信息隐藏与数字水.ppt

信息隐藏与数字水印 信息与通信学院 莫建文 信息隐藏与数字水印 参考书目： 1.钮心忻，信息隐藏与数字水印，北京邮 电大学出版社 2.葛秀慧等，信息隐藏原理及应用，清华 大学出版社 3.金聪，数字水印理论与技术，清华大学 出版社 4.杨榆 ，信息隐藏与数字水印实验教程 ， 国防工业出版社 第1章 概 论 1.1 伪装式信息安全 1.2 信息隐藏历史的回顾 1.3 信息隐形的主要分支 伪装式信息安全 古代隐蔽信息的方法两种基本方式： 密码术:一种是将机密信息进行各种变化，使它们 无法被非授权者所理解； 另一种是以隐蔽机密信息的存在为目的，如隐写 术等。 它们的发展可以看成两条线，从古典密码术，发 展到现代密码学；从古典隐写术，发展到现在的 伪装式信息安全、信息隐藏和数字水印。 伪装式信息安全 古典密码是比较简单的，大多数采用手工 或机械操作对明文进行加密、对密文进行 解密。虽然在当时有的密码被认为是不可 破的，但是在科学技术充分发达的今天， 这些密码中的绝大部分已经毫无安全性可 言了。但是古典密码的基本设计思想在现 代密码学中还是有一定意义的，现代密码 的设计还是离不开简单的基本密码。 伪装式信息安全 简单密码例子： 密码变换：26个字母序号n=n+7 mod 26 I am a student = 伪装式信息安全 1949年仙农发表了一篇题为保密系统的 通信理论的著名论文，他首先将信息理 论引入了密码，从而把已有数千年历史的 密码学推向了科学的轨道。 由于颁布了数据加密标准DES，并且Diffile 和Hellman提出了公开钥密码系统的新概念 ，这就给现代密码学的理论与技术的发展 带来了划时代的变革。 伪装式信息安全 随着因特网的发展，隐写术有了新的发展空间和 技术手段，并且开始了理论研究。理论研究的突 破，有可能像信息论为密码学的发展开辟新的道 路一样，为伪装式信息安全开辟新的发展空间。 在因特网上，各种多媒体信息在传递，多媒体信 息最终是由人的感觉系统所接收的(如视觉系统、 听觉系统等)，而人的感觉系统所能感觉到的精度 和粒度是有限的，不能达到计算机所能达到的精 度和粒度。因此，利用人类的感觉系统存在的冗 余度，就发展起了现代隐写术，也可称为伪装式 信息安全。 伪装式信息安全 装式信息安全，就是要掩盖信息传递的事实。类 似于生物学中的保护色，它将加密后的杂乱无章 的信息，变为一些看似正常的信息，起到了迷惑 窃密者的目的。 可以这样说，加密方法是将信息本身进行了保密 ，但是信息的传递过程是暴露的，而伪装式信息 安全，则是将信息的传递过程进行了掩盖。因此 ，将传统密码学与伪装式信息安全相结合，就可 以更好地保证信息本身的安全和信息传递过程的 安全。 信息隐藏历史的回顾 1技术性的隐写术 用头发掩盖信息 使用书记板隐藏信息 将信函隐藏在信使的鞋底、衣服的褶皱、妇女的 头饰和首饰中等 在一篇信函中，特殊的字母组成秘密信息 无形的墨水在特定字母上制作非常小的斑点 微缩胶片 用笔蘸淀粉水在白纸上写字，然后喷上碘水，则 淀粉和碘起化学反应后显出棕色字体 信息隐藏历史的回顾 “万用显影剂”的原理是，根据纸张纤维的变 化情况，来确定纸张的哪些部位被水打湿 过，这样，所有采用墨水的隐写方法，在“ 万用显影剂”下都无效了。 在艺术作品中的隐写术。一些变形夸张的 绘画作品，从正面看是一种景象，侧面看 又是另一种景象，这其中就可以隐含作者 的一些政治主张或异教思想。 信息隐藏历史的回顾 2语言学中的隐写术 藏头诗 平湖一色万顷秋， 湖光渺渺水长流。 秋月圆圆世间少， 月好四时最宜秋。 其中前面四个字连起来读，正是“平湖秋月” 。 网上藏头诗生成软件 离合诗（Acrostic） 七律问缘 我常夜半询姻命， 与月为邻爱晚星。 秋槿含情风后落， 香獐有意谷间鸣。 天街雨过涤新树， 长路云收现旧亭。 地老皆缘蕃草木， 久愁比翼痛风铃。 施耐庵水浒传第61回 吴用诱使卢俊义将离合诗 卢花潭上有扁舟， 俊杰黄昏独自游。 义到尽头原有命， 反弓逃难必无忧。 题于墙上，使卢俊义遭官府 迫害逼上梁山 信息隐藏历史的回顾 中国古代设计的信息隐藏方法中，发送者 和接收者各持一张完全相同的、带有许多 小孔的纸，这些孔的位置是被随机选定的 。发送者将这张带有孔的纸覆盖在一张纸 上，将秘密信息写在小孔的位置上，然后 移去上面的纸，根据下面的纸上留下的字 和空余位置，编写一段普通的文章。接收 者只要把带孔的纸覆盖在这段普通文字上 ，就可以读出留在小孔中的秘密信息。 信息隐藏历史的回顾 3用于版权保护的隐写术 Lorrain(16001682年)是17世纪一个很有名的风景画家 ，当时出现了很多对他的画的模仿和冒充，由于当时还没 有相关的版权保护的法律，他就使用了一种方法来保护他 的画的版权。