基于DCT的文本信息隐藏设计.docx

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基于DCT的文本信息隐藏设计

基于DCT的文本信息隐藏设计

信息技术的飞速发展推动着人类社会步入信息化时代，人们认识世界、了解事物、交换信息的方式也越来越多，从最初的文字，声音等表达方式到通过光、声、电等信号方式更加准确、便捷的传输信息，这些都为信息的传播和利用提供了极大的便利，但是这也使得人们面临着信息安全问题的巨大挑战。

如何保证信息安全的传输，成为了人们面临的一个重要问题。

传统的方法是对消息进行加密，但是随着计算机技术的发展，人们对加密算法进行破译已经不再是不可能的事情，因此，寻找解决信息安全传输问题的方案已经是信息时代人们面临的重要问题之一。

信息隐藏技术提供了解决这一问题的方案。

本文简要的介绍了信息隐藏技术的概念、特点、方法、意义以及发展历史等。

并且运用Matlab进行编程，做了一个基于离散余弦变换（DCT）的文本信息隐藏设计，它主要包括了文本信息的隐藏和提取。

在嵌入秘密信息的过程中将DCT系数分块，结合图像的特性进行分类然后得到秘密信息嵌入的位置。

最后通过这个设计讨论了信息隐藏技术中的系数和性能。

第一章绪论

网络的推广和普及给人们的生活带来了极大的便利，多媒体信息的传输更加的快捷，人们获得各种数字化的产品，但是人们在享受着这些便利的同时，也对信息传递时的安全性提出了更高的要求，如何去保证信息在安全传递的同时又不会别窃取和篡改等等的攻击已经成为现代网络技术发展所需要解决的重要问题。

最常见也是最古老的方法就是加密，但是随着各项相关技术的发展，人们已经可以破译了，所以说传统的加密方法已经不能满足人们对信息化的要求了，就在人们寻找新的方法时，信息隐藏技术出现了，成为解决这一问题的重要方法。

1.1信息隐藏技术的研究背景

二十世纪就是年代，网络和通信技术飞速发展，世界各地的信息传递变得更加的便捷和频繁。

多媒体技术的应用和各种信息处理技术的发展，使得人们的生活和数字时代紧密的结合在一起。

特别是在互联网技术的发展和普及以后，图像、视频、语音以及数字产品的制作、发布和共享都变得十分的常见。

他们被广泛的应用在人们的生活之中，并且在经济、文化、政治、军事等方面都发挥了十分重要的作用。

现在是一个全球信息网络化和经济一体化的时代，只有掌握了足够多的信息才能运筹帷幄。

但是在这个开放的网络体系下，存在着很多的安全隐患，例如，如何有效的保护互联网上用户的个人信息等问题。

因此，人们在享受信息全球化便利的同时，还要考虑如何去保护企业、政府、军队等的机密文件的安全问题。

信息的全球化和信息安全之间的矛盾日益的突出，引发了人们对于网络安全问题的深思。

以前人们通过加密的机制保护信息，但是加密数据时利用的不可见性暴露了秘密信息的存在，而且随着计算机技术的飞速发展，加密的机制在计算机超强的计算能力下也逐渐暴露出了它的缺陷。

这使得传统的加密机制不能满足人们的使用要求，它的安全问题变得日益的突出[]。

信息隐藏技术作为一种解决网络信息安全问题的方案受到了信息安全界人士的广泛关注。

信息隐藏技术，即将秘密信息隐藏在公开的非秘密数字载体之中进行传递，观察者或者检测系统无法观察到它的存在，载体可以是图像、语音或者视频文件等等。

信息隐藏技术利用了图像、语音等载体的数据冗余特性以及人类的知觉器官的不敏感性，将秘密信息以一定的编码、调制或者加密方式隐藏在数字载体中[]。

由于含有隐藏信息的媒体是公开的，而可能的检测者难以从公开的众多信息中判断隐藏信息是否存在，很难截获隐藏信息，从而保证了信息的安全。

现在信息隐藏技术已经被应用到了许多的领域，例如医疗、军事等方面。

信息隐藏技术是一种新型的信息安全技术，它把一个有意义的信息隐藏到载体信息中得到含有秘密信息的载体，非法获得者不知道这个看似普通的载体中是否隐藏了其他的信息，而且即使知道也难以提取或者去除隐藏的信息。

