信息隐藏技术浅析Word格式文档下载.docx

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指导教师：

系部主任：

说明：

如计算机输入，内容小四号字。

本任务书一式二份，教师、学生各执一份

摘要

数字信息使我们的社会和日常生活发生了深刻的革命性变化，数字媒体和互联网的普及在给我们带来创新机遇的同时也提出了许多挑战性的问题。

数字媒体的版权保护、信息内容监控、数字平安通信等问题促使信息平安开展新的概念，具有伪装特点的信息隐藏应运而生，并成为隐蔽通信和数字媒体保护的有效手段，迅速成为国际上的研究热点。

本论文主要对信息平安中的新方向一一信息隐藏在数字媒体保护和隐蔽通信方面的理论和方法进行了研究，旨在解决信息隐藏应用于数字产品发布过程中的版权保护、秘密信息隐蔽传输的理论和方法问题。

主要研究内容包括数字产品版权保护系统，鲁棒数字水印方法，信息隐藏性能评价和对掩密系统平安性攻击的掩密分析四个方面。

在数字产品的版权保护系统方面。

本文通过研究数字作品的网络销售渠道和权益关系，分析了管理、版权机构、监管等知识产权部门的作用，设计了基于数字水印技术的数字产品版权保护系统模型。

在数字水印系统局部，本文提出了基于局部区域统计量的鲁棒数字水印的嵌入模型和基于最小错误率的水印检测模型，并进行了理论推导。

依据此模型提出了针对打印扫描图像的盲水印系统和方法以及基于对象的盲水印方法。

在信息隐藏的性能评价方面，研究了常用的峰值信噪比，加权峰值信噪比等前人提出的感知性能评价准那么，指出针对信息隐藏的性能评价不能单纯从视觉特性出发，提出从信息隐藏的数据特性和感知特性出发，结合局部特性来考察失真误差的变化的思想，并据此提出基于局部区域误差统计分布和视觉掩模方法评价信息隐藏性能的方法。

关键词：

信息平安；

信息隐藏；

数字水印

Abstract〔英文摘要〕

Digitalinformationtomakeoursocietyandthedailylifeofrevolutionarychange,digitalmediaandpopularizationofInternetinbringsusinnovationopportunitiesatthesametimealsoputsforwardmanychallengingproblems.Thecopyrightprotectionofdigitalmediaandinformationcontentmonitoring,digitalsecuritycommunicationproblempromptedinformationsecurityforthedevelopmentofnewconcepts,characteristicsofinformationhidingdisguise,andbecomethestealthcommunicationanddigitalmediaisaneffectivemeansofprotection,quicklybecomeinternationalhotspot.

Thisthesismainlythenewdirectionofinformationsecurity,informationhidingindigitalmediaprotectionandstealthcommunicationtheoriesandmethodsofthestudy,whichwasappliedtosolveinformationhidingintheprocessofdigitalproductscopyrightprotection,secrethiddeninformationtransmissiontheoryandmethodoftheproblem・Themainresearchcontentsincludethedigitalproductscopyrightprotectionsystem,robust,digitalwatermarkingmethodofperformanceevaluationandhiddeninformationsecretsystemsecurityagainstthemaskmaskanalysisfromfouraspectssecret.Thecopyrightprotectionofdigitalproductsintheaspectsofsystem.Thispaper,throughstudyingtheworksofdigitalnetworkmarketingchannelsandtherightsandinterests,thispaperanalyzestherelationshipmanagement,copyrightandotherintellectualpropertyinstitution,supervisiondepartment,designbasedonthedigitalwatermarkingtechniqueofthedigitalproductscopyrightprotectionsystemmodel.Inthedigitalwatermarkingsystem,thispaperputsforwardthepartbasedonlocalstatisticsoftheembeddedwatermarkingrobustnessbasedontheminimumerrorratemodelandthewatermarkdetectionmodel,andthetheoreticalderivation.Accordingtothismodel,thepaperprintscanningimagewatermarkingsystemandmethodbasedonobjectandtheblindwatermarkingmethod・Experimentalresultsshowthattheproposedmethodfordetectionoftheoriginalimage,withouttherobustnessagainstthecharacteristics.Informationhidingintheperformanceevaluation,thestudyofpeakvaluesignal-to-noiseratio,weightedpeakvaluesignakto-noiseratioofpredecessors1perceptionofsuchperformanceevaluationcriteria,pointedouttheperformanceevaluationforinformationhidingfromvisualcharacteristicscansimply,putforwardthehiddeninformationfromdatacharacteristicsandperception,combiningwithlocalcharacteristicstoinvestigatethechangeofideologydistortionerror,andthenputforwardbasedonlocalstatisticsdistributionandvisualerrormethodtoevaluatethemaskofinformationhidingmethods.

