【正文】 引 言 信息隱藏將在未來網(wǎng)絡(luò)中保護(hù)信息不受破壞方面起到重要作用 ,信息隱藏是把機(jī)密信息隱藏在大量信息中不讓對手發(fā)覺的一種方法。信息隱藏的方法 有很多種， 基于圖象的信息隱藏檢測技術(shù)是隱寫分析技術(shù)的基礎(chǔ)，對于保障網(wǎng)絡(luò)信息安全和提高信息隱藏算法的安全性具有重要意義。最低有效位算法 LSB（ Least significant bit） 是一種簡單而通用的信息隱藏方法，大部分的多媒體文件（如圖像、音頻和視頻文件等）都可作為 LSB 算法中的載體。本文討論以圖像為載體的 LSB 隱藏算法 。 第一章 緒論 信息隱藏技術(shù)的 來源 隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，網(wǎng)上提供服務(wù)越來越豐富，人們?nèi)缃窨梢酝ㄟ^因特網(wǎng)發(fā)布自己的作品、重要信息和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)貿(mào)易等，但是隨之而出現(xiàn)的問題也十分嚴(yán)重：如作品侵權(quán)更加容易，篡改也更加方便。 計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與普及，數(shù)字音像制品以及其他電子出版物的傳播和交易變得越來越便捷，但隨之而來的侵權(quán)盜版活動也呈日益猖獗之勢。 因此如何既充分利用因特網(wǎng)的便利，又能有效地保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)，已受到人們的高度重視。信息隱藏技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的一個(gè)重要新興課題，內(nèi)容涉及數(shù)據(jù)隱藏、保密通信、密 碼學(xué)等相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域，作為隱蔽通信和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)等的主要手段，正得到廣泛的研究與應(yīng)用。 為了打擊犯罪，一方面要通過立法來加強(qiáng)對知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，另一方面必須要有先進(jìn)的技術(shù)手段來保障法律的實(shí)施。信息隱藏技術(shù)以其特有的優(yōu)勢，引起了人們的好奇和關(guān)注。人們首先想到的就是在數(shù)字產(chǎn)品中藏入版權(quán)信息和產(chǎn)品序列號，某件數(shù)字產(chǎn)品中的版權(quán)信息表示版權(quán)的所有者，它可以作為侵權(quán)訴訟中的證據(jù)，而為每件產(chǎn)品編配的唯一產(chǎn)品序列號可以用來識別購買者，從而為追查盜版者提供線索。此外，保密通信、電子商務(wù)以及國家安全等方面的應(yīng)用需求也推動了信息隱藏 研究工作的開展。 中國自古就有這樣的諺語，叫做“耳聽是虛，眼見為實(shí)”，“百聞不如一見”，英語中也有“ Seeing is believing”的說法。這些都表明人們往往過分相信自己的眼睛，而這正是信息隱藏技術(shù)得以存在和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，在這一研究領(lǐng)域，大量事實(shí)告訴人們：眼見不一定為實(shí)！ 信息隱藏技術(shù)的發(fā)展 歷史上的隱寫術(shù) 現(xiàn)代信息隱藏技術(shù)是由古老的隱寫術(shù) (Steganography)發(fā)展而來的，隱寫術(shù)一詞來源于希臘語，其對應(yīng)的英文意思是“ Covered writing”。隱寫術(shù)的應(yīng)用實(shí)例可以 追溯到非常久遠(yuǎn)的年代。被人們譽(yù)為歷史學(xué)之父的古希臘歷史學(xué)家希羅多德 (Herodotus, 486— 425)，在其著作 [1]中講述了這樣一則故事：一個(gè)名叫 Histaieus 的人籌劃著與他的朋友合伙發(fā)起叛亂，里應(yīng)外合，以便推翻波斯人的統(tǒng)治。他找來一位忠誠的奴隸，剃光其頭發(fā)并把消息文刺在頭皮上，等到頭發(fā)又長起來了，把這人派出去送“信”，最后叛亂成功了。 