信息隐藏报告

第一部分信息隐藏简介一信息隐藏基本概念信息隐藏就是将保密信息隐藏于另一非保密载体中，以不引起检查者的注意。这里的载体可以是图像、音频、视频，也可以是信道，甚至可以是某套编码体制或整个系统。从狭义上看，信息隐藏就是将某一机密信息秘密隐藏于另一公开的信息中，然后通过公开信息的传输来传递机密信息。二信息隐藏与加密的区别信息隐藏技术的目的是确保隐藏的数据不被发现和入侵，而不是传统的限制以普通方式访问的形式。信息隐藏技术的基本概念是将秘密的重要的信息隐藏在普通的媒介中，并在互联网上进行传递，保密的信息伪装成普通的文件，并且与其他不重要的信息没什么区别，从而能够很容易的逃脱非法拦截者的入侵与注意。这正是传统的加密系统中缺失的部分。信息隐藏技术的主要目标是隐藏技术是更好的方式，同时使嵌入了隐藏信息的媒介对质量的影响越小越好，从而达到隐藏信息很难被发现的目的。信息隐藏技术与传统的加密技术的主要区别就是：传统的加密技术只是隐藏信息的内容，而信息隐藏技术不仅隐藏信息的内容，而且还隐藏信息本身包含的子内容。信息隐藏技术相较于传统的加密技术，提供了一个更安全的隐藏方式。在信息隐藏技术中，信息隐藏的作用包含两个方面的内容，换句话说就是它既是传递信息的载体，又将伪装的信息隐藏在其中。三信息隐藏的分类信息隐藏可以分为：无密钥信息隐藏、私钥信息隐藏和公钥信息隐藏。无密钥信息隐藏分为伪装对象和提取两个过程，双方约定嵌入算法和提取算法，算法要求保密。对一个五元组Z=〈C，M，C'，D，E〉，其中C是所有可能载体的集合，M是所有可能秘密消息的集合，C'是所有可能伪装对象的集合。其中E：CXMfJ是嵌入函数，D：C'fM是提取函数。若对所有meM和c^C，恒有D(E(c，m))=m，则称该五元组为无密钥信息隐藏系统。公钥信息隐藏类似于公钥密码。通信各方使用约定的公钥体制，各自产生自己的公开钥和私密钥，将公开钥存储在一个公开的数据库中，通信各方可以随时取用，私密钥由通信各方自己保存，不予公开。四信息隐藏技术的特点信息隐藏在不同领域有不同的特征，但其基本的特征有：隐蔽性：指嵌入信息后在不引起秘密信息质量下降的前提下，不显著改变掩护对象的外部特征，使非法拦截无法判断是否有秘密信息存件不可见性：指嵌入信息后，不会引起载体文件产生可感知的失真，即隐藏文件和原载体应充分接近，否则便失去了隐藏的意义。不可检测性：指对非法者来说，检测到秘密信息的存在并提取出来是十分困难，至少在秘密信息的有效期内是不可能的。鲁棒性：指隐藏文件受到一定的扰动，仍然能恢复隐藏的信息。即要求所嵌入的信息不能轻易地失去，要保持其完整性。稳定性：指隐藏信息能永久的存在，并在一定的条件下可以提取。安全性:指隐藏算法有较强的抗攻击能力，它能够承受一定程度的人为攻击，使隐藏信息不会被破坏。自恢复性：指经过了一些操作和变换后仍然能恢复隐藏信息的特征。五信息隐藏系统模型信息隐藏的基本模型如下图所示，我们称待隐藏的信息为秘密信息，它可以是版权信息或秘密数据，也可以是一个序列号；而公开信息则称为载体信息，如视频音频片段这种信息隐藏过程一般由密钥来控制，即通过嵌入算法将秘密信息隐藏与公开信息中，而隐蔽载体（隐藏有秘密信息的公开信息）则通过信道传递，然后解码器利用密钥从隐蔽载体中检测出并恢复秘密信息在密钥未知的前提下，第三者很难从载体中得到删除或发现秘密信息。六信息隐藏的应用信息隐藏的应用包括：伪装式隐蔽通信、数字水印和用于数字产品的版权保护。伪装式保密通信利用人类感知系统以及计算机处理系统的冗余，载体可以是任何一种多媒体数据，如音频、视频、图像、甚至文本、数据等，被隐藏的信息也可以是任何形式，这种方法主要用于军队和安全部门。数字水印技术，是指在数字化的数据内容中嵌入不明显的记号。被嵌入的记号通常是不可见或不可察的，但是通过计算操作可以检测或者被提取。水印与源数据紧密结合并隐藏其中，成为源数据不可分离的一部分，并可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用价值的操作而存活下来。多媒体通信业务和数字化、网络化的迅猛发展给信息的广泛传播提供了前所未有的便利，各种形式的多媒体作品包括视频、音频、动画、图像等等纷纷以网络形式发布，但副作用也十分明显：任何人都可以通过网络轻易的取得他人的原始作品，尤其是数字化图像、音乐、电影等等，甚至不经作者的同意而任意复制、修改，从而侵害了创作者的著作权。