Keywords:

Informationsafety,Informationhiding;

Digitalwatermark

摘要II

Abstract〔英文摘要〕III

第1章信息隐藏的概念与原理1

1」概述1

1.2信息隐藏的根本模式1

1.3信息隐藏的特点2

1.4信息隐藏的分类2

第2章信息隐藏的关键技术5

2」空域法5

2.2变换域法5

第3章信息隐藏技术的应用7

3.1数字水印技术的应用7

3.2隐藏通信技术在网络通信技术中的应用9

参考文献12

致谢错误!

未定义书签。

第1章信息隐藏的概念与原理

—概述

随着计算机网络信息化的快速开展，因特网发布的作品、重要信息和进行的网络贸易等正被人们广泛应用；

同时各种机密信息，包括国家平安信息、军事信息、私密信息〔如信用卡账号〕等都需要通过网络进行传输，而互联网是一个开放的环境，在其上传输的秘密关系着国家平安、经济开展和个人稳私等方方面面的平安，从而使得数据的平安保护问题日益突出。

无论是传统的密钥系统还是现行的公钥系统，根本上都以密码学理论为根底，通过控制文件的存取，加密被保护文件成密文形式来防止非法用户解读；

但是随着计算机处理能力的快速提高，往往需要不断增加密钥长度来提高系统密级，于是这些方法难以令人感到平安。

基于现实情况，数据隐藏技术越来越受到人们的重视，正日益成为隐蔽通信和知识产权保护等的主要手段，越来越多地得到广泛的应用与研究。

信息隐藏是一个崭新的研究领域，横跨数字信号处理、图像处理、语音处理、模式识别、数字通信、多媒体技术、密码学等多个学科。

它把一个有意义的信息〔如含有版权信息的图像〕通过某种嵌人算法隐藏到载体信息中，从而得到隐秘载体，非法者不知道这个载体信息中是否隐藏了其他的信息，即使知道，也难以提取或去除隐藏的信息。

信息隐藏的载体通过信息通道到达接收方后，接收方通过检测器利用密钥从中恢复或检测出隐藏的秘密信息。

通常信息隐藏的载体可以是文字、图像、声音及视频等。

1.2信息隐藏的根本模式

井#?

