【正文】 到密文 C，再把 C隱藏到載體 S中，如圖 所示。 100011010110011100110011 加密 ￥ %%%%%￥￥ @amp。**amp。 110110101010 010010111011隱藏 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 51 頁 載體 S 隱秘載體 S1 密文 C 消息 M 圖 信息加密和隱藏結(jié)合示意圖 這樣，攻擊者要想獲得消息，就首先要檢測到消息的存在，并知道如何從隱密載體 S1中提取 C及如何對 C解密以恢復(fù)消息 M。 信息隱藏技術(shù)的術(shù)語和模型 一個(gè)信息隱藏系統(tǒng)的一般化模型可用圖 。我們稱待隱藏的信息為秘密信息 (secretmessage)，它可以是版權(quán)信息或秘密數(shù)據(jù)，也可以是一個(gè)序列號(hào)；稱公開信息為載體信息 (cover message)，這種信息隱藏過程一般由密鑰 (Key)來控制，通過嵌入算法 (Embedding algorithm)將秘密信息隱藏于公開信息中形成隱蔽載體 (stego cover)，隱蔽載體則通過信道 (Communication channel)傳遞，然后檢測器 (Detector)利用密鑰從隱蔽載體中恢復(fù) /檢測秘密信息 嵌入密鑰 提取密鑰 掩體對象 嵌入對象 隱藏對象 嵌入對象 掩體對象 隱藏分析者 圖 信息隱藏系統(tǒng)的一般模型 101100101010101001110011111101010101 1 加密 ?。?@%amp。*（ %@%amp。amp。*amp。*% ￥ @%￥￥ ?。? 隱藏 嵌入過程 提取過程 密鑰生成器 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 51 頁 該系統(tǒng)主要包括一個(gè)嵌入過程和一個(gè)提取過程 ，其中嵌入過程是指信息隱藏者利用嵌入算法，將秘密信息添加到掩體對象中，從而生成隱藏對象這一過程。隱藏對象在傳輸過程中可能被隱藏分析者截獲并進(jìn)行處理。提取過程是指利用提取算法從接收到的、可能經(jīng)過修改的隱藏對象中恢復(fù)秘密信息，提取過程中可能需要掩體對象的參與，也可能不需要，通常前者稱為非盲提取，后者稱為盲提取。 該模型中沒有包括對秘密信息的預(yù)處理和提取后的后處理，在有些情況下，為了提高保密性需要預(yù)先對秘密信息進(jìn)行預(yù)處理 (例如加密 )，相應(yīng)地在提取過程后要對得到的信息進(jìn)行后處理 (例如解密 )，恢復(fù)出秘密信息。 信息隱藏系統(tǒng)的基本屬性 信息隱藏系統(tǒng)有三個(gè)基本屬性包括：不可感知性、魯棒性和嵌入量。 (1)不可感知性 (Invisibility)，也稱透明性，隱蔽性，是指嵌入信息的操作不應(yīng)使原始載體信息的質(zhì)量有明顯下降，即不產(chǎn)生明顯的信息嵌入痕跡，使得在通信過程中的攜帶秘密信息的載體不會(huì)引起第三方的懷疑。信息隱藏的不可感知性是信息隱藏的根本屬性，“隱”就是不可感知的意思。只有將秘密信息隱藏到載體數(shù)據(jù)中進(jìn)行傳輸，才有可能起到保護(hù)作用，所以不可感知性是秘密信息安全傳輸?shù)那疤帷? (2)魯棒性 (Robustness)，也稱穩(wěn)健 性，指信息隱藏系統(tǒng)抵抗由正常信號(hào)處理引入的失真和由惡意攻擊操作所造成的數(shù)據(jù)畸變的能力，包括傳輸過程中的信道噪聲、濾波操作、重采樣、有損編碼壓縮、 D／ A或 A／ D轉(zhuǎn)換等。魯棒性強(qiáng)調(diào)信息傳輸?shù)目煽啃浴? (3)嵌入量 (Capacity)，指承載信息的載體可以容納秘密信息的多少。通常以秘密信息大小與載體信息大小之比來表示。嵌入量考慮的是傳輸?shù)男畔⒘?。不可感知性、魯棒性和嵌入量從根本上決定信息隱藏系統(tǒng)性能的三個(gè)屬性，三者之間是一個(gè)矛盾的統(tǒng)一體，它們彼此之間相互制約，并且在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。例如，魯棒性與嵌入強(qiáng)度有 直接關(guān)系，嵌入強(qiáng)度越大魯棒性越強(qiáng)，但往往大強(qiáng)度的信號(hào)調(diào)制會(huì)導(dǎo)致不可感知性的下降；同樣，嵌入量的增加往往導(dǎo)致對原始載體信息的修改增加，也會(huì)使得不可感知性下降。