从目前的数字水印系统的发展来看，基本上可以分为以下几类。所有权确认：多媒体作品的所有者将版权信息作为水印加入公开发布的版本中。侵权行为发生时，所有人可以从侵权人持有的作品中认证他所加入的水印作为所有权证据。这要求这类水印能够经受各种常用的处理操作，比如对于图像而言，要能够经受各种常用的图像处理操作，甚至像打印/扫描这样的操作。来源确定：为防止非授权的拷贝，出品人可以将不同用户的有关信息（如用户名、序列号、城市等等）作为不同水印嵌入作品的合法拷贝中。一旦发现未经授权的拷贝，可以从此拷贝中提取水印来确定他的来源。这要求水印可以经受诸如伪造、去除水印的各种企图，主要包括多拷贝联合攻击去除或伪造水印陷害第三方。完整性确认：当多媒体作品被用于法庭、医学、新闻及商业时，常需要确定它们的内容有没有被修改、伪造或特殊处理过。这时可以通过提取水印，确认水印的完整性来证实多媒体数据的完整。隐式注释：被嵌入的水印组成内容的注释。比方说，一副照片的拍摄时间和地点可以转换成水印信号作为此图像的注释。使用控制：在一个限制试用软件或预览多媒体作品中，可以插入一个指示允许使用次数的数字水印，每使用一次，就将水印自减一次，当水印为0时，就不能再使用，但这需要相应硬件和软件的支持。用于版权保护的数字水印将版权所有者的信息，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，用于盗版跟踪的数字指纹：同一个作品被不同用户买去，售出时不仅嵌入了版权所有者信息，而且还嵌入了购买者信息，如果市场上发现盗版，可以识别盗版者。第二部分：LSB算法隐藏概述：载体图像和嵌入量的大小，利用随机函数确定出嵌入字节的位置，使嵌入信息分布均匀;结合位平面的特点，通过位的运算，实现秘密信息嵌入；对嵌入的字节最多只需修改一位，可在该字节中同时嵌入两位秘密信息，提高了秘密信息嵌入量，并能无损还原。回顾：信息隐藏技术是利用多媒体信息普遍存在的冗余性，将秘密信息隐藏而不引起多媒体信息物理外观的显著变化，使得人们觉察不到它的存在，即使截获者知道秘密信息的存在，未经授权也难以将其提取出来，从而保证了秘密信息的机密性和安全性。信息隐藏技术在军事、情报、国家安全方面具有重要的意义。应用有匿名通信，版权保护，印刷品的防伪。对于信息影藏算法，应该有以下要求。首先要具有极高的安全性，包括：视觉隐蔽性和统计隐蔽性或算法不可检测性。如果很容易便被检测出来，则算法没有实际意义。再有算法要具有足够的信息隐藏量。我们所要传递的信息不可能每次都只有很微小的部分能够传递，并不适用。LSB的信息隐藏算法原理本次所做的是在一幅图像中隐藏文本信息。一幅图像可以用一个二维矩阵表示，矩阵的各个数值代表一个像素的色彩信息。用图像作为底面，用表示像素亮度大小的8位二进制数作为高度，可形成一个立体直方图，各像素位置相同的位形成了一个平面，称为“位平面”。一般定义从图像的第0个位平面到第7个位平面依次为最不重要位平面到最重要位平面，相应的位称为最低有效位LSB和最高有效位MSB，在信息隐藏时修改不同的位对图像的影响不同。MSB对图像的影响最大，修改MSB后，图像的色彩已经完全被坏，而对第0、l较低位平面的图像影响很小。修改LSB后，图像的改变几乎无法用肉眼识别。因此LSB算法以其易于实现、隐蔽性好且隐藏量大等优点，而被广泛采用。LSB算法修改图像中最低位平面信息，是先将图像的最低位面清空，再逐个将二进制流的每一个数据放入图像已经清空的位面里面对信息进行隐藏。提取时，只需将这些信息比特提取出来并组合，就可以恢复出原来的秘密信息。LSB算法嵌入步骤将原始载体图像的空域像素值由十进制转换到二进制表示，再用二进制秘密信息中的每一比特信息替换与之相对应的载体数据的最低有效位。将得到的含秘密信息的二进制数据转换为十进制像素值，从而获得含秘密信息的图像。按照一定的算法选择它们要嵌入的位置。如果要隐藏的信息的某一位为1，则它要嵌入的载体图像相应位置的像素值mod2的值为1；如果要隐藏的信息的某一位为0,则它要嵌入的载体图像相应位置的像素值mod2的值为0。