信息隱藏技術(shù)綜述

1、信息隱藏目錄1信息隱藏技術(shù)開(kāi)展背景32信息隱藏的概念和模型32.1 信息隱藏概念及其根本原理32.2 信息隱藏通用模型43信息隱藏技術(shù)特征及分類43.1 信息隱藏技術(shù)的特征43.2 信息隱藏技術(shù)的分類54信息隱藏技術(shù)方法54.1 隱寫(xiě)術(shù)54.2 數(shù)字水印64.3 可視密碼技術(shù)64.4 潛信道64.5 匿名通信65信息隱藏技術(shù)算法76信息隱藏技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域76.1 數(shù)據(jù)保密76.2 數(shù)據(jù)的不可抵賴性86.3 數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)86.4 防偽86.5 數(shù)據(jù)的完整性87結(jié)語(yǔ)8引言隨著Internet技術(shù)和多媒體信息技術(shù)的飛速開(kāi)展,多媒體、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、個(gè)人移動(dòng)通信技術(shù)等進(jìn)入尋常百姓家,數(shù)字化已深入人心.

2、數(shù)字多媒體信息在網(wǎng)上傳播與傳輸越來(lái)越方便,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞各種信息越來(lái)越普遍.但與此同時(shí)也帶來(lái)了信息平安的隱患問(wèn)題.信息隱藏是近年來(lái)信息平安和多媒體信號(hào)處理領(lǐng)域中提出的一種解決媒體信息平安的新方法1.它通過(guò)把秘密信息隱藏在可公開(kāi)的媒體信息里,到達(dá)證實(shí)該媒體信息的數(shù)據(jù)完整性或傳遞秘密信息的目的,從而為數(shù)字信息的平安問(wèn)題提供了一種新的解決方法.1信息隱藏技術(shù)開(kāi)展背景信息隱藏的思想來(lái)源于古代的隱寫(xiě)術(shù),歷史上廣為流傳的“剃頭刺字的故事就是信息隱藏技術(shù)的應(yīng)用.大約在公元前440年,Histaieus為了通知他的朋友發(fā)動(dòng)暴動(dòng)來(lái)對(duì)抗米堤亞人和波斯人,將一個(gè)仆人的頭發(fā)剃光后在頭皮上刺上了信息,等那仆人頭發(fā)長(zhǎng)出來(lái)后

3、再將他送到朋友那里,以此實(shí)現(xiàn)他們之間的秘密通信.在16、17世紀(jì)還出現(xiàn)了許多關(guān)于隱秘術(shù)的著作,其中利用信息編碼的方法實(shí)現(xiàn)信息隱藏較為普遍.歷史上信息隱藏的例子還有很多.Willkins采用隱形墨水在特定字母上制作非常小的斑點(diǎn)來(lái)隱藏信息.二戰(zhàn)期間,德國(guó)人創(chuàng)造了微縮膠片,他們把膠片制作成句點(diǎn)大小的微粒來(lái)隱藏信息,放大后的膠片仍能有很好的清楚度2.如今,大量的多媒體信息在網(wǎng)絡(luò)中方便、快捷的傳輸,方便了人們的通信和交流,但是這些新技術(shù)在給人們帶來(lái)方便的同時(shí)也產(chǎn)生了嚴(yán)重的平安問(wèn)題.為了解決這些問(wèn)題,引入了加密技術(shù),但是加密技術(shù)是將明文加密成一堆亂碼,這樣就容易激發(fā)攔截者破解機(jī)密文件的動(dòng)機(jī)及欲望.為此,人

4、們又引入了信息隱藏技術(shù),即將秘密信息隱藏在不易被人疑心的普通文件中,使秘密信息不易被別有用心的人發(fā)現(xiàn),從而增強(qiáng)了消息在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)钠桨残?2信息隱藏的概念和模型2.1 信息隱藏概念及其根本原理信息隱藏是把一個(gè)有意義的秘密信息如軟件序列號(hào)、秘文或版權(quán)信息通過(guò)某種嵌入算法隱藏到載體信息中從而得到隱秘載體的過(guò)程3.它主要是研究如何將某一機(jī)密信息秘密隱藏于另一公開(kāi)信息中,然后通過(guò)公開(kāi)信息的傳輸來(lái)傳遞機(jī)密信息.通常載體可以是文字、圖像、聲音和視頻等,而嵌入算法也主要利用多媒體信息的時(shí)間或空間冗余性和人對(duì)信息變化的掩蔽效應(yīng).信息隱藏后,非法使用者無(wú)法確認(rèn)該載體中是否隱藏其它信,接收息,也難于提取或去除所隱