在轉(zhuǎn)化方面，增加密文信號(hào)的冗余或帶寬會(huì)提高魯棒性，而這是以犧牲嵌入量為代價(jià)。實(shí)踐往往要根據(jù)具體應(yīng)用模式在三者之間尋求適當(dāng)平衡點(diǎn)。 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 51 頁 對于數(shù)字水印來說，上述三項(xiàng)性能的重要性排序是魯棒性、不可感知性、嵌入量。魯棒性意味著水印不能被干擾或惡意處理去除，這是版權(quán)確認(rèn)的保證，因此最重要；隱蔽性保證了數(shù)字產(chǎn)品的商用價(jià)值；至于嵌入量，只要能夠標(biāo)識(shí)一些必要的信息，并沒有過 高的要求。而對于隱寫來說，這三項(xiàng)性能的重要性排序是隱蔽性、嵌入量、穩(wěn)健性。隱蔽性包括視／聽覺隱蔽性和統(tǒng)計(jì)上的隱蔽性，意味著監(jiān)控者無法察覺，所以最重要；隱蔽通信往往高傳輸率，戰(zhàn)爭狀態(tài)下還要求實(shí)時(shí)傳送，故嵌入量其次；隱寫通常應(yīng)用于無擾信道，所以對穩(wěn)健性的要求最低。正是由于信息隱藏基本特性之間相互依賴相互制約的特點(diǎn)，造就了信息隱藏技術(shù)的多樣性和復(fù)雜性。 信息隱藏技術(shù)的分支 在 1996年召開的第一屆信息隱藏技術(shù)的國際學(xué)術(shù)會(huì)議上，對信息隱藏的術(shù)語進(jìn)行了統(tǒng)一和規(guī)范，提出了信息隱藏學(xué)科的框架與分支，如圖 。 圖 信息隱藏的主要分支 信息隱藏的四個(gè)主要分支包括：隱蔽信道 (Covert channel)、匿名通信(Anonymity)、隱寫術(shù) (Steganography)和版權(quán)標(biāo)識(shí) (Copyright marking)。 盡管信息隱藏技術(shù)有諸多分支，但真正活躍的信息隱藏技術(shù)主要有兩個(gè)，即信息隱藏 隱蔽信道 隱寫術(shù) 匿名通信 版權(quán)標(biāo)識(shí) 基于語意的隱寫術(shù) 基于技術(shù)的隱寫術(shù) 魯棒的版權(quán)標(biāo)識(shí) 脆弱的版權(quán)標(biāo)識(shí) 數(shù)字水印 數(shù)字指紋 可見水印 不可見水印 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 51 頁 隱寫術(shù)和數(shù)字水印 (Digital watermarking)，也就是前面所指的版權(quán)標(biāo)識(shí)(Copyright marking)。前者旨在保護(hù)秘密信 息的安全傳輸，主要應(yīng)用于隱蔽通信；后者目的在于保護(hù)載體本身的屬性，主要用來進(jìn)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。與密碼學(xué)和密碼分析學(xué)的交錯(cuò)發(fā)展相類似，隨著信息隱藏研究的不斷深入，與信息隱藏相對抗的信息隱藏攻擊檢測研究也開始出現(xiàn)，并逐步成為信息隱藏研究中的又一重要分支。依照檢測手段把檢測方法進(jìn)行了分類，對當(dāng)前幾種主要的信息隱藏檢測算法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。 信息隱藏技術(shù)的應(yīng)用 信息隱藏技術(shù)在政府、軍事情報(bào)部門、銀行系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，廣泛應(yīng)用于通信保密、數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)、商務(wù)活動(dòng)中的票據(jù)防偽、驗(yàn)證資料的 完整性等方面。 (1)隱蔽通道通信 隱蔽信道是一種通訊信道，它存在于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，其特點(diǎn)是信息的傳遞方式違背了系統(tǒng)的安全原則，從而成為一個(gè)隱蔽的信息傳輸通道。這些信道在為某一程序提供服務(wù)時(shí)，可以被一個(gè)可信賴的程序用來向它們的操作者泄露消息。 (2)匿名技術(shù)通信 匿名技術(shù)是不暴露身份和個(gè)人特征的一種技術(shù)，該技術(shù)主要應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下。網(wǎng)絡(luò)匿名可分為發(fā)送方匿名和接受方匿名，分別保護(hù)通信雙方的身份，所使用的主要技術(shù)有匿名重發(fā)和網(wǎng)絡(luò)代理等。 (3)秘密通信 最初信息隱藏技術(shù)主要用來進(jìn)行秘密傳遞消息，它隱藏了通信收發(fā)雙 方以及通信過程的存在，而且隱藏后的信息可以通過公開信道進(jìn)行傳輸，不用擔(dān)心信息被截獲和破譯。運(yùn)用信息隱藏技術(shù)可以對那些涉及國家安全的軍用衛(wèi)星圖片、軍用設(shè)施圖紙、電子商務(wù)的敏感信息、重要文件的數(shù)字簽名以及個(gè)人隱私等秘密信息進(jìn)行保密，確保這些信息在互聯(lián)網(wǎng)上被安全、快捷地傳遞與使用。它同時(shí)也可以用于個(gè)人、商業(yè)機(jī)密信息的保護(hù)、電子商務(wù)中的數(shù)據(jù)傳遞、網(wǎng)絡(luò)金融交易重要信息的傳遞以及個(gè)人的電子郵件業(yè)務(wù)保護(hù)等。 (4)數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù) 現(xiàn)代信息社會(huì)，各種數(shù)字服務(wù)，如數(shù)字圖書館、數(shù)字電視、數(shù)字新聞等，為圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計(jì) 第 12 頁 共 51 頁 人們的工作、學(xué)習(xí)和生活 帶來了方便和快捷。但與此同時(shí)，對數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)日益成為迫切需要解決的問題。為了保護(hù)數(shù)字服務(wù)提供商的正當(dāng)利益，抵制未經(jīng)授權(quán)的拷貝和發(fā)行，信息隱藏技術(shù)中的“數(shù)字水印”、“數(shù)字指紋”等將著作權(quán)、公司標(biāo)志、有特殊意義的文本、購買者序列號(hào)等重要信息嵌入數(shù)字視頻、聲頻或圖像等多媒體數(shù)據(jù)中，以防止非法拷貝或者用來跟蹤、追查盜版者及盜版產(chǎn)品的出處。目前，該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于 MP3和網(wǎng)上圖像的版權(quán)保護(hù)。 (5)資料認(rèn)證和篡改檢測 當(dāng)數(shù)字作品被用于交通、法庭、醫(yī)學(xué)、新聞及商業(yè)時(shí)，如以數(shù)字形式記錄的事故現(xiàn)場照片、犯罪現(xiàn)場記錄 、醫(yī)學(xué)診斷照片等，由于這些數(shù)據(jù)本身具有容易修改的特點(diǎn)，常常需要確定它們的內(nèi)容是否被篡改、偽造或經(jīng)過特殊處理。通過采用嵌入脆弱水印的方法，將一些與介質(zhì)內(nèi)容或作者身份相關(guān)的數(shù)據(jù)信息嵌入到數(shù)字媒體中，一旦資料被篡改，水印就被破壞，這樣，通過提取驗(yàn)證水印，就可以檢測出介質(zhì)是否被篡改，從而驗(yàn)證資料的完整性。 (6)商務(wù)活動(dòng)中的票據(jù)防偽票據(jù)防偽是在彩色打印機(jī)、復(fù)印機(jī)輸出的每幅圖像中嵌入唯一的、不可見的數(shù)字水印。當(dāng)需要時(shí)，可以通過實(shí)時(shí)地掃描票據(jù)來判斷水印的有無，辨別票據(jù)的真?zhèn)巍? (7)抗否認(rèn)機(jī)制 抗否認(rèn)機(jī)制一般用在電子商 務(wù)中，這是保證一些個(gè)體或單位不能否認(rèn)自己曾經(jīng)產(chǎn)生的一些行為。在電子商務(wù)中，交易雙方的任何方不得抵賴自己曾經(jīng)做出的行為，也不能否認(rèn)曾經(jīng)接受到對方的信息，這是網(wǎng)絡(luò)電子交易的重要環(huán)節(jié)。日前電子商務(wù)中，一般用數(shù)字簽名和身份認(rèn)證來保證。