wav音频LSB隐藏算法的隐写分析技术.docx

1、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

2、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No4 计算 机 工 程Computer Engineering 2008 年 2 月February 2008 安全技术 文章编号：

3、1000-3428 2008104-0151-03文lt标识码： A中图分类号： TP391 wav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

4、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 Steganalysisof LSBSteganographyin wavAudio CHENMing, ZHANGRu,NIUXin-xin,YANGYi-xian IJiforimUionSecurity Center.State KeyLaboratoryof Networkingand SwitchingTechnologJ BeijingUniversityof Posts a

5、ndTelecommunications,Beijingl00876) ( AbstractJThispaper analysesthe LeastSignificant Bit(LSB)embeddingschemein wavaudio andconstructsthe probability modelof switch rule beiweenwavaudiossamplevalues.Basedonthe probability model,itanalysesthe feasibilityof using Chi-squaredetection, SamplePairs Analy

6、sis t SP.A)algorirhin andDifferenrialImageHistogram(DIH)algorithmto detect LSBteganographyin wavaudio.Experimentalresults showthat thethree algorithmscandetect LSBsteganographyin 8-bitandJ6-bitcodedwavaudio effectively.Whenthe embeddingratioof thistwocodingmanneris above3%and20c/erespectively, the c

7、orrectrateof stego-audios judgmentscanreach100%. (Keywordslinformationhiding:steganalysis:Chi-squaredetection: SamplePairs Analysis(SPA) algorithm;Differential ImageHistogram(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

8、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(Differential ImageHistogram)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 ， 2H3 ， 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，)-

9、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，v 且 I为奇数= ； y=( “， 州 (u )(P ff1 ， 且 、 为偶数或 f，- 且 l，

10、 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 ： I XI=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

11、 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+2 f2i+l=a2i.-,i_192i+ai+_.: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

12、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： 2007-03-13 E-mail:ch.dam1022 -151-第34卷 Vol.344期 No4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

13、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 Steganalysisof LSBSteganographyin wavAudio CHEN Ming, ZHANG Ru,NIUXin-xin,YANGYi-xian IJiforimUionSecurity Center.State KeyLaboratoryof Networkingand SwitchingTechnologJ BeijingUnivers

14、ityof Posts andTelecommunications,Beijingl00876) AbstractJThispaper analysesthe LeastSignificant Bit(LSB)embeddingschemein wavaudio andconstructsthe probability modelof switch rule beiween audiossamplevalues.Basedonthe probability model,itanalysesthe feasibilityof using Chi-squaredetection, SamplePa

15、irs Analysis SP.A)algorirhin andDifferenrialImageHistogram(DIH)algorithmto detect LSBteganographyin wavaudio.Experimentalresults showthat the three algorithmscandetect LSBsteganographyin 8-bitandJ6-bitcodedwavaudio effectively.Whenthe embeddingratioof thistwocodingmanner is above3%and20c/erespective

16、ly, the correctrateof stego-audios judgmentscanreach100%. (Keywordslinformationhiding:steganalysis:Chi-squaredetection: SamplePairs Analysis(SPA) algorithm;Differential ImageHistogram(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(Sample PairsAnalysis) 算 法 和 文 献 【 5提 出 的 DIH(Differenti