5、藏的秘密信息.隱秘載體通過(guò)信道到達(dá)接收方后方通過(guò)檢測(cè)器利用密鑰從中恢復(fù)或檢測(cè)出隱藏的秘密信息.2.2 信息隱藏通用模型一個(gè)廣義的信息隱藏系統(tǒng)模型如圖1所示,它主要由四局部組成：(1)信息嵌入,即利用嵌入密鑰來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入對(duì)象的隱藏過(guò)程.(2)信息提取,即利用提取密鑰從隱藏對(duì)象或可能經(jīng)過(guò)修改的隱藏對(duì)象中提取或恢復(fù)出嵌入對(duì)象.(3)密鑰生成,根據(jù)一些平安參數(shù)生成嵌入密鑰和提取密鑰.(4)隱藏分析,隱藏對(duì)象可能會(huì)被隱藏分析者截獲并進(jìn)行處理.在密鑰未知的前提下,隱藏分析者很難從隱藏對(duì)象中得到、刪除或者發(fā)現(xiàn)嵌入對(duì)象.盤(pán)鋁生咸器提取過(guò)程蜜人過(guò)程摘體對(duì)彖隱藏分析著圖1信息隱藏通用模型從圖1中可以看到,隱藏者在嵌

6、入過(guò)程中利用嵌入密鑰將嵌入對(duì)象添加到掩體對(duì)象中,生成隱藏對(duì)象,隱藏對(duì)象在傳送過(guò)程中可能會(huì)被隱藏分析者截獲并進(jìn)行某些處理后再發(fā)送,提取過(guò)程那么是在提取密鑰的參與下從所接收到的隱藏對(duì)象中提取出嵌入對(duì)象.3信息隱藏技術(shù)特征及分類3.1 信息隱藏技術(shù)的特征信息隱藏在不同領(lǐng)域有不同的特征,但其根本的特征有：(1)不可感知性.對(duì)信息隱藏系統(tǒng)的一個(gè)最重要的要求是隱藏信息的不可感知性,這是信息隱藏系統(tǒng)的必要條件.如果在信息嵌入過(guò)程使載體引入了人為痕跡,給圖像的質(zhì)量帶來(lái)了可視性的下降,就會(huì)減少已嵌入信息的圖像的價(jià)值,破壞信息隱藏系統(tǒng)的平安性.(2)魯棒性.魯棒性指的是參加載體中的隱藏信息必須能夠承受施加于載體的

7、變換操作.在載體產(chǎn)生失真的情況下,隱藏信息仍然能夠保持一定的完整性,并能以一定的正確概率被檢測(cè)到4.(3)容量.容量指的是載體中能夠容納的隱藏信息位的最大值,它與系統(tǒng)要到達(dá)的不可見(jiàn)性、魯棒性、載體分布等因素有關(guān).與容量相關(guān)的是信息隱藏率,它指的是隱藏信息的長(zhǎng)度與載體長(zhǎng)度的比值.(4)平安性.平安性指的是信息隱藏系統(tǒng)難于被偽造或加工,攻擊者不能閱讀和修改隱藏的信息.最理想的平安狀況是攻擊者不能檢測(cè)到信息載體中是否包含隱藏信息.(5)透明性.透明性是信息隱藏的根本要求,它利用人類視覺(jué)系統(tǒng)獲人類聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)屬性,經(jīng)過(guò)一系列隱藏處理,使目標(biāo)數(shù)據(jù)沒(méi)有明顯的降質(zhì)現(xiàn)象,而第三方不易發(fā)覺(jué)信息的存在.3.2 信息隱