他自己创作了一本称为Libet。Velritatis 的书，这是一本写生形式的素描集，它的页面是交替出现 的，四页蓝色后紧接着四页白色，不断重复着，它大约包 含195幅素描。他创作这本书的目的是为了保护自己的画 免遭伪造。事实上，只要在素描和油画作品之问进行一些 比较就会发现，前者是专门设计用来作为后者的“核对校 验图”，并且任何一个细心的观察者根据这本书仔细对照 后就能判定一幅给定的油画是不是赝品。 信息隐藏历史的回顾 一种图像保护系统ImageLock是这样工作 的：系统中对每一个图像保存一个图像摘 要，构成一个图像摘要中心数据库，并且 定期到网络上搜寻具有相同摘要的图像。 它可以通过对比图像摘要的办法找到任何 未被授权使用的图像，或者任何仿造的图 像，并依此指证盗版。 信息隐藏历史的回顾 4.现代隐写术的变迁 隐写术的发展也由于计算机技术和因特网 的发展而重新被重视。 随着计算机技术和因特网的发展，越来越 多的信息以电子的形式通过网络进行传输 ，并且随着政府上网、电子商务、电子政 务、网络银行等应用，越来越多的重要信 息(如政府机密信息、商务信息、个人隐私 等信息)需要保密和安全的传输。 信息隐藏历史的回顾 另一方面，网络应用的扩大，数字产品的 无失真复制，使得越来越多的数字产品在 网上传播，如电影、音乐等，这样就造成 了版权保护方面存在很大的漏洞。 为了保证信息隐形技术的正常、健康使用 ，在信息隐形性研究的同时，其对立面的 研究也在开展。如信息隐藏的检测、数字 水印的攻击等。 信息隐形的主要分支 1.伪装式保密通信 目前在这一研究领域中主要研究在图像、 视频、声音以及文本中隐藏信息，如可以 在一幅普通图像、一段视频流、一段普通 谈话甚至普通的文档中隐藏需要保密的数 据，而这些数据可以是任意形式的数字信 息，对隐藏者来说它们只是一些比特流。 信息隐形的主要分支 信息隐藏的思想 利用以 数字信号处理理论（图像信号处理、音频信号处理、 视频信号处理等） 人类感知理论（视觉理论、听觉理论） 现代通信技术 密码技术 等为代表的伪装式信息隐藏方法来研究信息的保密和安全问 题 隐藏者 尽可能多地将信息隐藏在公开消息之中 尽可能不让对手发现任何破绽 攻击者 尽可能地发现和破坏对手利用信息隐藏技术隐藏在公开消息中的机密信 息 信息隐形的主要分支 信息隐藏在伪装式保密通信这一分支的主 要研究内容有，研究高安全性的信息伪装 算法，即隐藏信息的不可察觉性，这里， 除了感观上的不可察觉性之外，还要考虑 在各种特征分析、信号处理工具下不出现 异常特征。另外，从理论上分析伪装载体 的隐藏容量，或者说是伪装式保密通信的 信息传输速率，既是目前的理论研究热点 ，也是保密通信的实际应用中需要解决的 问题。 信息隐形的主要分支 2.数字水印 数字作品的特点是极易无失真地复制和传播，容 易修改，容易发表等，这就对数字作品的版权保 护提出了技术上及法律上的难题。包括： (1)如何鉴别一个数字作品的作者。 (2)如何确定数字作品作者的版权声明。 (3)如何公证一个数字作品的签名与版权声明。 (4)在采用登记制的情况下，怎样确认登记的有效 性。 信息隐形的主要分支 数字水印在数字产品版权保护方面的应用 可以分为以下几个方面： (1)用于版权保护的数字水印。将版权所有 者的信息作为数字水印，嵌入在要保护的 数字多媒体作品中，从而防止其他团体对 该作品宣称拥有版权。用于版权保护的数 字水印，应该具有不可察觉性、健壮性、 惟一性等要求，还要能够抵抗一些正常 的 数据处理和恶意的攻击。 信息隐形的主要分支 (2)用于盗版跟踪的数字指纹。数字指纹可以说是 数字水印的一种特殊应用情况，它们的区别在于 ，数字水印所代表的是产品作者的信息，而数字 指纹主要含有的是产品购买者的信息。同一个产 品被多个用户买去，在每一个用户买到的拷贝中 ，都预先被嵌入了包含购买者信息的数字指纹， 该数字指纹对于跟踪和监控产品在市场上的非法 拷贝是非常有用的。当市场上发现盗版时，可以 根据其中的数字指纹，识别出哪个用户应该对盗 版负责。数字指纹除了应具有数字水印所普遍具 有的特性之外，还应该能够抵抗共谋攻击。 信息隐形的主要分支 (3)用于拷贝保护的数字水印。这也是数字水印的 一个特殊应用。既然数字水印的目的是保护版权 ，防止盗版，我们希望它最终能够达到这样一个 目的：对于嵌入了数字水印的产品，经正常授权 的用户可以无障碍地使用，而对于非授权的用户( 或非法拷贝、盗版的产品)，该产品则无法正常使 用。在某些应用中，拷贝保护是可以实现的。如 DVD系统，在DVD数据中嵌入拷贝信息，如“禁 止拷贝”或允许“一次拷贝”，而DVI)播放器中有相 应的功能，对于带有“禁止拷贝”标志的DVD数据 则无法播放。 信息隐形的主要分支 3.隐蔽信道 计算机系统中的隐蔽信道的含义是，在多级安全