秘密消息的嵌入：for（i=1；i<=像素序列的个数；i++）Si-Ci//Ci为整个图像的像素集合，Si是我们顺序选取的要隐藏信息的像素的集合endforfor（i=1；i<=秘密信息长度；i++）Sji-Mi〃将秘密信息Mi存入选取的像素点SjiendforLSB算法提取步骤将得到的隐藏有秘密信息的十进制像素值转换为二进制数据。将二进制数据的最低有效位提取出来，即为秘密信息序列首先将确定隐藏信息嵌入的位置。如果该位置的像素值mod2的值为1,则此处隐藏的信息为1；如果该位置的像素值mod2的值为0,则此处隐藏的信息为0。秘密消息的提取：for（i=1；i<=像素序列的个数；i++）i--Ji〃计算存放第i个消息位的JiMi-LSB（Cji）//计算Cji的LSB位，恢复秘密信息endfor嵌入与读出的文本信息：[JjTigureFileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp矣矣」第三部分基于DCT变换的数字水印及matlab实现离散余弦变换，简称DCT,是一种实数域变换，其变换核为实数的余弦函数，计算速度较快，而且对于具有一阶马尔柯夫过程的随机信号，DCT十分接近于K一L变换，也就是说它是一种近似最佳变换，很适合于做图像压缩和随机信号处理。DCT变换的基本思路是将图像分解为8X8的子块或16X16的子块，并对每一个子块进行单独的DCT变换，然后对变换结果进行量化、编码。随着子块尺寸的增加，算法的复杂度急剧上升，因此，实用中通常采用8X8的子块进行变换，但采用较大的子块可以明显减少图像分块效应。在图像压缩中，一般把图像分解为8X8的子块，然后对每一个子块进行DCT变换、量化，并对量化后的数据进行Huffman编码。DCT变换可以消除图像的空间冗余，Huffman编码可以消除图像的信息熵冗余。DCT是无损的，它只将图像从空间域转换到变换域上，使之更能有效地被编码。对一个图像子块而言，将对变换后的64个系数进行量化，并对z字顺序扫描系数表进行编码。这种排列方法有助于将低频非0系数置于高频系数之前，直流系数由于包含了所有图像特征中的关键部分而被单独编码。量化后的系数经过熵编码进一步无损压缩，通常采用的是Huffman编码。这种压缩编码方法中，图像质量的降低主要是由于对系数的量化造成，且不可恢复。

在解码时首先得到各点的DCT系数，然后根据DCT反变换即可恢复出原图像。利用DCT反变换还可以无损地恢复原图像。在实际的应用中，使用DCT变换的矩阵描述形式更容易理解。在解码时首先得到各点的DCT系数，然后根据DCT反变换即可恢复出原图像。二基于DCT变换的数字水印原理针对静止图像，将图像分成8X8的块，由一个密钥随机的选择图像的一些分块，在频域的中频上稍微改变一个三元组以隐藏二进序列信息。选择在中频分量编码不易于被各种信号处理方法破坏，也不会让人的视觉很敏感，不易于被察觉。未经授权者由于不知道水印嵌入的区域，因此是很难测出水印的，此外，该水印算法对有损压缩和低通滤波是鲁棒的。将图像分割成8X8块，并对每个块做DCT变换，然后随机选择构造所有块的一个子集，对子集的每一个块，选择一组频率并嵌入二进制水印信息。由于频率组的选择不是基于最显著分量，并且频率系数的方差较小，因此该方法对噪声、几何变形以及多文档攻击比较敏感。三matable实现过程（一）水印嵌入方法读取RGB图像pic并变换成灰度图像gary_pic。用blkproc函数将载体图像完全分割为互不覆盖的8*8块图像，并对其进行二维DCT变换。通过语句：dct_pic=blkproc（gary_pic,[8,8],'dct2'）;来完成。选取两个中频系数的位置（4,3）（6,3），如果要嵌入的为0，则将两位中较小的系数放在（4，3），如要嵌入1，将较大系数放在（6，3）。将所得图像进行分块的逆DCT变换。通过语句p=blkproc（watermark_pic,[8,8],'idct2'）;得到下图的嵌入水印后图像。

（二）水印提取方法1对含水印的图片进行分块DCT变换。2。找到每块的（4,3）,（6,3）处的系数，若前者小于后者则提取出0,否则提取出1.3.将提取出的0，1按原水印矩阵的行数和列数组成水印。（下图中左图为原水印图像，右图为从