wav音频LSB隐藏算法的隐写分析技术.docx

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wav音频LSB隐藏算法的隐写分析技术

wav音频LSB隐藏算法的隐写分析技术

陈铭;张茹;钮心忻;杨义先

【摘要】分析了wav音频中最低有效位（LSB）替换的嵌入机制,构造了wav音频采样点值在LSB替换中形成的值对转移概率模型,依据构造的概率模型分析了卡方检测、SPA算法和DIH算法在wav音频中检测LSB算法的可行性.实验表明,以上3种算法可对基于8比特和16比特wav音频的LSB替换进行有效检测,且对此两种编码方式,当嵌入率分别高于3%和20%时,对载密音频判决的正确率可达100%.

【期刊名称】《计算机工程》

【年（卷）,期】2008（034）004

【总页数】3页（P151-153）

【关键词】信息隐藏;隐写分析;卡方检测;SPA算法;DIH算法

【作者】陈铭;张茹;钮心忻;杨义先

【作者单位】北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室信息安全中心,北京,100876;北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室信息安全中心,北京,100876;北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室信息安全中心,北京,100876;北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室信息安全中心,北京,100876

【正文语种】中文

【中图分类】工业技术

第34卷Vol.34第4期No．4计算机工程ComputerEngineering2008年2月February2008·安全技术·文章编号：

1000-3428《2008104-0151-03文lt标识码：

A中图分类号：

TP391wav音频LSB隐藏算法的隐写分析技术陈铭，张茹，钮e忻，扬义先（北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室信息安全中心，北京100876）摘要：

分析了wa\音频中最低有效位（LSB）替换的嵌入机制，构造了wav音频采样点值在LSB替换中形成的值对转移概率模型，依据构造的概率模型分析了卡方检测、SPA算法和DIH算法在wav音频中检测LSB算法的可行性。

实验表明，以上3种算法可对基于8比特和16比特wav音频的LSB替换进行有效检测，EL对此两种编码方式，当嵌入率分别高于3%和20%时，对载密音频判决的正确率可达l（）（）%。

关健词：

信息隐藏；隐写分析；卡方检测；SPA算法；DIH算法SteganalysisofLSBSteganographyinwavAudioCHENMing,ZHANGRu,NIUXin-xin,YANGYi-xianIJiforimUionSecurityCenter.StateKeyLaboratoryofNetworkingandSwitchingTechnolog}JBeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijingl00876）（AbstractJThispaperanalysestheLeastSignificantBit（LSB）embeddingschemeinwavaudioandconstructstheprobabilitymodelofswitchrulebeiweenwavaudio'ssamplevalues.Basedontheprobabilitymodel,itanalysesthefeasibilityofusingChi-squaredetection,SamplePairsAnalysistSP.A）algorirhinandDiff'erenrialImageHistogram（DIH）algorithmtodetectLSB\teganographyinwavaudio.ExperimentalresultsshowthatthethreealgorithmscandetectLSBsteganographyin8-bitandJ6-bitcodedwavaudioeffectively.Whentheembeddingratioofthistwocodingmannerisabove3%and20c/erespectively,thecorrectrateofstego-audio'sjudgmentscanreach100%.（Keywordslinformationhiding:

steganalysis:

Chi-squaredetection:

SamplePairsAnalysis（SPA）algorithm;DifferentialImageHistogram（DIH）algorithm最低有效位（LSB）算法是出现较早的一种信息隐藏方法，以秘密信息去替换载体对象的LSB，具有算法简单、易于实现和嵌入容量大等优点。

由于LSB算法的广泛应用，如何对其进行可靠检测也就成为隐写分析技术的重要课题。

目前针对LSB替换的隐写分析方法主要有文献【l】提出的卡方检测法，文献I2]提出的RS（Regular＆Singular）算法，文献【3-4]提出的SPA（SamplePairsAnalysis）算法和文献【5]提出的DIH（DifferentialImageHistogram）算法。

l检测算法原理I.I卡方检测LSB替换会产生相互转换的像素值对：

OH1，2H

3．…，254H255，这意味着构成值对的像素值数目将趋于一致，卡方检测构造了一个卡方统计量来测试图像是否存在这种统计特征：

‘（，If一，f，）-幺．=y（l）f=l，？

其中，”，=c：

，，”．=鱼{导丝；c-：

，表示灰度值为2i的像素数n”，2”t的概率为，El一了I÷i‘专P—i』等1出，P值表示图像嵌入信息的概率，进行连续的卡方检测，依据p的变化可估计出隐藏信息的长度。

