数字图像安全

数字图像安全一、密写与密写分析

密写就是利用人类感觉器官对数字信号的感觉冗余，将秘密信息隐藏在载体信息（文本、图像、音频、视频等）中，加密后载体的外部特征只有人类感觉器官无法察觉的微小变化，使得在传递载体的同时传递秘密信息并且不被人察觉。

密写分析则与之相反，其目的是检测出载体中存在秘密信息的可能性并中断信息的传递。（1）密写算法图像分块嵌入法游程修改嵌入法基于图像特征嵌入法结构微调法半色调图像嵌入法基于频率域信息嵌入法（2）密写要求不可觉察性不可检测性安全性鲁棒性嵌入量计算复杂度二、LSB密写算法

原理：此算法是最简单的一种密写算法。

由于图像显示主要由像素点的高位决定，故将秘密信息的高位替换到载体图像的低位，这样不仅载体图像不会发生太大的畸变，还可以实现大容量信息隐藏。

接受方只需将载体图像的低位提取出来即可。算法实现利用一张灰度图像来实现信息的隐藏，对比密写前后图像，发现没有改变。因为秘密信息是一张二值图像，替换的仅是像素的最低位，对载体图像几乎无影响，且能完全提取。如果将秘密图像换为灰度图像，则密写的质量和提取的信息将出现一定程度的失真。载体图像载密图像原始秘密信息提取秘密信息三、基于分块的图像密写1、原理：

先将载体图像进行分块，分为互不相叠的大小为m×n的图像子块，然后生成与图像块大小相同的二值随机矩阵，即密钥K，再生成大小为m×n的权矩阵W，其中权值满足的条件为2r-1≤m×n，r为每次在图像子块中嵌入的比特数，即b1,b2,…br最后经过异或、求和等运算实现数据隐藏。2、密写步骤：计算图像子块

；计算

；计算如下集合：定义差值满足此原则：

则不修改块内像素，否则取Sw中w=d。3、图像分析：将大小为516×516的Lena图像作为载体图像，分成3×3的子块，计算得隐藏的信息量为11664比特，即大小为108×108的图像，具有较高的隐藏容量。对比两幅图可知：在图像的边缘、轮廓发生了很细微的改变，原因是数据隐藏时改写了部分像素。这种变化与图像二值化比较相似，不能引起人们足够的觉察性，具有一定的安全性。

载体图像载密图像4、密写分析

由于密写时相当于在图像中引入了噪声，破坏了图像单元的连通性与安全性，因此利用形态学二次运算将膨胀和腐蚀有机地结合起来，使膨胀和腐蚀改变图像的拓扑的缺陷相互抵消，既可出嵌入过程中引入的噪声，又可保证原图像的拓扑不变。对原始载体图像和载密图像进行形态学滤波，并分别对滤波前后的图像做差。载体图像滤波载密图像滤波载体图像滤波差载密图像滤波差滤波后的两幅图像相差也不是很大，不过对比度略有提高，但在缺乏参照图像下，也不能判断此图经过密写。作差之后，如果轮廓越清晰，说明密写的可能性越大。密写后的图像有一定的轮廓，此时可引起一定的怀疑。对此，需要减少嵌入信息量，或者用内容丰富的图片。但是想要提取里面的信息，比较困难。因为在密写时，采用了置乱，而置乱的算法有许多种；采用了密钥K，而一共有29种密钥；采用了权矩阵W，而共有种。分析者无法采用具体的算法提取信息，只能截断。3、数据的提取

将载密图像分成大小为m×n的子块，在每个子块中分别计算

，将得到的数据对2r取模，再把数据转换成二进制，然后把每个子块得到的数据串接成比特流，最后进行反置乱，这样就能得到原始秘密数据流。如下图所示：原始信息提取的信息我们可以直观的看到，在传递过程中，没有受到攻击时，可以准确地提取信息。

图像在传递过程中容易受噪声影响，或者受到一定程度的攻击。因此对载密图像修改部分像素的值，仍能提取秘密信息，不妨碍信息的读取。如图：此方法具有一定的抗攻击性，即鲁棒性总结：通过以上的分析可知：基于分块的二值图像密写的优点是密写量大、修改数据少、计