8、藏技術(shù)的分類按密鑰分類：假設(shè)嵌入和提取采用相同密鑰,那么稱為對(duì)稱隱藏算法,否那么稱為公鑰隱藏算法.按隱藏的載體分類：可分為基于圖像、音頻、視頻、文本等技術(shù)的信息隱藏.按隱藏目的分類：可分為秘密消息隱藏和數(shù)字水印,其中秘密消息是用來(lái)進(jìn)行秘密傳輸,數(shù)字水印是用來(lái)版權(quán)保護(hù).按嵌入域分類：可分為空域和變換域隱藏.空域法是用待隱藏消息位替換載體中的冗余部分,變換域法是把待隱藏的信息嵌入到載體的某個(gè)變換空間中.按提取要求分類：假設(shè)在提取隱藏信息時(shí)不需要利用原始載體,稱為盲隱藏,否那么為非盲隱藏.按保護(hù)對(duì)象分類：主要可分為隱秘術(shù)和水印技術(shù).隱秘術(shù)主要用于保密通信,它所要保護(hù)的是隱藏的信息,水印技術(shù)主要用于版

9、權(quán)保護(hù)及真?zhèn)舞b別等,它最終所要保護(hù)的是載體.4信息、隱藏技術(shù)方,去近年來(lái)信息隱藏技術(shù)開(kāi)展很快,已經(jīng)提出了各種各樣的實(shí)現(xiàn)方法.信息隱藏技術(shù)的方法主要有隱寫(xiě)術(shù)、數(shù)字水印、可視密碼、潛信道、隱匿協(xié)議等.4.1 隱寫(xiě)術(shù)隱寫(xiě)術(shù)是將秘密信息隱藏在某些宿主對(duì)象中,且信息傳輸或存儲(chǔ)過(guò)程中不被發(fā)現(xiàn)和引起注意,接收者獲得隱藏對(duì)象后根據(jù)約定規(guī)那么可讀取秘密信息的技術(shù)4.現(xiàn)有的隱寫(xiě)術(shù)方法主要有利用高空間頻率的圖像數(shù)據(jù)隱藏信息、采用最低有效位方法將信息隱藏到宿主信號(hào)中、使用信號(hào)的色度隱藏信息的方法、在數(shù)字圖像的像素亮度的統(tǒng)計(jì)模型上隱藏信息的方法、Patchwork方法等等.4.2 數(shù)字水印信息隱藏的一個(gè)重要分支是數(shù)字水

10、印,數(shù)字水印是將一些標(biāo)識(shí)信息(即數(shù)字水印)直接嵌入數(shù)字載體包括多媒體、文檔、軟件等當(dāng)中,但不影響原載體的使用價(jià)值,也不容易被人的知覺(jué)系統(tǒng)如視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)覺(jué)察或注意到.目前主要有兩類數(shù)字水印,一類是空間數(shù)字水印,另一類是頻率數(shù)字水印.空間數(shù)字水印的典型代表是最低有效位LSB算法,其原理是通過(guò)修改表示數(shù)字圖像的顏色或顏色分量的位平面,調(diào)整數(shù)字圖像中感知不重要的像素來(lái)表達(dá)水印的信息,以到達(dá)嵌入水印的目的.頻率數(shù)字水印的典型代表是擴(kuò)展頻譜算法,其原理是通過(guò)時(shí)頻分析,根據(jù)擴(kuò)展頻譜特性,在數(shù)字圖像的頻率域上選擇那些對(duì)視覺(jué)最敏感的局部,使修改后的系數(shù)隱含數(shù)字水印的信息.4.3 可視密碼技術(shù)可視密碼技術(shù)是Na

11、or和Shamir于1994年首次提出的,其主要特點(diǎn)是恢復(fù)秘密圖像時(shí)不需要任何復(fù)雜的密碼學(xué)計(jì)算,而是以人的視覺(jué)即可將秘密圖像區(qū)分出來(lái).其做法是產(chǎn)生n張不具有任何意義的膠片,任取其中t張膠片疊合在一起即可復(fù)原出隱藏在其中的秘密信息.其后,人們又對(duì)該方案進(jìn)行了改良和開(kāi)展4.主要的改良方法方法有：使產(chǎn)生的n張膠片都有一定的意義,這樣做更具有迷惑性；改良了相關(guān)集合的方法,將針對(duì)黑白圖像的可視秘密共享擴(kuò)展到基于灰度和彩色圖像的可視秘密共享.4.4 潛信道又稱閾下信道,閾下信道的概念是GustavusJSiiiiiions于1978年在美國(guó)圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提出的,之后又做了大量的研究工作.閾下信道是指在公