8

信息隐藏技术主要内容包括信息嵌入算法和提取算法。

嵌入对象：

信息隐藏嵌入过程的输人内容之一，指需要隐藏在其他载体中的对象。

嵌入对象将在信息提取过程中被恢复出来，但是山于隐藏对象在传输过程中有可能受到隐藏分析者的攻击，提取过程通常只能正确恢复原始信息嵌入对象的一局部。

掩体对象：

指用于隐蔽被嵌人信息的载体，在一些信息隐藏系统的提取过程中也需要掩体信息的参与

隐藏对象：

嵌入过程的输出内容，指将被嵌入对象隐藏在掩体对象中之后得出的结果。

隐藏对象应该与掩体对象具有相同的形式，并且为了到达不引人注U的效果，还要求二者之间差异是不可感知的。

密钥：

指在信息隐藏过程中可能需要附加的秘密资料。

1.3信息隐藏的特点

信息隐藏不同于传统的加密，因为其LI的不在于限制正常的资料存取，而在于保证隐藏资料不被侵犯和发现。

另外，山于信息隐藏必须考虑隐藏的信息在经历各种环境、操作之后，仍具有免遭破坏的能力。

从信息隐藏的目的和技术要求角度分析，该技术存在以下特性。

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，否那么便失去了隐藏的意义。

不可测性：

指对非法者来说，要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提取的。

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。

如，多媒体数据作有损压缩时，或信息在传输过程中受到噪声干扰、滤涉及可能的人为破坏时，嵌入的信息能始终保持其完整性。

稳定性：

指隐藏信息能“永久〞存在，并在一定的条件下可以提取。

平安性：

指第三方在不知道隐藏算法和密钥时，均不能获得秘密信息。

1.4信息隐藏的分类

信息隐藏的方法主要有隐写术、数字水印、可视密码、潜信道、隐匿协议等。

（1）隐写术（Steganography）

信息隐藏中一个重要的子学科是隐写术。

不同于密码学中对信息内容的保护，隐写术着眼于隐藏信息本身的存在。

一般指那些进行秘密通信的技术总称，通常把秘密信息嵌入或隐藏在一些不受疑心的数据中。

隐蔽的方法通常依赖第三方不知道隐蔽通信的不存在为假设，而且主要用于互相信任的双方的点到点秘密通信。

因此，隐写术一般无鲁棒性。

例如：

在隐藏信息被改动后不能被恢复。

信息隐秘之基于语义的隐秘技术，如我国古代的藏头诗也可以说是信息隐藏的一种应用。

基于技术的隐藏技术，如不可见墨水已被广泛使用。

最初这种墨水是山随处可见的有机物〔诸如牛奶或尿〕或“将盐洛解于水中〞制成的，并且通过加热来显影。

化学的进步和笫一次世界大战促进人们开发出更多先进的墨水和显影剂的化合物，但随着

“万用显影剂〞的创造，这项技术就被放弃不用了。

“万用显影剂〞的原理是根据纤维外表的效果来确定纸张的哪一局部被墨水加湿过。

这导致了印刷品平安领域开发更加成熟的面向应用的信息隐藏和标记技术。

纸币中的水印是一项非常古老的防伪技术，最近该项技术有更多的改良，其中包括在印刷旅行支票时使用特殊紫外线荧光墨水。

山于在影印机里使用的灯有很高的紫外线成分，影印机能通过编排这些灯使印出来的影印品用大字母套印上“void〞字样。

〔2〕数字水印〔DigitalWatermark〕

信息隐藏的一个重要分支是数字水印，数字水印是将一些标识信息〔即数字水印〕直接嵌入数字载体〔包括多媒体、文档、软件等〕、勺中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统〔如视觉或听觉系统〕觉察或注意到。

U前主要有两类数字水印,一类是空间数字水印，另一类是频率数字水印。

空间数字水印的典型代表是最低有效位〔LSB〕算法，其原理是通过修改表示数字图像的颜色或颜色分量的位平面，调整数字图像中感知不重要的像素来表达水印的信息，以到达嵌入水印的U的。

频率数字水印的典型代表是扩展频谱算法，其原理是通过时频分析,根据扩展频谱特性，在数字图像的频率域上选择那些对视觉最敬感的局部，使修改后的系数隐含数字水印的信息。

数字水印的插入过程和检测过程如图2。

图2数字水印检测过程

作为数字水印技术根本上具有下面儿个方面的特点:

数字水印的信息应是平安的，难以篡改或伪造，同时，应当有较低的误检测率，当原内容发生变化时，数字水印应当发生变化，从而可以检测原始数据的变更；

当然数字水印同样对重复添加有很强的抵抗性

隐蔽性：

数字水印应是不可知觉的，而且应不影响被保护数据的正常使用；

不会降质；

是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持局部完整性并能被准确鉴别。

可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数/模与模/数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。