1.2信息隐藏的发展历程

信息隐藏技术是一项古老的技术，可以说有了人类文明开始，人类就有保护秘密信息的想法。

古代的时候人们用暗语或者暗号，这都可以被认为是信息隐藏的一种形式。

十七世纪中叶的时候，出现了密码学和隐写术这两个词，他们都来自与希腊语。

密码学可以理解为是将信息隐藏于其他的信息之中。

隐写术是一门非常古老的艺术，它把秘密消息嵌入在看似普通的信息之中进行传送，来阻止第三方检测到信息。

古代有很多信息隐藏的典故，例如公元前440年有一个叫Histaieus的奴隶用头发掩盖叛乱信息，以及十七世纪的无形墨水，19世纪的微缩胶片这都证明人们一直想将信息隐藏起来。

我国古代的藏头诗也是信息隐藏的一个应用。

例如在我国四大名著中的《水浒传》第61回中，吴用诱使卢俊义将离合诗提于墙上，使卢俊义遭到官府迫害逼上梁山。

他所提的诗如下[]：

卢花潭上有扁舟，

俊杰黄昏独自游。

义到尽头原有命，

反弓逃难必无忧。

把每一句诗的第一个字连起来就是“卢俊义反”。

古典的信息隐藏可以归结为：

把保密信息放在一个指定的位置，然后填一些其他无关的信息，让它表现出和真实信息看起来没有任何关系的形式，从而达到迷惑他人的目的，这也就是现代信息隐藏技术的前身。

而现在随着计算机技术、信息处理技术以及因特网技术的发展，对信息安全也提出了新的更高的要求。

相关技术的不断发展，已经使得信息隐藏技术逐渐成了一门独立的学科，它的研究范围也不断的在扩大，影响力也逐渐的在提升。

现在信息隐藏技术作为一个广泛应用的研究课题，横跨了多媒体技术、图像信息处理、密码学、模拟识别等多个学科领域，吸引了众多的学者投入到这项课题的研究中[]。

1.3信息隐藏技术国内外研究现状

信息时代的到来使得越来越多的学者投身到对信息隐藏技术的研究之中。

1996年5月，国际上在剑桥大学召开了第一届信息隐藏研讨会，吸引了许多的学术组织。

这次会议主要对信息隐藏的学科分支和部分的英文术语进行了规范和统一，推动了信息隐藏技术和理论的研究，它的成功举办标志着信息隐藏学的正式诞生。

在此后的几年里，陆陆续续的召开了多次会议。

1998年在美国的波特兰召开了第二届信息隐藏研讨会，1999年在德国召开了第三次信息隐藏研讨会。

研究的内容逐渐由空域信息的隐藏转向频率域的信息隐藏，从以数字水印为主的研究逐渐转向数据压缩等全面的理论和应用研究。

1999年12月，我国顺利的召开了第一届全国信息隐藏学术研讨会，这次大会的召开引起了多所研究机构、大学以及安全部门等等的密切关注。

2000年召开了全国第二届信息隐藏学术研讨会，2001年召开了全国第三届信息隐藏学术研讨会。

另外，在2000年国家863计划智能计算机专家组，北京邮电大学信息安全中心和中国科学院自动化研究所一起成功的举办了数字水印技术研讨会，给国内研究信息隐藏技术的工作者提供了很好的交流机会[]。

现在信息隐藏技术已经发展成为了一个多领域、多学科、多技术交叉的课题，对它的研究存在着很大的科学、学术和商业价值，但是这项技术还存在着很多难点，还没有形成完整的理论体系，虽然说现阶段的信息隐藏技术已经取得了一定的成果，但是相对于信息隐藏技术总体来说，研究还处于初步阶段，还有很多问题有需要解决。

但是随着对这项技术的深入研究，它的潜在价值会慢慢的体现出来，尤其是在数字水印和隐秘通信等方面，它都是密码技术所无法替代的。

1.4本文组织结构

本文分为五章，下面对每一张的内容进行简要的介绍。

第一章绪论主要是介绍目前信息隐藏技术的研究背景、意义和国内外现状，并且简要的介绍了一下本文所作的具体工作。

第二章是信息隐藏技术的综述，简单的介绍了信息隐藏技术的概念、分类、特点和应用的领域以及应用时的要求。

第三章介绍了离散余弦变换的原理，以及离散余弦变换在信息隐藏技术方面的应用。

第四章进行了基于DCT的文本信息隐藏的设计，并且展示了设计的最后结果。

第五章对这个设计的性能以及一些参数进行分析，说明了设计中的一些不足。

第二章信息隐藏技术

2.1信息隐藏的基本概念及基本原理

信息隐藏的实现主要来自于多媒体数据的数据冗余，从听觉、视觉科学和信号处理的角度来看，信息隐藏可以看作是在强背景下叠加一个弱信号的信息，即将秘密信息伪装隐藏在公开的数字载体之中。

