【正文】 求。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)度的信號調(diào)制會導(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，也會使得不可感知性下降。(3)嵌入量(Capacity)，指承載信息的載體可以容納秘密信息的多少。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。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。*%￥%￥￥?。ぜ用?011001010101010011100111111010101011隱秘載體S1 密文C消息M 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。載體S隱藏 ?。?amp。**amp。利用這些特點(diǎn)，可以很好地將信息隱藏而不被覺察。(1)多媒體信息本身存在很大的冗余性，從信息論的角度看，未壓縮的多媒體信息的編碼效率是很低的，所以將某些信息嵌入到多媒體信息中進(jìn)行秘密傳送是完全可行的，并不會影響多媒體信息本身的傳送和使用。它把一個有意義的信息(如含有版權(quán)信息的圖像)通過某種嵌入算法隱藏到載體信息中，從而得到隱密載體，非法者不知道這個載體信息中是否隱藏了其它的信息，而且即使知道，也難以提取或去除隱藏的信息。本文內(nèi)容主要如下：(1)信息隱藏技術(shù)的背景、研究意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，信息隱藏技術(shù)的基本原理，信息隱藏技術(shù)的術(shù)語和模型，信息隱藏系統(tǒng)的基本屬性，信息隱藏技術(shù)的分支及其應(yīng)用。還沒有找到自己的理論依據(jù)，沒有形成理論體系。運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)信息論中率失真及隨機(jī)編碼等理論對安全性限制下的隱寫容量進(jìn)行了研究。各類研討會總結(jié)、交流國內(nèi)外近年來關(guān)于信息隱藏的先進(jìn)技術(shù)和重大應(yīng)用，研討具有創(chuàng)新意義的研究方法、前沿動態(tài)及發(fā)展趨勢。1999年12月，我國信息安全領(lǐng)域的何德全、周仲義、蔡吉人與有關(guān)應(yīng)用研究單位聯(lián)合發(fā)起并組織召開第一屆全國信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(CMW1999)。一些隱寫分析方法要求無限的計(jì)算能力和關(guān)于載體的詳細(xì)統(tǒng)計(jì)知識，這往往不現(xiàn)實(shí)，于是人們提出了實(shí)用的隱寫安全性概念。對隱寫分析的研究也取得了不少的進(jìn)展。從1996年以后提出了一些成功的隱寫方法，還出現(xiàn)了一些隱寫工具。為了便于學(xué)術(shù)交流，1996年5月，國際第一屆信息隱藏學(xué)術(shù)討論會(International Information Hiding Workshop，mw)在英國劍橋牛頓研究所召開，對信息隱藏的部分英文術(shù)語和學(xué)科分支進(jìn)行了統(tǒng)一和規(guī)定，標(biāo)志著一門新興的交叉學(xué)科——信息隱藏學(xué)的正式誕生。設(shè)計(jì)高度安全的隱寫方法是一項(xiàng)富于挑戰(zhàn)性的課題，而對隱寫的準(zhǔn)確性分析往往比隱寫本身更加困難。高度發(fā)達(dá)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息共享和交流變得非常普遍和容易。需要指出的是，存在另一種與穩(wěn)健水印性質(zhì)相反的水印，稱為易損水印(fragile watermarks)，它們被用來證實(shí)原始媒體是否被改變過。因此穩(wěn)健性是數(shù)字水印的最基本要求之一。為了增加破譯的難度，還可以把加密技術(shù)和隱藏技術(shù)相結(jié)合，即先對待嵌入對象進(jìn)行加密得到密文，再把密文隱藏到載體對象中，最后通過載體的傳輸來傳遞機(jī)密信息，達(dá)到藏匿消息的目的。