信息隐藏技术与应用1

1、信 息 隐 藏 技 术 与 应 用 9/10/20221信息隐藏学时分配（36学时）第1章 2学时 第2章 6学时第3章 6学时 第4章 4学时第5章 4学时 第6章 4学时第7章 2学时 第8章 2学时第9章 2学时 第10章 2学时以上为34学时 复习2学时9/10/20222第一章 信息隐藏技术概论 1.1信息隐藏的概念、分类及特点 1.1.1什么是信隐藏 1.1.2信息隐藏的分类 1.1.3信息隐藏技术特点1.2信息隐藏模型1.3信息隐藏的算法1.4信息隐藏技术的发展1.5信息隐藏技术的应用领域 9/10/202231.1信息隐藏的概念、分类及特点1.1.1什么是信息隐藏信息隐藏是把一

2、个有意义的信息隐藏在另一个称为载体(Cover)的信息中得到隐蔽载体(Stego Cover)S.如图1.1 所示，非法者不知道这个普通信息中是否隐藏了其它的信息，而且即使知道也难以提取或去除隐藏的信息。所用的载体可以是文字、图象、声音及视频等。为增加攻击的难度，也可以把加密与信息隐藏技术结合起来，即先对消息M加密得到密文消息M，再把M隐藏到载体C中。这样攻击者要想获得消息，就首先要检测到消息的存在，并知道如何从隐蔽的载体S中提取M及如何对M解密以恢复消息M.9/10/202249/10/202251.1.2信息隐藏的分类 按载体类型分类：包括基于文本，图像，声音和视频的信息隐藏技术。按密钥分

3、类：若嵌入和提取采用相同密钥，则称其为对称隐藏算法，否则称为公钥隐藏算法。按嵌入域分类：主要可分为空域（或时域）方法及变换域方法。按提取的要求分类：若在提取隐藏信息时不需要利用原始载体C，则称为盲隐藏；否则称为非盲隐藏。 9/10/20226按保护对象分类 主要可分为隐写术和水印技术。隐写术的目的是在不引起任何怀疑的情况下秘密传送消息，因此它的主要要求是不被检测到和大容量等。数字水印是指嵌在数字产品中的数字信号，可以是图像，文字，符号，数字等一切可以作为标识和标记的信息，其目的是进行版权保护、所有权证明、指纹（追踪发布多份拷贝）和完整性保护等。 数据隐藏和数据嵌入： 指纹和标签： 9/10/2

4、02279/10/202281.1.3信息隐藏技术特点 透明性：(robustness)指不因图象文件的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力 。这里所谓改动包括传输过程中的信道噪音、滤波操作、重采样、有损编码压缩、D/ A或 A/ D转换等 鲁棒性：（invisibility)利用人类视觉系统或人类听觉系统属性，经过一系列隐藏处理 ，使目标数据没有明显的降质现象 ，而隐藏的数据却无法人为地看见或听见 不可检测性:(undetectability)指隐蔽载体与原始载体具有一致的特性 。如具有一致的统计噪声分布等 ，以便使非法拦截者无法判断是否有隐蔽信息 。 9/10/20229安全性：(securi

5、ty)指隐藏算法有较强的抗攻击能力，即它必须能够承受一定程度的人为攻击 ，而使隐藏信息不会被破坏。 自恢复性：由于经过一些操作或变换后 ，可能会使原图产生较大的破坏，如果只从留下的片段数据 ，仍能恢复隐藏信号 ，而且恢复过程不需要宿主信号 ，这就是所谓的自恢复性。 对称性：信息的隐藏和提取过程具有对称性，包括编码、加密方式，以减少存取难度。 可纠错性：通常采取纠错编码方法9/10/2022101.2信息隐藏模型秘密信息 (secret message)：待隐藏的信息，它可以是版权信息或秘密数据，也可以是一个序列号；载体信息 (cover message)：公开信息，如视频、音频片段。信息隐藏过

6、程：一般由密钥 (Key)来控制，即通过嵌入算法(Embedding algorithm)将秘密信息隐藏于公开信息中，而隐蔽载体 (隐藏有秘密信息的公开信息 )则通过信道 (Communication channel)传递，然后检测器 (Detector)利用密钥从隐蔽载体中恢复 /检测出秘密信息。信息隐藏技术主要由下述两部分组成 :(1)信息嵌入算法 ，它利用密钥来实现秘密信息的隐藏 。 (2 )隐蔽信息检测 /提取算法 (检测器 ) ，它利用密钥从隐蔽载体中检测 /恢复出秘密信息 。在密钥未知的前提下，第三者很难从隐秘载体中得到或删除 ，甚至发现秘密信息 9/10/202211信息隐藏技术