主要用于版权保护的数字水印易损水印（FragileWatermarking）,主要用于完整性保护，这种水印同样是在内容数据中嵌入不可见的信息。

当内容发生改变时，这些水印信息会发生相应的改变，从而可以鉴定原始数据是否被篡改。

水印容量：

是指载体在不发生形变的前提下可嵌入的水印信息量。

嵌入的水印信息必须足以表示多媒体内容的创立者或所有者的标志信息，或购置者的序列号，这样有利于解决版权纠纷，保护数字产权合法拥有者的利益。

尤其是隐蔽通信领域的特殊性，对水印的容量需求很大。

（3）可视密码技术

可视密码技术是Naor和Shamir于1994年首次提出的，其主要特点是恢复秘密图像时不需要任何复杂的密码学讣算，而是以人的视觉即可将秘密图像区分出来。

其做法是产生n张不具有任何意义的胶片，任取其中t张胶片叠合在一起即可复原出隐藏在其中的秘密信息。

其后，人们乂对该方案进行了改良和开展。

主要的改良方法方法有：

使产生的n张胶片都有一定的意义，这样做更具有迷惑性;

改良了相关集合的造方法;

将针对黑口图像的可视秘密共享扩展到基于灰度和彩色图像的可视秘密共享。

（4）潜信道

乂称阈下信道，阈下信道的概念是GustavusJSimmons于1978年在美国圣地亚国家实验室（SandiaNationalLabs）提出的，之后乂做了大量的研究工作。

阈下信道是指在公开（Overt）信道中所建立的一种实现隐蔽通信的信道，这是一种隐蔽（Covert）的信道。

绝大多数数字签名方案都可包含阈下信道的通信，其最大特点是阈下信息包含于数字签名之中，但对数字签名和验证的过程无任何影响，这正是其隐蔽性所在。

阈下信道在国家平安方面的应用价值很大。

如果采用全球性标准，那么世界上任何地方的用户检查点都能即时检查出数字证件上的信息完整性，并能确定持证人是否合法持证人。

第2章信息隐藏的关键技术

2.1空域法

在空间域实现信息隐藏多采用替换方法。

目前比拟常用的替换方法有:

最不重要位替换（LSB）、伪随机置换、基于图像亮度的信息隐藏等等。

LSB算法的核心是选取像素点的最不重要位依次替换成秘密信息。

嵌入时先选择图像载体像素点的子集，然后把载体的LSB与秘密信息进行交换.提取时先找出被选择载体图像的像素序列，将LSB排列起来盪构秘密信息。

可以顺序选取图像载体像素隐藏于LSB,但这种顺序选取像素点进行信息隐藏的方法，会造成图像各局部统计特征的不一致，从而导致严重的平安问题。

为解决这个问题，可釆用随机间隔选取像素序列的法。

2.2变换域法

变换域的信息隐藏具有更好的稳健性。

LI前•有许多变换域的隐藏方法，其中一种方法是使用离散余弦变换（DCT）作为手段在图像中嵌入信息。

在DCT域中隐藏信息，能有效抵抗JPGE有损压缩。

先把图像分成8x8的像素块,进行DCT变换，将得到的8x8的DCT系数从低频到高频按照Z字形次序排列，左上角局部为直流和低频，右下角局部为高频。

高频局部经有损压缩或滤波等处理易被去掉，中低频局部包含了图像的大局部能量，是人的视觉最重要的信息局部，一般图像的压缩和处理为保住图像的可视性，都保存图像的中低频局部。

为了将隐藏的信息与载体图像的视觉重要局部绑定，一般都将信息嵌入载体的中频局部，以到达即不引起视觉变化，又不会被轻易破坏的目的。

另一种是使用小波变换（DWT）o根本原理是将一幅图像分解为高、低频局部，低频可再次被分解为高频和低频。

低频的这种分解方式，分解的次数根据具体应用决定,分解的次数也可叫做分解尺度.一般认为，将要隐藏的信息嵌入低频会有较高的稳健性，但由于低频较少，嵌入信息有限，这就造成了稳健性与隐藏容量的矛盾。