由于加密技術(shù)的局限性，最近十幾年以來，一種新的信息安全技術(shù)——信息隱藏技術(shù)(Information Hiding)迅速地發(fā)展起來。密碼技術(shù)是信息安全技術(shù)領(lǐng)域的主要傳統(tǒng)技術(shù)之一，是基于香農(nóng)信息論及其密碼學(xué)理論的技術(shù)，一般采用將明文加密成密文的秘密密鑰系統(tǒng)或者公開密鑰系統(tǒng)，其保護(hù)方式都是控制文件的存取，即將文件加密成密文，使非法用戶不能解讀。但同時計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也成為犯罪集團(tuán)、非法組織和有惡意的個人利用的工具。1 前言本章主要介紹信息隱藏技術(shù)的背景和研究意義、國內(nèi)外信息隱藏技術(shù)研究現(xiàn)狀，列舉了本文的主要研究內(nèi)容，最后給出了全文的結(jié)構(gòu)安排。從惡意傳播計(jì)算機(jī)病毒，到非法入侵要害部門信息系統(tǒng)，竊取重要機(jī)密甚至使系統(tǒng)癱瘓；從計(jì)算機(jī)金融犯罪，到利用表面無害的多媒體資料傳遞隱蔽的有害信息等等，對計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)進(jìn)行惡意攻擊的手段可謂層出不窮。但加密技術(shù)主要適用于文本的加密，而對音頻、視頻、圖像等多媒體數(shù)據(jù)類型來說，由于它們的數(shù)據(jù)量往往很大，如何對超大數(shù)據(jù)量的多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的加、解密仍是一個難題。信息隱藏的淵源可以追溯到古希臘的隱形技術(shù)(Steganography)，其希臘文的字面意思是“掩飾性地寫”，也就是把一種信息隱藏于另一種信息中。信息隱藏技術(shù)在保密通信、版權(quán)保護(hù)等領(lǐng)域中都具有廣泛的應(yīng)用價值，根據(jù)不同的應(yīng)用背景，信息隱藏技術(shù)可以分為隱寫術(shù)(Steganography)和數(shù)字水印(Digital Watermarking)兩個重要分支。數(shù)字水印的穩(wěn)健性是指水印圖像經(jīng)過一些常見的改變后，水印仍具有較好的可檢測性。穩(wěn)健性在整個水印系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有非常重要的分量，這也是將隱寫術(shù)和數(shù)字水印區(qū)別對待的原因之一。信息隱藏技術(shù)的研究在信息安全領(lǐng)域中具有重要的地位，它對于軍事、情報、國家安全方面的重要意義不言而喻。數(shù)字隱寫與隱寫分析的交互發(fā)展正方興未艾，成為互聯(lián)網(wǎng)時代信息戰(zhàn)技術(shù)的一個新課題。1998年，美國政府報告中出現(xiàn)了第一份有關(guān)圖像數(shù)據(jù)隱藏的報告。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編寫的隱寫，應(yīng)用擴(kuò)頻技術(shù)的隱寫法等。己發(fā)表的成果包括面向JPEG圖像隱寫、LSB嵌入、調(diào)色板圖像等隱寫分析法。最多可嵌入多少信息而不會導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)可檢測性是另一個重要問題。CIHW己成為國內(nèi)最具代表性的信息隱藏學(xué)術(shù)交流活動，至今已舉行了六屆全國會議。所謂信息安全只有相對的意義，攻守雙方在不斷發(fā)展和變化中的矛盾統(tǒng)一，因而研究工作也在兩個對立的方向展開。信息隱藏技術(shù)的研究目前已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，國際上先進(jìn)的隱寫技術(shù)現(xiàn)己能做到：使隱藏有其它信息的信息不但能經(jīng)受人的感覺檢測和儀器設(shè)備的檢測，而且還能抵抗各種人為的蓄意攻擊，但是隱寫分析還處于起步探索階段。目前，使用密碼加密仍是網(wǎng)絡(luò)上主要的信息安全傳輸手段，信息隱藏技術(shù)在理論研究、技術(shù)成熟度和實(shí)用性方面都無法與之相比，但它潛在的價值是無法估量的，隨著研究的深入發(fā)展，它將在未來的信息安全體系中發(fā)揮重要的作用。