歷史上諸如此類的隱寫方法還有多種。 17 世紀(jì)，英國的 Wilkins(1614—1672)是資料記載中最早使用隱寫墨水進(jìn)行秘密通信的人，在 20 世紀(jì)的兩次世界大戰(zhàn)中德國 間諜都使用過隱寫墨水 [1]。早期的隱寫墨水是由易于獲得的有機(jī)物 (例如牛奶、果汁或尿 )制成，加熱后顏色就會變暗從而顯現(xiàn)出來。后來隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，在第一次世界大戰(zhàn)中人們制造出了復(fù)雜的化合物做成隱寫墨水和顯影劑。在中國古代，人們曾經(jīng)使用挖有若干小孔的紙模板蓋在信件上，從中取出秘密傳遞的消息，而信件的全文則是為打掩護(hù)用的。 現(xiàn)代信息隱藏技術(shù) 現(xiàn)代又發(fā)明了很多方法用于信息隱藏：高分辨率縮微膠片、擴(kuò)頻通信、流星余跡散射通信、語義編碼 (Semagram)等。其中，擴(kuò)頻通信和流星余跡散射通信多用于軍事上，使敵 手難以檢測和干擾通信信號；語義編碼是指用非文字的東西來表示文字消息的內(nèi)容，例如把手表指針擰到不同的位置可表示不同的含義，用圖畫、樂譜等都可以進(jìn)行語義編碼。 上述各種隱藏消息的手段都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是為了不引起人們的注意和懷疑。 信息隱藏技術(shù)的意義及發(fā)展前景 Inter 上的保密通信和數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)方面的強(qiáng)烈需求，已成為信息隱藏技術(shù)研究的強(qiáng)大推動力。在國家安全和軍事領(lǐng)域，信息隱藏技術(shù)的應(yīng)用前景也不可估量。早在 80 年代初，美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期，信息隱匿技術(shù)就曾被美國軍方所利用，然而如果犯罪分子利用這些技 術(shù)從事破壞活動，就會給社會安定埋下很大的隱患。由此可見，信息隱藏技術(shù)是一把名副其實(shí)的雙刃劍。 目前，由于網(wǎng)絡(luò)通信在發(fā)達(dá)國家發(fā)展較快，信息隱匿技術(shù)在國外已經(jīng)有較廣泛的應(yīng)用，許多大公司都在從事這方面的研究和開發(fā)，如 IBM 公司、 NEC公司等，各國的許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)也都在這一領(lǐng)域進(jìn)行著積極的探索，并且已有大量有價(jià)值的文章公開發(fā)表，一些用于信息隱藏和分析的軟件也已商品化。今后，隨著 Inter 的快速發(fā)展，信息隱藏技術(shù)將會更大范圍地應(yīng)用于民用與商用，這也是各大公司、部門投資開發(fā)該技術(shù)的主要原因。 第二章 信息 隱藏技術(shù) 信息隱藏 的 基本概念和特征 一、 信息隱藏技術(shù)的基本概念 信息隱藏技術(shù) （ Information Hiding） 是利用載體信息的冗余性，將秘密信息隱藏于普通信息之中，通過普通信息的發(fā)布而將秘密信息發(fā)布出去，可以避免引起其他人注意，從而具有更大的隱蔽性和安全性，十分容易逃過攔截者的破解。 二、 信息隱藏技術(shù)的特征 信息隱藏的特征主要有魯棒性、不可感知性、安全性、無歧義性、隱藏能力等。其中魯棒性是指抗拒各種信號處理操作和惡意攻擊的能力，在隱蔽載體不產(chǎn)生明顯降質(zhì)的前提下，所隱藏的信息仍能保持完整性或仍 能被準(zhǔn)確鑒別。無歧義性是指數(shù)字水印所確定的版權(quán)信息能夠被惟一確定地鑒別，不會發(fā)生多重所有權(quán)的糾紛，以判定數(shù)字作品的真正所有者。在滿足魯棒性和不可感知性的前提下，信息隱藏容量足夠大。 信息隱藏和信息加密都有著顯著的區(qū)別。信息加密是利用單鑰或雙鑰密碼算法把明文變換成密文通過公開信道送到接收者手中。非授權(quán)者無法獲知保密信息的具體內(nèi)容，卻能意識到保密信息的存在。信息隱藏則使攻擊者無法直觀地判斷他所監(jiān)視的信息中是否含有秘密信息。 密碼術(shù)和信息隱藏技術(shù)不是互相矛盾、互相競爭，而是相互補(bǔ)充的技術(shù)，他們的區(qū)別在于應(yīng) 用的場合不同，對算法的要求不同，但在實(shí)際應(yīng)用中需要互相配合。