信息安全概论教学课件ppt作者张雪锋第4章信息隐藏技术.ppt

1、第四章 信息隐藏技术,第四章 信息隐藏技术,4.1 基本概念4.2 信息隐藏技术4.3 信息隐藏技术的攻击,4.1 基本概念,信息隐藏又称信息伪装，就是通过减少载体的某种冗余，如空间冗余、数据冗余等，来隐藏敏感信息，达到某种特殊的目的。信息隐藏打破了传统密码学的思维范畴，从一个全新的视角审视信息安全。与传统的加密相比，信息隐藏的隐蔽性更强，在信息隐藏中，可以把这两项技术结合起来，先将秘密信息进行加密预处理，然后再进行信息隐藏，则秘密信息的保密性和不可觉察性的效果更佳。,4.1 基本概念,隐写术是关于信息隐藏的最古老的分支，其应用可以追溯到古希腊。关于隐写术的现代科学研究一般认为开始于Simmo

2、ns提出的囚犯问题，问题的引出是有两个关在不同房间中囚犯Alice和Bob试图协商一个逃跑计划，他们可以通过一个公开的信道通信，但通信的过程和内容受到看守者Wendy的监视，一旦Wendy发现他们发送可疑的信息，就会把Alice和Bob分别关人隔离的监狱中。问题是Alice和Bob如何通过公开信道发送秘密信息而不引起Wendy的怀疑。由此可见隐写术和密码术的区别在于密码术旨在隐藏信息的内容，而隐写术的目的在于隐藏信息的存在。数字水印（DigitalWatermark）技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。数字

3、水印技术的发展为解决数字产品的侵权问题提供了一个有效的解决途径。数字水印技术通过在数字作品中加人一个不可察觉的标识信息（版权标识或序列号等），需要时可以通过算法提出标识信息来进行验证，作为指证非法复制的证据，从而实现对数字产品的版权保护。目前，数字水印已经发展成为信息隐藏技术的一个重要研究方向。,4.1 基本概念,信息隐藏技术的发展传统的信息隐藏技术数字化的信息隐藏技术是一门全新的技术，但是它的思想是来自于古老的隐写术。大约在公元前440年，隐写术就已经被应用于战争中的保密通信等很多领域。数字信息隐藏技术虽然人们对于信息隐藏技术的研究可以追溯到古老的隐写术，但是直到1992年，国际上才有研究者

4、首次正式提出对信息隐藏开展学术研究。,4.1 基本概念,信息隐藏的特点不破坏载体的正常使用。由于不破坏载体的正常使用，就不会轻易引起别人的注意，能达到信息隐藏的效果。同时，这个特点也是衡量是否是信息隐藏的标准。载体具有某种冗余性。通常好多对象都在某个方面满足一定条件的情况下，具有某些程度的冗余，如空间冗余、数据冗余等，寻找和利用这种冗余就成信息隐藏的一个主要工作。载体具有某种相对的稳定量。本特点只是针对具有健壮性（Robustness）要求的信息隐藏应用，如数字水印等。寻找载体对某个或某些应用中的相对不变量，如果这种相对不变量在满足正常条件的应用时仍具有一定的冗余空间，那么这些冗余空间就成为隐

5、藏信息的最佳场所。具有很强的针对性。任何信息隐藏方法都具有很多附加条件，都是在某种情况下，针对某类对象的一个应用。出于这个特点，各种检测和攻击技术才有了立足之地。,4.1 基本概念,信息隐藏的分类按载体类型分类按密钥分类按嵌入域分类按提取的特点分类按保护对象分类,4.2 信息隐藏技术,信息隐藏的算法主要分为两类：空间域算法和变换域算法。空间域方法通过改变载体信息的空间域特性来隐藏信息；变换域方法通过改变数据（主要指图像、音频、视频等）变换域的一些系数来隐藏信息。数字水印技术通过将数字、序列号、文字、图像标志等信息嵌入到媒体中，在嵌入的过程中对载体进行尽量小的修改，以达到最强的鲁棒性，当嵌入水印

6、后的媒体受到攻击后仍然可以恢复水印或者检测出水印的存在。,4.2 信息隐藏技术,空域隐秘技术最不重要位（LSB）替换二进制图像中的信息隐藏,信息隐藏的方法,最低有效位(LSB)方法利用原数据的最低几位来隐藏信息。对于数字图像，就是通过修改表示数字图像颜色（或者颜色分量）的较低位平面，即通过调整数字图像中对感知不重要的像素低比特位来表达水印的信息，达到嵌入水印信息的目的。优点是算法简单，计算量小，计算速度通常比较快，而且提取信息时通常不需要原始图像。缺点是很脆弱，无法经受一些无损和有损的信息处理。,LSB算法,嵌入：载体图像像素最低位全部置零，再将水印二值序列依次加到各像素值上。提取：对伪装图像