(2)數(shù)字圖像處理的基本概念和知識， 空域隱藏算法，變換域隱藏算法。隱密載體通過信道到達(dá)接收方后，接收方通過檢測器利用密鑰從中恢復(fù)或檢測出隱藏的秘密信息。(2)人的視覺或聽覺感官系統(tǒng)對某些信息都有一定的掩蔽效應(yīng)。 信息隱藏與信息加密原理比較信息隱藏與信息加密都是把對信息的保護(hù)轉(zhuǎn)化為對密鑰的保護(hù)，因此信息隱藏技術(shù)沿用了傳統(tǒng)加密技術(shù)的一些基本思想和概念，但兩者采用的保護(hù)信息的手段不同。 信息加密示意圖信息隱藏則是把一個有意義的信息隱藏在另一個稱為載體的普通信息中得到隱密載體，然后通過普通信息的傳輸來傳遞秘密信息。*（%%amp。 信息隱藏技術(shù)的術(shù)語和模型。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。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ＭǔＲ悦孛苄畔⒋笮∨c載體信息大小之比來表示。在轉(zhuǎn)化方面，增加密文信號的冗余或帶寬會提高魯棒性，而這是以犧牲嵌入量為代價。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。信息隱藏版權(quán)標(biāo)識匿名通信隱寫術(shù)隱蔽信道脆弱的版權(quán)標(biāo)識魯棒的版權(quán)標(biāo)識基于技術(shù)的隱寫術(shù)基于語意的隱寫術(shù)不可見水印可見水印數(shù)字指紋數(shù)字水印 信息隱藏的主要分支信息隱藏的四個主要分支包括：隱蔽信道(Covert channel)、匿名通信(Anonymity)、隱寫術(shù)(Steganography)和版權(quán)標(biāo)識(Copyright marking)。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。(2)匿名技術(shù)通信匿名技術(shù)是不暴露身份和個人特征的一種技術(shù)，該技術(shù)主要應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下。它同時也可以用于個人、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人的電子郵件業(yè)務(wù)保護(hù)等。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)。當(dāng)需要時，可以通過實(shí)時地掃描票據(jù)來判斷水印的有無，辨別票據(jù)的真?zhèn)?。這時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，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。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。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。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％。圖像可根據(jù)其形式或產(chǎn)生方法來分類。圖像的另一個子集是由連續(xù)函數(shù)和離散函數(shù)組成的抽象的數(shù)學(xué)圖像，其中后一種是能被計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字圖像(digital image)。為了便于計(jì)算機(jī)處理和存儲，需要將連續(xù)的圖像在坐標(biāo)空間XY和性質(zhì)空間F都離散化。在不致引起混淆的情況下我們?nèi)杂茫甪(x,y)表示數(shù)字圖像,f,x和y都在整數(shù)集合中取值。采樣時要滿足“采樣定理”。量化就是把采樣點(diǎn)上表示亮暗信息的連續(xù)量離散化后，用數(shù)字來表示。把真實(shí)值f和量化值f0 之差稱為量化誤差。另一種量化方法是非均勻量化，它是依據(jù)一幅圖像具體的灰度值分布的概率密度函數(shù)，按總的量化誤差較小的原則來進(jìn)行量化。