【正文】 意 學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本題目要求學(xué) 生基于正交變換算法把一文本文檔信息隱藏到一張圖片中，圖片大小沒(méi)有明顯變化，還要實(shí)現(xiàn)該文本文檔信息的提取。但對(duì)信息隱藏技術(shù)而言，可能的監(jiān)測(cè)者或非法攔截者難以從公開(kāi)信息中判斷機(jī)密信息是否存在，因此難以截獲機(jī)密信息。設(shè)計(jì)中根據(jù)軟件功能劃分了功能模塊，將軟 件化整 為零，實(shí)現(xiàn)了模塊化。 結(jié)果 表明，信息隱藏使得秘密信息的通信得到了更高的安全的保障。 the least significant bit (LSB) replacement。信息隱藏只是一個(gè)新的名詞，而不是新的概念。信息隱秘從應(yīng)用方面可分為兩個(gè)主要的研究方向：防檢測(cè)保護(hù)和防修改保護(hù)。在中國(guó)古代，人們也曾通過(guò)把穿有小孔的紙模板蓋在信件上，從孔 中讀出對(duì)方傳遞的秘密消息，而整個(gè)信件起著掩護(hù)的作用。 現(xiàn)代信息隱藏技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)逐漸形成規(guī)模化網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而產(chǎn)生。雖然加密技術(shù)可以防止非法獲得者獲取完整數(shù)字化作品，但一經(jīng)解密，這些作品又與普通合法的作品沒(méi)有差異?？梢哉f(shuō)，隨著計(jì)算機(jī)工業(yè)發(fā)展，現(xiàn)存加密算法形成的安全性會(huì)不斷下降。盡管目前的各種商業(yè)化信息隱藏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)各不相 同，但是絕大多數(shù)都是在版權(quán)保護(hù)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 信息隱藏技術(shù)是近年來(lái)信息安全領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新研究熱點(diǎn)。與數(shù)字水印相比，隱寫(xiě)技術(shù)的研究起步較晚，直到近年來(lái)網(wǎng)絡(luò)信息安全成為突出問(wèn)題，有關(guān)隱寫(xiě)技術(shù)的研究才開(kāi)始呈現(xiàn)明顯的上升勢(shì)頭。 數(shù)字水印的基礎(chǔ)研究主要集中在魯棒水印算法和水 印容量等方面， 90 年代中期，采用通信理論模型，將原始圖像和有意無(wú)意的攻擊看做噪聲，特別是將擴(kuò)頻理西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 論引入后，水印的魯棒性大大增加。適用的技術(shù)包括將 LSB 嵌入法直接用于圖像的像素、顏色指數(shù)、變換系數(shù)、結(jié)合 JPEG和 MP3 編寫(xiě)的隱寫(xiě)，應(yīng)用擴(kuò)頻技術(shù)的隱寫(xiě)法 [9]等。已發(fā)表的成果包括面向 JPEG 圖像隱寫(xiě) [11]、 LSB 嵌入、調(diào)色板圖像等隱寫(xiě)分析法 [12]。最多可嵌入多少信息而不會(huì)導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)可檢測(cè)性是另一個(gè)重要問(wèn)題。 本論文共有四章，各章節(jié)主要內(nèi)容如下： 第 1 章： 信息隱藏技術(shù) 的背景和意義，對(duì)國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究狀況進(jìn)行必要說(shuō)明，并簡(jiǎn)述論文主要工作和文章結(jié)構(gòu)安排。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 第 2 章 信息隱藏技術(shù)概述 引言 信息隱藏技術(shù) 有豐富的 內(nèi)容，它 是集數(shù)學(xué)、密碼學(xué)、信息論和計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體的一個(gè)交叉性學(xué)科， 信息隱藏的基本原理和方法是我們研究和應(yīng)用的根本依據(jù)。