將加密技術(shù)融合到信息隱藏技術(shù)中來，并將信息隱藏中數(shù)字水印的經(jīng)典算法加以改進(jìn)也融合進(jìn)信息隱藏技術(shù)，可使整個(gè)信息隱藏過程達(dá)到理論上的最高安全級別。 信息隱藏的基本模型分為四個(gè)階段：預(yù)處理階段、嵌入階段、傳輸階段和提取階段。如圖 1。 圖 1. 信息隱藏的基本模型 信息隱藏技術(shù)的方法 信息隱藏的方法主要有隱寫術(shù)、數(shù)字水印技術(shù)、可視密碼、潛信道、隱匿協(xié)議等。 隱寫術(shù) (Steganography):隱寫術(shù)就是將秘密信息隱藏到看上去普通的信息(如數(shù)字圖像 )中進(jìn)行傳送?，F(xiàn)有的隱寫術(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中、使用信號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。當(dāng)前很多隱寫方法是基于文本及其語言的隱寫術(shù)，如基于同義詞替換的文本隱寫術(shù)， an efficient linguistic steganography for chinese text 一文就描述采用中文的 同義詞替換算法。其他的文本的隱寫術(shù)有基于文本格式隱寫術(shù)等。 數(shù)字水印技術(shù) (Digital Watermark):技術(shù)是將一些標(biāo)識信息 (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系統(tǒng) (如視覺或聽覺系統(tǒng) )覺察或注意到。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?？臻g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表達(dá)水印的信息 ,以達(dá)到嵌入水印的 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視覺最敏感的部分 ,使修改后的系數(shù)隱含數(shù)字水印的信息。 可視密碼技術(shù) :可視密碼技術(shù)是 Naor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 ,而是以人的視覺即可將秘密圖像辨別出來。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還原出隱藏在其中的秘密信息。其后 ,人們又對該方案進(jìn)行了改進(jìn)和發(fā)展。主要的改進(jìn)辦法有：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 。改進(jìn)了相關(guān)集合的造方法 。將針對黑白圖像的可視秘密通信管道 嵌入算法 提取算法 預(yù)處理 秘密信道（ M） 載體（ C） 秘密信息（ M） 預(yù)處理 載體（ C） 密鑰（ K） 密鑰（ K） 共享擴(kuò)展到基于灰度和彩色圖像的可視秘密共享。 現(xiàn)代應(yīng)用：載體文件（ cover file）相對隱秘文件的大?。ㄖ笖?shù)據(jù)含量，以比特計(jì)）越大，隱藏后者就越加容易。 因?yàn)檫@個(gè)原因，數(shù)字圖像（包含有大量的數(shù)據(jù)）在因特網(wǎng)和其他傳媒上被廣泛用于隱藏消息。這種方法使用的廣泛程度無從查考。例如：一個(gè) 24 位的位圖中的每個(gè)像素的三個(gè)顏色分量（紅，綠和藍(lán)）各使用 8 個(gè)比特來表示。如果我們只考慮藍(lán)色的話，就是說有 2 種不同的數(shù)值來表示深淺不同的藍(lán)色。而像 11111111 和 11111110 這兩個(gè)值所表示的藍(lán)色，人眼幾乎無法區(qū)分。因此，這個(gè)最低有效位就可以用來存儲顏色之外的信息，而且在某種程度上幾乎是檢測不到的。如果對紅色和綠色進(jìn)行同樣的操作，就可以在差不多三個(gè)像素中存儲一個(gè)字節(jié)的信息。 更正式一點(diǎn)地說，使隱寫的信息難以探測的，也就是保證“有效載荷”（需要被隱蔽的信號）對“載體”（即原始的信號）的調(diào)制對載體的影響看起來（理想狀況下甚至在統(tǒng)計(jì)上）可以忽略。