這時(shí)我們可以采用信息隱藏技術(shù)，在交易雙方的任何一方發(fā)送或者接收信息時(shí)，必須把自己的數(shù)字簽名和身份信息、以二進(jìn)制的方式嵌入到要傳遞的信息中去。接收方在收到后對它的簽名進(jìn)行認(rèn)證。一般來說，在嵌入這類信息時(shí)，同時(shí)要加上時(shí)間戳作為另外一層防護(hù)。 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 51 頁 3 圖像信息隱藏技術(shù) 目前信息隱藏研 究中使用的載體信息有幾種：文本、圖像、語音信號(hào)、視頻信號(hào)和應(yīng)用軟件。數(shù)字圖像由于大量存在，因而被研究最多的是圖像中的信息隱藏，而且，圖像信息隱藏所研究的方法往往經(jīng)過改進(jìn)可以輕易地移植到其他的載體中。在國內(nèi) 15種有關(guān)圖像工程的重要中文期刊中關(guān)于圖像和信息隱藏的文獻(xiàn)，20xx年有 49篇， 20xx年有 57篇， 20xx年有 48篇，信息隱藏已成為圖像技術(shù)中的一個(gè)重要研究熱點(diǎn)。 用于進(jìn)行隱蔽通信的圖像信息隱藏算法可以分為兩大類：基于空域的信息隱藏算法和基于變換域的信息隱藏算法?；诳沼蛐畔㈦[藏算法中的典型算法是LSB算 法，該算法的主要特點(diǎn)是在載體圖像中嵌入的隱藏信息數(shù)據(jù)量大，但是嵌入位置固定，安全性差，嵌入的隱藏信息易被破壞，魯棒性不高；基于變換域信息隱藏算法中的典型算法是離散余弦變換域的信息隱藏算法，該算法嵌入信息能夠抵御多種攻擊，具有較好的魯棒性，并且嵌入方式多種多樣，增加了攻擊者提取的難度，具有一定的安全性，但是該類算法嵌入的隱藏信息數(shù)據(jù)量較小，不適合于進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的隱蔽通信。 本章首先介紹了圖像的定義和類型，圖像的數(shù)字化處理過程，灰度直方圖的概念和作用，常用的顏色模型，討論了圖像質(zhì)量評價(jià)方法；然后討論了兩種空域隱 藏算法： LSB替換算法和基于統(tǒng)計(jì)的信息隱藏算法；接著介紹了變換域隱藏算法的原理和優(yōu)越性，在此基礎(chǔ)上討論了基于離散傅里葉變換的圖像信息隱藏算法、基于離散余弦變換 (DCT)的圖像信息隱藏算法、基于離散小波變換的圖像信息隱藏算法，對基于離散余弦變換 (DCT)的圖像信息隱藏算法做了詳細(xì)的論述，給出了算法流程、程序和實(shí)例效果。 數(shù)字圖像處理的基本概念和知識(shí) 圖像 圖像是用各種觀測系統(tǒng)以不同形式和手段觀測客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進(jìn)而產(chǎn)生視知覺的實(shí)體。人的視覺系統(tǒng) (HVS： human Vision 圖像信息隱藏技術(shù)與設(shè)計(jì) 第 14 頁 共 51 頁 system)就是一個(gè)觀測系統(tǒng)，通過它得到的圖像就是客觀景物在人心目中形成的影像。視覺是人類從大自然中獲取信息的最主要的手段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在人類獲取得信息中，視覺信息約占 60％，聽覺信息約占 20％，其他方式獲取的信息加起來約占 20％。由此可見，視覺信息對人類非常重要。同時(shí)，圖像又是人類獲取視覺信息的主要途徑，是人類能體驗(yàn)的最重要、最豐富、信息量最大的信息源。 一幅圖像包含了它所表示的物體的有關(guān)信息，在較廣的定義下，圖像也包括 人眼不能感知的各種“表示”。圖像可根據(jù)其形式或產(chǎn)生方法來分類。為此 ，引入一個(gè)集合論的方法，將圖像的類型用圖 。 圖 圖像的模型 在圖像集合中，包含了所有可見的圖像 (visible image)，即可由人眼看見的圖像的子集，在該子集中又包含幾種不同方法產(chǎn)生的圖像的子集，一個(gè)子集為圖片 (picture)，它包括照片 (photograph)、圖 (drawing)和畫 (painting)。另一個(gè)子集為光學(xué)圖像 (optical image)，即用透鏡、光柵和全息技術(shù)產(chǎn)生的圖像。圖像的另一個(gè)子集是由連續(xù)函數(shù)和離散函數(shù)組 成的抽