數(shù)字化之后的圖像用一個矩陣表示g=[g(x，y)]式中x、y是整數(shù)，且1≤x≤M，I≤Y≤N，表示矩陣的大小為M*N．其中M為采樣的行數(shù)N為采樣的列數(shù)。 數(shù)字圖像的灰度直方圖灰度直方圖是數(shù)字圖像的重要特征之一。在圖像處理中常用的是歸一化的直方圖P(Rk)。值得一提的是，灰度直方圖只能反映圖像的灰度分布情況，而不能反映圖像像素的位置，即丟失了像素的位置信息。 P(R) 0 255 灰度直方圖示例 常用顏色模型所謂顏色模型就是指某個三維顏色空間中的一個可見光子集，它包含某個顏色域的所有顏色。1．RGB模型RGB顏色模型基于笛卡兒三維直角坐標(biāo)系，3個軸分別為紅、綠、藍(lán)三基色，各個基色混合在一起可以產(chǎn)生復(fù)合色。紅藍(lán)綠黃=紅+綠品紅=紅+藍(lán)青=綠+藍(lán)白=紅+綠+藍(lán) RGB混合效果 藍(lán)(0,0,1) 青(0,1,1) 白(1,1,1) 品紅(1,0,1) 黑(0,0,0) 綠(0,1,0) 紅(1,0,0) 黃(1,1,0) RGB立方體根據(jù)這個模型，一幅彩色圖像每個像素的顏色都用三維空間的一個點(diǎn)來表示，由紅、綠、藍(lán)三基色以不同的比例相加混合而產(chǎn)生的。圓錐的頂面對應(yīng)于V=1，代表的顏色較亮。在圓錐的頂點(diǎn)處，V=0，H和S無定義，代表黑色，圓錐頂面中心處S=0，V=1，H無定義，代表白色，從該點(diǎn)到原點(diǎn)代表亮度漸暗的白色，即不同灰度的白色。其做法是：在一種純色中加入白色以改變色濃，加入黑色以改變色深，同時加入不同比例的白色，黑色即可得到不同色調(diào)的顏色。圖像處理中的編碼技術(shù)，就是在保持編碼圖像一定質(zhì)量的前提下，以盡可能少的比特?cái)?shù)來表示圖像。逼真度是指評價圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像的偏離程度，圖像的可懂度則是表示圖像能向人或計(jì)算機(jī)提供信息的能力。最常用的有均方根誤差(RMSE：Root Mean Squared Error)和峰值信噪比(PSNR：Peak Signal to Noise Ratio)，它們的表達(dá)式為 (34) (35) 其中，f(x，y)和g(x，y)分別表示原始圖像和隱密圖像(或恢復(fù)圖像)，M,N分表示圖像的寬與高，且x=1,2，．．M，y=1,2，．．．，N。這是因?yàn)榫礁`差和峰值信噪比是從總體上反映原始圖像和隱密圖像(或恢復(fù)圖像)的差別，并不能反映一幅圖像中少數(shù)像素點(diǎn)有較大灰度差別和較多像素點(diǎn)有較小灰度差別等各種情況。這種測量方法雖然較好地反映出了圖像的直觀質(zhì)量，但無法應(yīng)用數(shù)學(xué)模型對其進(jìn)行描述，且該方法操作復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中，不能應(yīng)用于實(shí)時傳輸?shù)膱龊?。此外，人眼視覺系統(tǒng)的靈敏度還受到圖像局部空間頻率的影響，大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：影響像素誤差可視度的因素是誤差周圍的局部區(qū)域環(huán)境，而不是整個圖像的背景環(huán)境。整幅圖像的視覺質(zhì)量往往取決于ROI的質(zhì)量，而非ROI的降質(zhì)有時不易覺察?，F(xiàn)在有一些簡單的信息隱藏軟件大多是運(yùn)用LSB和調(diào)色板調(diào)整等相關(guān)技術(shù)將信息隱藏在24bit圖像或256色圖像中，如Hide and Seek，Stego Dos，White Noise Storm，Stools等經(jīng)典信息隱藏軟件。另外，在LSB方法中，也可以不采用直接嵌入的方法，根據(jù)異或的可逆準(zhǔn)則，采用替換的準(zhǔn)則來實(shí)現(xiàn)信息的隱藏。也可以計(jì)算出在8位灰度圖像中進(jìn)行信息隱藏時的數(shù)據(jù)隱藏率，8位灰度圖像的是每個像素隱藏一個信息位，每個像素是由8位來表示，它的LSB信息隱藏率為：1/8，可能看出它的結(jié)果與24位圖像相同，同樣改變兩位或三位