信息隱藏的方法主要有隱寫(xiě)術(shù)、數(shù)字水印技術(shù)、可視密碼、潛信道、隱匿協(xié)議等。信息隱藏繼承了信息加密的一些基本思想，但是使用密碼方法有很多缺點(diǎn) ： ，明確地提示攻擊者信息的重要性，容易引起攻擊者的注意，增加被攻擊的可能性 ； 解密后就完全透明了，對(duì)信息的保護(hù)作用也隨之消失。這里的載體可以是圖像，視頻，音頻，也可以是信道，甚至是某套編碼體制或整個(gè)系統(tǒng)。這里的載體形式可以是任何一種數(shù)字媒體，比如圖像、音頻、視頻等。它的基本思想是在數(shù)字圖像、音頻、視頻等數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)，證明產(chǎn)品的真實(shí)可靠性。通常變換后的秘密信息稱(chēng)為數(shù)字水印。利用人類(lèi)的這些特點(diǎn)，就可以很好地將信息隱藏起來(lái)而不被察覺(jué) [17][18][19][20]。嵌入秘密信息的數(shù)字媒介 M’經(jīng)過(guò)信道傳遞給接受方。因此，嵌入秘密信息前后的數(shù)字媒介 M 和 M’，以及傳輸前后的數(shù)字媒介 M’和 M’’，應(yīng)不存在可預(yù)見(jiàn)的差別；應(yīng)保證 m 和 m’一致性。秘密信息 m 進(jìn)行預(yù)處理之后，或進(jìn)行后處理得到解密信息 m’之前，信息處于比特流的形式，這一形式一般是人機(jī)不可讀的，表現(xiàn)為密碼技術(shù)中常見(jiàn)的亂碼。 秘密信息 m 預(yù)處理算法 嵌入算法 數(shù)字媒介 M’ 數(shù)字媒介 M 秘密信息 m’ 后處理算法 提取算法 數(shù)字媒介 M’’ 密鑰 密鑰 信道 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 信息隱藏的方法 及分類(lèi) 在過(guò)去幾 年中，人們已 提出了許多不同的信息隱秘技術(shù)，其中許多技術(shù)都是基于替換方法或修改方法。防篡改要求對(duì)普通攻擊有一定的魯棒性，使得在不降低對(duì)象質(zhì)量且保持其有效性的前提下修改或去除隱藏?cái)?shù)據(jù)是不可能的。 時(shí)空域法： 時(shí)空域法是將秘 密信息嵌入載體對(duì)象的時(shí)域或空域中。該方法實(shí)現(xiàn)速度快，信息隱藏量大，但其抵抗噪聲、壓縮等攻擊的能力差。 變換域法： 變換域法是指將秘密信息嵌入載體對(duì)象的某一變換域中。具體是將信息嵌入到圖像 DCT 系數(shù)中的低頻分量上。 （ 3） 基于 DFT 的頻域方法 DFT 在信號(hào)處理中已經(jīng)被廣泛引用，在水印領(lǐng)域中也很有用處。圖像頻域可被看作信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ蓝】醋?是需傳輸?shù)男盘?hào)。若是傳送 1，就對(duì)載體的一些統(tǒng)計(jì)特征顯著地進(jìn)行修改，否則就不更改載體。這種次序是根據(jù) 要傳輸?shù)拿孛苄畔⒍ǖ?。另外，由于信息隱藏必須考慮隱藏的信息在經(jīng)歷各種環(huán)境、操作之后，仍需具有免遭破壞能力；因此，信息隱藏技術(shù)必須考慮正常的信息操作所造成的威脅，使機(jī)密資料對(duì)正常的數(shù)據(jù)操作技具有免疫能力。信息隱藏對(duì)人的視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)透明，感覺(jué)不到隱秘載體的明顯變化。 ：指對(duì)密鑰的保護(hù)以及嵌入算法有較強(qiáng)的對(duì)抗攻擊能力，能夠抵抗攻擊者一定程度的攻擊，使秘密信息不易被破壞。 ：由于經(jīng)過(guò)一些操作或變換后，可能會(huì)使原圖 產(chǎn)生較大的破壞，如果只從留下的片段數(shù)據(jù)，仍能恢復(fù)隱藏信號(hào)，而且恢復(fù)過(guò)程不需要宿主信號(hào)，這就是所謂的自恢復(fù)性。 ，使其在經(jīng)過(guò)各種操作和變換后仍能很好地回復(fù)，通常采取糾錯(cuò)編碼方法 [18][19][21]。 。由于信息隱藏的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，不同的應(yīng)用背景對(duì)其技術(shù)要求也不盡相同。本設(shè)計(jì)信息隱藏的載體也是數(shù)字圖像，為更清楚地說(shuō)明本設(shè)計(jì)的原理，有必要 先 對(duì)數(shù)字圖像作一些介紹。