12、開(kāi)信道中所建立的一種實(shí)現(xiàn)隱蔽通信的信道,這是一種隱蔽的信道.絕大多數(shù)數(shù)字簽名方案都可包含閾下信道的通信,其最大特點(diǎn)是閾下信息包含于數(shù)字簽名之中,但對(duì)數(shù)字簽名和驗(yàn)證的過(guò)程無(wú)任何影響,這正是其隱蔽性所在.閾下信道在國(guó)家平安方面的應(yīng)用價(jià)值很大.如果采用全球性標(biāo)準(zhǔn),那么世界上任何地方的用戶檢查點(diǎn)都能即時(shí)檢查出數(shù)字證件上的信息完整性,并能確定持證人是否是合法持證人.4.5 匿名通信匿名通信就是尋找各種途徑來(lái)隱藏信息的發(fā)送者和接受者,其中使用的技術(shù)包括匿名重發(fā)和網(wǎng)絡(luò)代理等.在網(wǎng)絡(luò)通信中,人們可以通過(guò)跟蹤對(duì)方的數(shù)據(jù)包來(lái)進(jìn)行業(yè)務(wù)量分析和判斷通信雙方的身份,而采用匿名技術(shù)就是為了保護(hù)通信信道不被別人竊聽(tīng)和進(jìn)行業(yè)

13、務(wù)量分析.這種技術(shù)由第一層路由進(jìn)行多層加密,以后每層路由除去一層加密,這樣使每層路由處理的數(shù)據(jù)都不同,令敵手無(wú)從跟蹤,并且每層路由器都只能識(shí)別最臨近的一層路由,不知道信息的傳輸路徑.它廣泛適用于軍事和商業(yè)領(lǐng)域,如E-mail的發(fā)送和Wet瀏覽.還可以用在電子選舉和電子現(xiàn)金方案中來(lái)保證選舉人或購(gòu)置者的身份不被泄露.5信息隱藏技術(shù)算法信息隱藏的主要研究方向是信息隱藏算法研究和隱蔽通信.對(duì)于信息隱藏算法的研究主要有兩個(gè)方面：專項(xiàng)檢測(cè)和通用檢測(cè).專項(xiàng)檢測(cè)主要是對(duì)隱藏軟件的漏洞進(jìn)行分析,包括有源代碼和無(wú)源代碼的隱藏軟件分析；通用檢測(cè)需要理論支持,是當(dāng)前研究的重點(diǎn).在信息隱藏算法中,根據(jù)算法的工作域不同,

14、主要分為空間域算法和變換域算法5:（1） 空域隱藏算法是直接改變圖像元素的值,在圖像元素的亮度或色度中參加隱蔽的內(nèi)容.空域類算法的特點(diǎn)是只需對(duì)隱蔽載體進(jìn)行很小的、不易發(fā)覺(jué)的改變就能隱蔽很大的信息量,計(jì)算速度較快,但該算法所隱蔽的信息是極為脆弱的,假設(shè)載體圖像有微小的改變,隱蔽信息就可能喪失.（2） 變換域隱蔽算法是利用某種數(shù)學(xué)變換,將圖像用變換域或頻域表示,通過(guò)更改圖像的某些變換域系數(shù)來(lái)嵌入數(shù)據(jù),然后利用反變換來(lái)生成隱蔽有其他信息的圖像.例如：傅立葉變換FFT域、離散余弦變換DCT域、離散小波變換DWT域等上實(shí)現(xiàn)信息的嵌入.這類技術(shù)主要是通過(guò)修改主信號(hào)某些指定的頻域系數(shù)來(lái)嵌入數(shù)據(jù).考慮到非法者

15、如果對(duì)低頻區(qū)域系數(shù)的改動(dòng)可能會(huì)影響到主信號(hào)的感知效果,而高頻系數(shù)容易被破壞,并且并不影響主信號(hào)的感知效果有損數(shù)據(jù)壓縮就可以將高頻信號(hào)除去.因此,信息隱藏技術(shù)一般選取信號(hào)中頻區(qū)域上的系數(shù)來(lái)嵌入簽字信號(hào),從而使之既滿足不可感知性,又滿足對(duì)諸如失真壓縮等操作的魯棒性.6信息隱藏技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域信息隱藏技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分寬廣,現(xiàn)列出以下幾個(gè)方面：6.1 數(shù)據(jù)保密在因特網(wǎng)上傳輸一些數(shù)據(jù)要預(yù)防非授權(quán)用戶截獲并使用,這是網(wǎng)絡(luò)平安的一個(gè)重要內(nèi)容.隨著經(jīng)濟(jì)的全球化,這一點(diǎn)不僅將涉及政治、軍事,還將涉及到商業(yè)、金融和個(gè)人隱私.而我們可以通過(guò)使用信息隱藏技術(shù)來(lái)保護(hù)在網(wǎng)上交流的信息,如：電子商務(wù)中的敏感信息、談判雙方的秘

