(jìn)程、用戶)和對象(文件、數(shù)據(jù)庫等)。)被分配了特定的安全級別。查看著名的Bel-LaPadula模型。一般來說，主體只能讀取較低安全級別的對象(“不能向上讀”)，而只能寫入較高安全級別的對象(“不能向下寫”)。第一個限制的原因是顯而易見的，而第二個限制的原因是試圖阻止用戶將重要信息提供給安全性較低

11、的主題。信息降級是指通過將機(jī)密信息嵌入到安全級別較低的對象中，機(jī)密信息不再是機(jī)密信息(因此稱為信息降級)，從而違反了“不可寫”的原則。隱藏信道，利用計算機(jī)系統(tǒng)中未使用和保留的空間，利用計算機(jī)系統(tǒng)中的隱藏信道，利用密碼協(xié)議中的閾下信道，2.2.7二值圖像中的信息隱藏，趙和科赫提出了一種信息隱藏方案，利用特定圖像區(qū)域中黑色像素的個數(shù)來編碼秘密信息。二值圖像被分成矩形圖像區(qū)域Bi，P0(Bi)和P1(Bi)是圖像塊Bi中黑白像素的百分比?；痉椒ㄊ牵喝绻麎KP1 (bi)為50%，則嵌入1，如果P0 (bi)為50%，則嵌入0。為了提高整個系統(tǒng)對傳輸錯誤和圖像修改的魯棒性，我們必須調(diào)整嵌入過程。如果某

12、些像素在傳輸過程中發(fā)生顏色變化，如(畢)從50.6%下降到49.5%，就會發(fā)生這種情況，從而破壞嵌入的信息。因此，應(yīng)該引入兩個閾值R150%和R050%，一個穩(wěn)健的參數(shù)是在傳輸過程中可以改變顏色的像素的百分比。發(fā)送方在嵌入過程中確保P1(雙)R、R或P0(雙)R、R。如果必須修改太多像素才能達(dá)到目標(biāo)，請將此塊標(biāo)記為無效，即修改(Bi)以滿足以下兩個條件之一：對于i=1，l(M) do永遠(yuǎn)隨機(jī)選擇一個圖像塊Bj /*檢查Bj是否有效*/然后將圖像塊Bj標(biāo)記為不可用，即修改圖像塊以便：算法2.6(趙和科赫算法)在二進(jìn)制圖像中的數(shù)據(jù)嵌入過程，或者繼續(xù)endif break enddo/*在Bj中嵌入

13、秘密消息位*/if=1然后修改Bj以使否則修改Bj以使結(jié)束if結(jié)束，算法2.7(趙和科赫算法)數(shù)據(jù)提取過程，對于i=1，e (M) do永遠(yuǎn)隨機(jī)選擇一個圖像塊Bj If并繼續(xù)中斷結(jié)束do如果P1 (bj) 50%則m1 1否則m0 0 0結(jié)束如果結(jié)束，松井和田中提出了不同的嵌入方案，如果第I個秘密消息位mi為0，我們讓rl否則RL(ai，ai 1)為奇數(shù)，這意味著mi為1。例如，它可以通過以下方式完成：如果mi為0，RL(ai，ai 1)為奇數(shù)，我們將ai 1向左移動一個像素。另一方面，如果mi=1并且RL(ai，ai 1)是偶數(shù)，我們將ai 1向右移動一個像素。例如，1001a0，3，a1，

14、5，a2，4，a3，2，a4，1a0，3，a1，6，a2，4，a3，31001，2.2變換域技術(shù)(DCT域)，二維DCT變換(實(shí)驗P73)，M*N矩陣a。我們將描述一個使用數(shù)字圖像作為載體的系統(tǒng)。在編碼過程中，發(fā)送方將載體圖像分成88個像素塊，每個塊只對一個秘密信息比特進(jìn)行精確編碼。在嵌入過程開始時，首先，隨機(jī)選擇一個圖像塊bi，并將其用于編碼第I個消息位。假設(shè)Bi=Dbi是經(jīng)過離散余弦變換后的圖像塊。在通信開始之前，發(fā)送方和接收方必須就嵌入過程中使用的兩個離散余弦變換系數(shù)的位置達(dá)成一致。讓我們用(u1，v1)和(u2，v2)來表示這兩個索引。這兩個系數(shù)應(yīng)該對應(yīng)于余弦變換的中頻，以確保信息存儲在信號的重要部分(這樣嵌入的信息就不容易由于JPEG壓縮而完全丟失)。此外，一般認(rèn)為中頻離散余弦變換系數(shù)具有相似的數(shù)量級，并且我們可以假設(shè)嵌入過程不會導(dǎo)致載波的嚴(yán)重退化。因為構(gòu)建的系統(tǒng)應(yīng)該對JPEG壓縮具有魯棒性。在JPEG壓縮算法中，我們選擇量化值相同的離散余弦變換系數(shù)。根據(jù)表2.1，系數(shù)(4，1)和(3，2)，或(1，2)和(3，0)更好。編碼方法：如果塊Bi (u1，v1) Bi