每個(gè)像素具有整數(shù)行（高）和列（寬）位置坐標(biāo)，同時(shí)每個(gè)像素都具有整數(shù)灰度值或顏色值。 灰度圖像 ： 圖像中每個(gè)像素可以由 0(黑 )到 255(白 )的亮度值表示。 三維圖像 ： 三維圖像是由一組堆棧的二位圖像組成。 SVG 格式作為 W3C 的標(biāo)準(zhǔn)格式在網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用越來(lái)越廣。 標(biāo)頭包含位圖文件的類(lèi)型大小信息和版面信息。 UNIT bfReserved2。 bfSize：指定文件大?。ㄒ宰止?jié)為 單位）。 現(xiàn)在已經(jīng)知道位圖文件標(biāo)頭的用途就是標(biāo)識(shí)位圖文件。 LONG biWidth。 DWORD biCompression。 DWORD biClrUsed。注：這個(gè)值除了用于描述圖像的高度之外，它還有另一個(gè)用處，就是指明該圖像是倒向的位圖，還是正向的位圖。 biPlanes： 為目標(biāo)設(shè)備說(shuō)明位面數(shù)，其值將總是被設(shè)為 1。 biSizeImage： 說(shuō)明 圖像 大小，以字節(jié)為單位。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 對(duì)于用到調(diào)色板的位圖， 圖像 數(shù)據(jù)就是該像素顏在調(diào)色板中的索引值。對(duì)于256 色位圖，一個(gè)字節(jié)剛好可以表示 1 個(gè)像素。也就是說(shuō)，從文件中最先讀到的是圖像最下面一行的左邊第一個(gè)像素，然后是左邊第二個(gè)像素 …… 接下來(lái)是倒數(shù)第二行左邊第一個(gè)像素，左邊第二個(gè)像素 …… 依次類(lèi)推 ，最 后得到的是最上面一行的最右一個(gè)像素。 由于最低比特位對(duì)像素值的貢獻(xiàn)最小，其發(fā)生變化時(shí)對(duì)圖像的影響也最小，幾乎不可察覺(jué) ，故載體圖像和隱秘圖像沒(méi)有明顯差別。 其中： X039。 =(X7⊕ X6⊕ X5⊕ X4⊕ X3⊕ X2⊕ X1⊕ X7)⊕ (X6⊕ X5⊕ X4⊕ X3⊕ X2⊕ X1⊕ S) =(X7⊕ X6⊕ X5⊕ X4⊕ X3⊕ X2⊕ X1⊕ X7)⊕ (X6⊕ X5⊕ X4⊕ X3⊕ X2⊕ X1)⊕ S =S 證畢。 其中編碼實(shí)現(xiàn)是 以 C++語(yǔ)言 作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，以 Visual Studio 2020 為 開(kāi)發(fā) 工具完成的 。 為滿(mǎn)足信息隱藏的安全特性，需對(duì)軟件的使用權(quán)限進(jìn)行限制。隱藏成功后，將顯示隱藏前后圖像對(duì)比；圖像顯示，圖像能按原始大小也能適應(yīng)窗口。 秘密信息 長(zhǎng)度 判斷 讀取 字節(jié)長(zhǎng) 度 像素值變換 隱秘圖像 文件數(shù)據(jù) 字節(jié)長(zhǎng)度 二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼流 文件標(biāo)頭 像素值 秘密信息 載體圖像 像素值變換 記錄字節(jié)長(zhǎng)度 最低位替換 隱秘圖像 文件大小 文件標(biāo)頭 像素值 二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼流 新文件標(biāo)頭 變換后像素值 新像素值 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)各模塊之間的聯(lián)系，完成了體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)模塊之間的聯(lián)系建立軟件結(jié)構(gòu)圖，如圖 33 所示 ： 圖 33 軟件結(jié)構(gòu)圖 詳細(xì)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)用 24 位 BMP 位圖作為載體 ，圖片文件的度量單位是由像素點(diǎn)構(gòu)成，許多不同顏色值的像素點(diǎn)組合在一起就可以構(gòu)成一張圖 片，在對(duì)圖片文件進(jìn)行操作時(shí)就是以像素點(diǎn)為基本單位進(jìn)行操作，將 信息隱藏在像素點(diǎn)中，像素點(diǎn)是由 8 位二進(jìn)制值組成，只要將信息隱藏到二進(jìn)制中就可以 ， 本設(shè)計(jì)采用最低有效位替換法，將像素值高 7 位依次異或再與秘密信息二進(jìn)制數(shù)據(jù)流異或后寫(xiě)入最低位。 