一种改进的设想是将信息隐藏入高尺度分解下的高频，这些局部仍是某一尺度下的低频，信息藏在这些区域不影响稳健性；

并且将信息藏在这些区域，不可见性会比单纯隐藏在低频更好，还会扩大隐藏信息的容量。

2.3信道隐藏

利用信道的一些固有特性进行信息隐藏，主要包括在网络模型中的信息隐藏和扩频信息隐藏。

网络模型中的信息隐藏是指利用网络的控制信号或通信协议等媒介中的一些固定空闲位置或信号进行秘密信息的传送，以到达信息隐藏的口的。

扩频（SS）通信技术提供了一种低检测概率抗干扰的通信手段，它使检测和去除信号变得困难，因而基于扩频技术的嵌入技术具有相当强的鲁棒性。

第3章信息隐藏技术的应用

3.1数字水印技术的应用

随着数字水印技术的开展，数字水印的应用领域也得到了扩展，数字水印的根本应用领域是版权保护、隐藏标识、认证和平安不可见通信。

当数字水印应用于版权保护时，潜在的应用市场在于电子商务、在线或离线地分发多媒体内容以及大规模的播送效劳。

数字水印用于隐藏标识时，可在医学、制图、数字成像、数字图像监控、多媒体索引和基于内容的检索等领域得到应用。

数字水印的认证方面主要ID卡、信用卡、ATM卡等上面数字水印的平安不可见通信将在国防和情报部门得到广泛的应用。

多媒体技术的飞速开展和Internet的普及带来了一系列政治、经济、军事和文化问题，产生了许多新的研究热点，以下儿个引起普遍关注的问题构成了数字水印的研究背景。

〔1〕.数字作品的知识产权保护

数字作品〔如电脑美术、扫描图像、数字音乐、视频、三维动画〕的版权保护是当前的热点问题。

由于数字作品的拷贝、修改非常容易，而且可以做到与原作完全相同，所以原创者不得不采用一些严重损害作品质量的方法来加上版权标志，而这种明显可见的标志很容易被篡改。

“数字水印〞利用数据隐藏原理使版权标志不可见或不可听，既不损害原作品，乂到达了版权保护的LI的。

□前，用于版权保护的数字水印技术已经进入了初步实用化阶段，IBM公司在其“数字图书馆〞软件中就提供了数字水印功能，Adobe公司也在其著名的Photoshop软件中集成了Digimarc公司的数字水印插件。

然而实事求是地说，LI前•市场上的数字水印产品在技术上还不成熟，很容易被破坏或破解，距离真正的实用还有很长的路要走。

〔2〕.商务交易中的票据防伪

随着高质量图像输入输出设备的开展，特别是精度超过1200dpi的彩色喷墨、激光打印机和高精度彩色复印机的出现，使得货币、支票以及其他票据的伪造变得更加容易。

另一方面，在从传统商务向电子商务转化的过程中，会出现大量过度性的电子文件，如各种纸质票据的扫描图像等。

即使在网络平安技术成熟以后，各种电子票据也还需要一些非密码的认证方式。

数字水印技术可以为各种票据提供不可见的认证标志，从而大大增加了伪造的难度。

〔3〕.证件真伪鉴别

信息隐藏技术可以应用的范围很广，作为证件来讲，每个人需要不只一个证件，证明个人身份的有：

身份证、护照、驾驶证、出入证等；

证明某种能力的有：

各种学历证书、资格证书等。

国内忖前在证件防伪领域面临巨大的商机，山于缺少有效的措施，使得'

'

造假〞、“买假〞、“用假〞成风，已经严重地干扰了正常的经济秩序，对国家的形像也有不良影响。

通过水印技术可以确认该证件的真伪，使得该证件无法仿制和复制。

〔4〕.声像数据的隐藏标识和篡改提示

数据的标识信息往往比数据本身更具有保密价值，如遥感图像的拍摄日期、经/纬度等。

没有标识信息的数据有时其至无法使用，但直接将这些車要信息标记在原始文件上乂很危险。

数字水印技术提供了一种隐藏标识的方法，标识信息在原始文件上是看不到的，只有通过特殊的阅读程序才可以读取。

这种方法已经被国外一些公开的遥感图像数据库所采用。

此外，数据的篡改提