這就是說，這種改變應(yīng)該無法與載體中的噪聲加以區(qū)別。 從信息論的觀點(diǎn)來看，這就是說信道的容量必須大于傳輸“表面 上”的信號的需求。這就叫做信道的冗余。對于一幅數(shù)字圖像，這種冗余可能是成像單元的噪聲；對于數(shù)字音頻，可能是錄音或者放大設(shè)備所產(chǎn)生的噪聲。任何有著模擬放大級的系統(tǒng)都會有所謂的熱噪聲（或稱“ 1/f”噪聲 )，這可以用作掩飾。另外，有損壓縮技術(shù)（如 JPEG）會在解 壓后的數(shù)據(jù)中引入一些誤差，利用這些誤差作隱寫術(shù)用途也是可能的。 隱寫術(shù)也可以用作數(shù)字水印，這里一條消息（往往只是一個(gè)標(biāo)識符）被隱藏到一幅圖像中，使得其來源能夠被跟蹤或校驗(yàn)。 版權(quán)保護(hù)中的幾種信息隱藏技術(shù) 一、 數(shù)據(jù)鎖定 出版商從降低成本的角度出發(fā)， 可以把多個(gè)軟件或電子出版物集成到一張光盤上出售，盤上所有的內(nèi)容均被分別進(jìn)行加密鎖定，不同的用戶買到的均是相同的光盤，每個(gè)用戶只需付款買他所需內(nèi)容的相應(yīng)密鑰，即可利用該密鑰對所需內(nèi)容解除鎖定，而其余不需要的內(nèi)容仍處于鎖定狀態(tài)，用戶是看不到的。這樣，擁有相同光盤的不同用戶，由于購買了不同的密鑰，便可各取所需地得到光盤上相應(yīng)的內(nèi)容，這為用戶和商家都提供了極大的便利。同理，在 Inter 上數(shù)據(jù)鎖定可以應(yīng)用于 FTP(文件傳送協(xié)議 )服務(wù)器或一個(gè) Web站點(diǎn)上的大量數(shù)據(jù)，付費(fèi)用戶可以利用特定的密鑰對所需要的內(nèi)容解除鎖定 。但隨之而來的問題是，解除鎖定后存于硬盤上的數(shù)據(jù)便可以被共享、拷貝，因此，僅僅依靠使用數(shù)據(jù)鎖定技術(shù)還無法阻止加密鎖定的數(shù)據(jù)被非法擴(kuò)散。 密碼在數(shù)據(jù)鎖定技術(shù)中扮演著重要的角色，如果能做到破譯密碼的代價(jià)高于被保護(hù)數(shù)據(jù)的價(jià)值，那么我們就有理由認(rèn)為數(shù)據(jù)鎖定技術(shù)能夠使出版商的利益得到可靠的加密保護(hù)。 二、 隱匿標(biāo)記 這里主要介紹如何利用文字間隔的改變來嵌入隱匿標(biāo)記。 (1)在文本文件中，字與字間、行與行間均有一定的空白間隔，把這些空白間隔精心改變后可以隱藏某種編碼的標(biāo)記信息以識別版權(quán)所有者，而文件中的文字內(nèi)容不需 作任何改動。 (2)現(xiàn)在的激光打印機(jī)具有很高的解析度，可以控制字符使之發(fā)生微小的位移，人眼對字間距、行間距的微小差別并不十分敏感，而現(xiàn)在的掃描儀能夠成功地檢測到這一微小的位移。我們用掃描儀可以高分辨率地獲得印刷品的圖像，并通過適當(dāng)?shù)慕獯a算法找到其中的隱匿標(biāo)記。 (3)利用 ASCII 字符的顯示特性，用那些在 CRT 上不顯示出來的字符作為隱匿信息嵌入文件中，一般的文字處理器讀不出這些信息，而利用特定的軟件進(jìn)行解碼運(yùn)算可以讀出隱匿信息 [2]。 在 20 世紀(jì) 80 年代的英國，有過關(guān)于隱匿標(biāo)記的一個(gè)典型應(yīng)用實(shí)例 [3]。當(dāng)時(shí)的英國首相瑪格麗特?撒切爾夫人發(fā)現(xiàn)政府的機(jī)密文件屢屢被泄露出去，這使她大為光火。為了查出泄露機(jī)密文件的內(nèi)閣大臣，她使用了上述這種利用文字間隔嵌入隱匿標(biāo)記的方法，在發(fā)給不同人的文件中嵌入不同的隱匿標(biāo)記，雖然表面看文件的內(nèi)容是相同的，但字間距經(jīng)過精心的編碼處理，使得每一份文件中都隱藏著唯一的序列號，不久那個(gè)不忠的大臣就被發(fā)現(xiàn)并受到了應(yīng)有的懲罰。 三、 數(shù)字水印 數(shù)字水印是鑲嵌在數(shù)據(jù)中，并且不影響合法使用的具有可鑒別性的數(shù)據(jù)。它一般應(yīng)當(dāng)具有不可察覺性、抗擦除性、穩(wěn)健性和可解碼性。改變圖像中的像素點(diǎn)可以嵌 入數(shù)字水印信息，在一個(gè)很大的宿主文件中嵌入的隱匿信息越少就越難以被察覺。帶寬和不可察覺性之間可以根據(jù)不同的應(yīng)用背景取