if( !( pszFilename, CFile::modeRead ) ) return( FALSE )。 unsigned char *pFile。 q = pFile。 else embfile_size = + 65535。 for( int i=0。 pLogPalpalPalEntry[i].peBlue = m_pPalette[i].rgbBlue。 //24 位位圖 p = m_pDibBits。 } 該模塊完成 位圖保存和隱藏文件保存功能。 try { 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 。 CFile cf。//真正的位圖數(shù)據(jù) 大?。闯^結(jié)構(gòu)外） tag = 。 delete [] pLogPal。 i++ ) { pLogPalpalPalEntry[i].peRed = 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) m_pPalette[i].rgbRed。 if( pLogPal != NULL ) { pLogPalpalVersion = 0x300。 （ 2）位圖載入函數(shù) 載入位圖時(shí)首先讀取文件標(biāo)頭，讀取保留字節(jié)判斷是否有隱藏信息，主要代碼如下： if( m_pDib != NULL ) delete m_pDib。 登錄開(kāi)始 結(jié)束 輸入用戶(hù)名、密碼 用戶(hù)名密碼是否正確 打開(kāi)主窗體 N Y 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) ( pFile, dwFileSize )。 dwFileSize = ()。程序流程圖如下： 圖 36 登錄模塊流程圖 程序?qū)崿F(xiàn) 該模塊實(shí)現(xiàn)文件的待隱藏文件和圖像文件的打開(kāi)路徑選擇，文件選擇，文件加載。 依托主窗體將各模塊聯(lián)系起來(lái)，完成整個(gè)軟件的編碼實(shí)現(xiàn)。形成新的值作為隱秘圖像的圖像數(shù)據(jù)部分。打開(kāi)軟件時(shí)，出現(xiàn)登錄對(duì)話(huà)框，登錄出錯(cuò)將不能加載主窗體；對(duì)用戶(hù)而言，僅可以選擇非空的 BMP 位圖文件作為載體圖像；選擇待隱藏文件時(shí)，各類(lèi)型文件均可選取。劃分軟件功能模塊，建立了軟件邏輯模型 。 本章小結(jié) 本章主要闡述 信息隱藏的基本原理和數(shù)字圖像的文件格式以及基于彩色靜止圖像的信息隱藏算法，可以看到基于彩色靜止圖像的信息隱藏算法具有容量大、隱藏率高和不可察覺(jué)的特點(diǎn)，符合信息隱藏技術(shù)的要求且算法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)， 論 文將采用 此算法來(lái)實(shí)現(xiàn)信息隱藏。則 ： S39。 如圖 23 所示 ： 圖 23 基于彩色靜止數(shù)字圖像的信息隱藏提取過(guò)程 可以證明，提取后的信息就是嵌入的簽字信號(hào)。最低有效位替換算法是 ：在隱寫(xiě)前， 先將欲嵌入的秘密信息轉(zhuǎn)換為比特流 ，然后 用 這個(gè)比特流取代載體圖像的最低比特位 ，形成新的圖像。要注意兩點(diǎn)： 第一， 每一行的字節(jié)數(shù)必須是 4 的整倍數(shù)，如果不是，則需要補(bǔ)齊。對(duì)于 2 色位圖，用 1 位就可以表示該像素的顏色 (一般 0 表示黑， 1 表示白 )，所以一個(gè)字節(jié)可以表示 8 個(gè)像素。 biXPelsPerMeter： 說(shuō)明水平分辨率，用 像素 /米表示 biYPelsPerMeter： 說(shuō)明垂直分辨率，用 像素 /米表示 biClrUsed： 說(shuō)明位圖實(shí)際使用的彩色表中的顏色索引數(shù)（設(shè)為 0 的話(huà)，則說(shuō)明使用所有調(diào)色板項(xiàng)） 。 biCompression： 說(shuō)明 圖像 數(shù)據(jù)壓縮的類(lèi)型。大多數(shù)的 BMP 文件都是倒向的位圖，也就是時(shí)，高度值是一個(gè)正數(shù)。 }BITMAPINFOHEADER 對(duì) 以上代碼段中的每個(gè)元素說(shuō)明如下： biSize：指定 BITMAPINFOH