7、主要由下述两部分组成 (1)信息嵌入算法 ，它利用密钥来实现秘密信息的隐藏 。(2)隐蔽信息检测 /提取算法 (检测器 ) ，它利用密钥从隐蔽载体中检测 /恢复出秘密信息 。在密钥未知的前提下，第三者很难从隐秘载体中得到或删除，甚至发现秘密信息 9/10/2022121.2信息隐藏模型9/10/2022131.3信息隐藏的算法 空域算法： LSB算法该类算法中典型的算法是将信息嵌入到随机选择的图像点中最不重要的像素位 (LSB)上，这可保证嵌入的水印是不可见的。优点：LSB算法的主要优点是可以实现高容量和较好的不可见性，缺点：但是该算法的鲁棒性差，容易被第三方发现和得到，遭到破坏，对图像的各种

8、操作如压缩，剪切等都会使算法的可靠性受到影响。9/10/202214空域算法LSB改进方法:利用伪随机序列，以随机的顺序修改图像的LSB；在使用密钥的情况下，才能得到正确的嵌入序列。是利用像素的统计特征将信息嵌入像素的亮度值中。9/10/202215空域算法 Patchwork算法随机选择对像素点 (ai，bi) ，然后将每个ai点的亮度值加 1 ，每个bi点的亮度值减1，这样整个图像的平均亮度保持不变。适当地调整参数，Patchwork方法对JPEG压缩、FIR滤波以及图像裁剪有一定的抵抗力，但该方法嵌入的信息量有限。为了嵌入更多的水印信息，可以将图像分块，然后对每一个图像块进行嵌入操作。

9、9/10/202216(2) 频域算法 DCT域算法扩展频谱通信 (spread spectrum communication)技术。算法实现过程为：先计算图像的离散余弦变换 (DCT)，然后将水印叠加到DCT域中幅值最大的前系数上(不包括直流分量)，通常为图像的低频分量。若DCT系数的前个最大分量表示为= di ，i=1 ， ， 水印是服从高斯分布的随机实数序列 = wi ，i=1 ， ， 水印的嵌入算法为di = di(1 + awi) 其中常数a为尺度因子，控制水印添加的强度。然后用新的系数做反变换得到水印图像I*。9/10/202217NEC算法：由NEC实验室的Cox等人提出，该算法

10、在数字水印算法中占有重要地位，其实现方法是，首先以密钥为种子来产生伪随机序列，该序列具有高斯N(0，1)分布，密钥一般由作者的标识码和图像的哈希值组成，其次对图像做DCT变换，最后用伪随机高斯序列来调制(叠加)该图像除直流(DC)分量外的1000个最大的DCT系数。该算法具有较强的鲁棒性、安全性、透明性等。该算法还提出了增强水印鲁棒性和抗攻击算法的重要原则，即水印信号应该嵌入源数据中对人感觉最重要的部分，这种水印信号由独立同分布随机实数序列构成，且该实数序列应该具有高斯分布N(0，1)的特征。9/10/202218还可以将数字图象的空间域数据通过离散傅里叶变换(DFT)或离散小波变换(DWT)

11、转化为相应的频域系数 9/10/202219（3）生理模型算法人的生理模型包括人类视觉系统HVS(Human Visual System)和人类听觉系统HAS。该模型不仅被多媒体数据压缩系统利用，同样可以供数字水印系统利用。利用视觉模型的基本思想均是利用从视觉模型导出的JND(Just Noticeable Difference，最小可觉差)描述来确定在图像的各个部分所能容忍的数字水印信号的最大强度，从而能避免破坏视觉质量。也就是说，利用视觉模型来确定与图像相关的调制掩模，然后再利用其来插入水印。这一方法同时具有好的透明性和强健性。 9/10/2022201.信息隐藏技术的发展(1) 传统的信

12、息隐藏技术9/10/202221信息隐藏的历史公元前440年出现用头发掩盖信息的方法将信函隐藏在信使的鞋底、衣服的皱褶，妇女的头饰、首饰中在信函中改变字母笔画的高度，或在字母上（下）面挖非常小的孔17世纪的无形墨水：在特定的字母上制作非常小的斑点19世纪的微缩胶片化学方式实现的高级隐写术用笔蘸淀粉水写在白纸上，喷上碘水后显示棕色字体艺术作品中隐写术变形夸张的绘画作品二次大战女钢琴家的慰问演出藏头诗9/10/202222藏头诗我闻西方大力士，为人了却凡心。秋来明月照蓬门，香满禅房幽径。屈指灵山会后， 居然紫竹成林。童男童女拜观音，仆仆何嫌荣顿？我画蓝江水悠悠，爱晚厅上枫叶愁。秋月溶溶照佛寺，香烟袅袅绕经楼。9/10/202223 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