7、各像素值进行模2运算。,LSB算法嵌入水印,LSB算法嵌入水印,LSB算法提取水印,4.2 信息隐藏技术,变换域隐秘技术变换域方法是在载体图像的显著区域隐藏信息，不仅比LSB方法能够更好地抵抗各种信息处理攻击方式，而且能够保持对人类感官的不可察觉性。目前，有许多基于变换域的信息隐藏方法。比如使用离散余弦变换（DCT）作为手段在图像中嵌入秘密信息，使用小波变换等变换也可以实现变换域的信息隐藏。变换过程可以在整个图像上进行，也可以对整个图像进行分块操作实现。然而，这种隐藏方法在图像中隐藏的秘密信息量和可获得的鲁棒性之间存在矛盾，隐藏的秘密信息量越大，隐藏方法的鲁棒性越差。,4.2 信息隐藏技术,数

8、字水印技术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的或者不可察觉的，但是通过计算操作能够实现对该记号的提取和检测。水印信息与原始数据紧密结合并隐藏其中，成为一个整体。数字图像的内嵌水印具有下列特点：透明性：加入水印后的图像的视觉质量不能有下降，也就是说，加入水印后的图像与原始图像相比，很难发现二者的差别。鲁棒性：加入图像中的水印信息必须能够承受施加于载体图像的变换操作，不会因为变换处理而丢失，水印信息经过检验提取后应该清晰可辨。安全性：数字水印应该能够抵御各种蓄意的攻击，必须能够唯一地标志原始图像的相关信息，任何第三方都不能伪造他人的水印图像。,4.2 信

9、息隐藏技术,水印嵌入模型,4.2 信息隐藏技术,水印提取模型,4.2 信息隐藏技术,水印检测模型,4.3 信息隐藏的攻击,信息隐藏的研究分为隐藏技术和隐藏攻击技术两部分。隐藏技术主要研究向载体对象中嵌入秘密信息，而隐藏攻击技术则主要研究对隐藏信息的检测、破解秘密信息或通过对隐藏对象处理从而破坏隐藏的信息和阻止秘密通信。,4.3 信息隐藏的攻击,信息隐藏攻击者的主要目的为：检测隐藏信息的存在性。估计隐藏信息的长度和提取隐藏信息。在不对隐藏对象做大的改动的前提下，删除或扰乱隐藏对象中的嵌入信息。一般称前两种为主动攻击，最后一种为被动攻击。对不同用途的信息隐藏系统，其攻击者的目的也不尽相同。,4.3

10、 信息隐藏的攻击,对含有水印的图像的常见攻击方法可以分为有意攻击和无意攻击两大类。数字水印必须对一些无意义的攻击具有鲁棒性，也就是说对那些能保持感官相似性的数字处理操作具备鲁棒性。这些操作包括：剪切变换；亮度和对比度修改；增强和模糊等滤波算法；放大、缩小和旋转操作；有损压缩；噪声干扰等。,4.3 信息隐藏的攻击,通常假设检测水印的过程不能获得原始数据。下面是有意攻击的分类：伪造水印的抽取。伪造的肯定检测。统计学上的水印抽取。多重水印。,4.3 信息隐藏的攻击,实践经验告诉我们，信息隐藏技术始终是在隐藏和攻击的斗争中发展壮大的。安全部门利用隐写术进行秘密通信，防止机密流失，保护国家和人民利益的同

11、时；一些不法之徒也在利用隐写术，做着非法勾当，危害国家和社会。为了更好地了解罪犯活动信息，更有利地与罪犯作斗争，就需要进行信息隐藏分析技术的研究，即信息隐藏检测技术。利用信息隐藏检测技术来对一些能够进行信息隐藏的貌似正常的数据进行过滤，防患于未然。出版商在利用数字水印保护数字作品版权的同时，盗版者也在千方百计地想办法来去除版权标记，为了更好、地保护版权，更好地测试一些水印算法的抗攻击能力，并开发出更健壮的水印算法，就必须对各种攻击方法进行研究，即信息隐藏攻击技术。反过来，一些信息隐藏攻击技术也成为衡量水印算法健壮性的标准。,本章总结,信息隐藏技术的发展历史悠久，但现代信息隐藏技术仅起源于20世纪90年代，现代信息隐藏技术借助于数字多媒体作为隐藏信息的载体数据，由于人类感知系统对数字多媒体的一些信息变化不敏感，可以以此将一定用途的信息隐藏在其他数字多媒体信息中，实现信息的隐藏。本章重点介绍了隐秘技术中的两种基本实现空域隐秘技术和变换域隐秘技术，这些隐秘技术均是通过利用可公开的信息隐藏保密信息，获得对信息安全性的保障。数字水印可以分为鲁棒性水印和脆弱性水印，根据实现方式也分为基于空域的数字水印技术和基于变换域的数字水印技术，数字水印技术将防伪信息和被保护数据相融合，因此，通过数字水印可以实现对数字产品的版权认证等功能。,