秘密信息可以是文字、密码、声音或图像，而数字载体可以是任意的文本、数字图像、音频和视频文件等等。

信息隐藏技术是现代信息技术条件下一种更有效更可靠的信息安全技术[]。

信息隐藏技术的原理如图2-1所示[]。

图2-1信息隐藏的原理框图

为了提高隐藏信息的安全性以及可靠性，秘密信息在隐藏前一般都要经过预处理，例如加密、加扰、置乱等。

在这个过程之中，隐藏算法以及相应的提取算法和密钥控制着整个隐藏的过程，这使得检测和提取过程仅有知道算法和密钥的人知道。

图像是一种常见的媒体形式之一，由于图像具有较大的数据冗余性，人眼也具有一定的视觉冗余性，利用这些特征可以有效地进行秘密信息的隐藏。

信息隐藏算法的实现可以有两种方法：

空域方法和变换域方法[]。

2.2信息隐藏的分类

随着信息隐藏技术的发展，信息隐藏已经逐渐的成为一门独立的学科，它的研究范围在不断的扩大，根据不同的分类原则它主要有以下几类：

（1）按密钥分类若嵌入和提取信息时采用相同的密钥，则称其为对称隐藏算法，否则称为公钥隐藏算法；

（2）按载体类型分类基于文本、图像、声音以及视频的信息隐藏技术；

（3）按嵌入域分类可分为空域法和变换域法。

空域法也就是替换方法，就是使用待隐藏的信息来替换载体信息中冗余的部分，变换域的方法是把待隐藏信息嵌入到载体的变换空间中；

（4）按提取要求分类盲隐藏和非盲隐藏。

盲隐藏是指提取隐藏信息时不需要利用原始载体，否则为非盲隐藏。

显然使用原始的数据使得检测和提取信息更加的便利，但是在数据监控、跟踪或者其他的场合，我们是很难获得原始的载体的。

因此现在主要采用的是盲隐藏技术；

（5）按保护对象分类隐写术和水印技术。

隐写术主要用在保密通信中，它要保护的是被隐藏的信息，水印技术主要是用在版权保护和真伪鉴别等方面，它最终保护的是载体。

图2-2信息隐藏技术的分类

图2-2列出了信息隐藏技术的具体分类[]。

随着信息隐藏技术的发展，它的应用领域也越来越大，根据应用领域的不同，大致可分为隐蔽信道、信息伪装、匿名通信和版权标识。

2.3信息隐藏的特点

通常一个典型的信息隐藏系统的设计要依据它不同的应用目的来实现不同的特点，考虑到不同的应用需求，设计时要考虑到它不同的特征。

信息隐藏具有许多特征，具体如下[]：

（1）不可感知性它是信息隐藏系统中最重要的要求，也是必要条件。

它指的是嵌入的秘密信息不能使载体介质的品质发生变化，不能影响到载体介质的使用价值，就是说隐藏有秘密信息的载体与原载体在人类感觉系统下是不能区分出来的；

（2）不可检测性人们在使用信息隐藏技术来进行秘密通信时，即使嵌入的秘密信息人类的感觉系统没有察觉到，但是并不代表计算机也没有分析出来。

这是因为介质之间存在着相关的性质，当嵌入行为发生以后，就更改了这些特性，就有可能在通信的过程中暴露出来秘密通信的行为，这就要求嵌入秘密信息时尽量保持原始介质所具有的那些特性，即使被攻击者非法拦截到信息，也不能判断出是否藏有秘密信息。

（3）安全性嵌入信息以后必须有某种程度的相关信息才能够提取出来原来嵌入的秘密信息。

信息隐藏系统的安全性，一定要建立在代表嵌入位置的嵌入密钥上。

嵌入密钥是随机数发生器的种子，会产生一串随机数，然后结合信息隐藏算法嵌入秘密信息。

所以从隐藏信息的介质中提取秘密信息时，也必须有相同的嵌入密钥才能使信息恢复，其他人无法感知到隐藏的秘密信息的存在，或者即使知道隐藏信息的存在，但是没有正确的密钥也不能将秘密信息提取出来。

与此同时，我们也要让隐藏的秘密信息的位置安全，秘密信息隐藏在介质的数据中，不可以让数据丢失或者破坏，所以设计信息隐藏系统的时候，嵌入密钥的产生、存储以及管理都要综合的考虑。

（4）鲁棒性它是指嵌入水印后的载体信息，经过多重信号处理过程后，数字水印依然能够保持完