16、密協(xié)議和合同、網(wǎng)上銀行交易中的敏感數(shù)據(jù)信息、重要文件的數(shù)字簽名和個(gè)人隱私等.另外,還可以對(duì)一些不愿為別人所知道的內(nèi)容使用信息隱藏的方式進(jìn)行隱藏存儲(chǔ).6.2 數(shù)據(jù)的不可抵賴性在網(wǎng)上交易中,交易雙方的任何一方不能抵賴自己曾經(jīng)做出的行為也不能否認(rèn)曾經(jīng)接收到對(duì)方的信息,這是交易系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié).這可以使用水印技術(shù),在交易體系的任何一方發(fā)送或接收信息時(shí),將各自的特征標(biāo)記以水印的形式參加到傳遞的信息中,以到達(dá)確認(rèn)其行為的目的,這種水印應(yīng)是不能被去除的.6.3 數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)版權(quán)保護(hù)是信息隱藏技術(shù)中水印技術(shù)所試圖解決的一個(gè)重要問(wèn)題.隨著網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字技術(shù)的快速普及,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向人們提供的數(shù)字效勞也會(huì)越來(lái)越

17、多,如數(shù)字圖書(shū)館、數(shù)字圖書(shū)出版、數(shù)字電視、數(shù)字新聞等.這些效勞提供的都是數(shù)字作品,數(shù)字作品具有易修改、易復(fù)制的特點(diǎn),已經(jīng)成為迫切需要解決的實(shí)際問(wèn)題.數(shù)字水印技術(shù)可以成為解決此難題的一種方案,效勞提供商在向用戶發(fā)放作品的同時(shí),將雙方的信息代碼以水印的形式隱藏在作品中,這種水印從理論上講應(yīng)該是不被破壞的.當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)字作品在非法傳播時(shí),可以通過(guò)提取出的水印代碼追查非法散播者.6.4 防偽商務(wù)活動(dòng)中的各種票據(jù)的防偽也是信息隱藏技術(shù)可用武之地.在數(shù)字票據(jù)中隱藏的水印經(jīng)過(guò)打印后仍然存在,可以通過(guò)再掃描回?cái)?shù)字形式,提取防偽水印,驗(yàn)證票據(jù)的真實(shí)性.6.5 數(shù)據(jù)的完整性對(duì)于數(shù)據(jù)完整性的驗(yàn)證是要確認(rèn)數(shù)據(jù)在網(wǎng)上傳輸或

18、存儲(chǔ)過(guò)程中沒(méi)有被篡改.通過(guò)使用脆弱水印技術(shù)保護(hù)的媒體一旦被篡改就會(huì)破壞水印,從而很容易被識(shí)別.7結(jié)語(yǔ)信息隱藏技術(shù)的研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展,領(lǐng)先的信息隱藏技術(shù)已能做到：使隱藏有其它信息的信息不但能經(jīng)受人的感覺(jué)檢測(cè)和儀器設(shè)備的檢測(cè),而且還能反抗各種人為地蓄意攻擊.但總的來(lái)說(shuō),信息隱藏技術(shù)仍有不少技術(shù)性問(wèn)題需要解決.同時(shí),隨著信息隱藏技術(shù)的不斷提高,對(duì)理論指導(dǎo)的期待已經(jīng)越來(lái)越迫切.信息隱藏技術(shù)特別是在迫切需要解決的版權(quán)保護(hù)問(wèn)題上將會(huì)發(fā)揮無(wú)法替代的重要作用,相信在不久的將來(lái)信息隱藏技術(shù)會(huì)更加完善,將會(huì)在信息安全體系中發(fā)揮它巨大的作用.參考文獻(xiàn)1SviatoslavV,FredericD,OleksiyK,etal