卡方检测对顺序LSB替换有效，但对于随机位置LSB替换无效。

1.2SPA算法SPA算法把图像像素分为3个基本集X，y，Z：

X={（“．r）I（“．1’）∈P．j，<1’且1’为偶数或“>v且I为奇数=；y={（“，州（u．'’）（P．ff>1，且、’为偶数或f，<'-且l，为奇数=；Z={（“，I，）I（I，1’）∈Jp．1f-、’l。

基本集Y又分为w和v：

W=（（u.、．）I（“．1，）∈P，“=2“I．'．=2t或u=2k，、=2k+l}；I，='’一lI，。

该算法作了一个关键假设：

IXI=I'，I，当图像嵌入信息以后，IXI与IYl将发生偏离，这是SPA算法的基础。

LSB替换使像素对在基本集之间相互转换，从而改变基本集的势，SPA算法将基本集势的改变拟合为一个关于嵌入率的二次方程，以方程的根作为嵌入率的估计，对顺序嵌入和随机位置嵌入均有效。

1.3DIH算法图像的差分直方图分布可用广义高斯模型拟合，嵌入信息后模型中的形状冈子会随着嵌入信息长度的增加而增大，并且LSB置零或置反后差分直方图将发生明显的变化，而嵌入信息后的差分直方图却几乎没有改变，这是DIH算法的基础。

该算法定义ai.j为原始图像与LSB置零和置反后的差分直方图之间的转换系数：

h2i=f2i=a2i.,ig2ih:

i+i=a2i.2i+i92i+a_i+ui+192i+2f2i+l=a2i.-,i_192i+a'i+_.:

1+392i+

（2）（3）（4）基金项目：

国家自然科学基金资助项目（9060402-1，60473016j；北京市自然科学基金资助项日f4062025）作者筒介：

陈铭（1979-），男，博士研究生，主研方向：

信息隐藏，隐写分析；张茹，副教授、博士；钮心忻，教授、博士、博上生导师；杨义先，教授、长江学者特聘教授、博士生导师收稿日期：

2007-03-13E-mail:

ch.dam1022@-151-第34卷Vol.344期No．4计算机工程Computer年2月February·安全技术·文章编号：

1000-3428《2008104-0151-03陈铭，张茹，钮e忻，扬义先要：

分析了wa\音频中最低有效位（LSB）替换的嵌入机制，构造了wav音频采样点值在LSB替换中形成的值对转移概率模型，依据构造的概率模型分析了卡方检测、SPA算法和DIH算法在wav音频中检测LSB算法的可行性。

实验表明，以上3种算法可对基于8比特和16比特wavSteganalysisofLSBSteganographyinwavAudioCHENMing,ZHANGRu,NIUXin-xin,YANGYi-xianIJiforimUionSecurityCenter.StateKeyLaboratoryofNetworkingandSwitchingTechnolog}JBeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijingl00876）AbstractJThispaperanalysestheLeastSignificantBit（LSB）embeddingschemeinwavaudioandconstructstheprobabilitymodelofswitchrulebeiweenaudio'ssamplevalues.Basedontheprobabilitymodel,itanalysesthefeasibilityofusingChi-squaredetection,SamplePairsAnalysisSP.A）algorirhinandDiff'erenrialImageHistogram（DIH）algorithmtodetectLSB\teganographyinwavaudio.ExperimentalresultsshowthatthethreealgorithmscandetectLSBsteganographyin8-bitandJ6-bitcodedwavaudioeffectively.Whentheembeddingratioofthistwocodingmannerisabove3%and20c/erespectively,thecorrectrateofstego-audio'sjudgmentscanreach100%.（Keywordslinformationhiding:

steganalysis:

Chi-squaredetection:

SamplePairsAnalysis（SPA）algorithm;DifferentialImageHistogram（DIH）最低有效位（LSB）算法是出现较早的一种信息隐藏方法，以秘密信息去替换载体对象的LSB，具有算法简单、易于实现和嵌入容量大等优点。

由于LSB算法的广泛应用，如何对其进行可靠检测也就成为隐写分析技术的重要课题。

目前针对出的SPA（SamplePairsAnalysis）算法和文献【5]提出的DIH（Differenti