【正文】 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 第 1 章 緒論 引言 自 20 世紀(jì) 90 年代初以來(lái)，信息隱藏技術(shù)作為信息安全中的新的重要課題引起了國(guó)際學(xué)術(shù)界的普遍重視。古老的隱寫(xiě)術(shù)是現(xiàn)代信息隱藏技術(shù)的鼻祖。隱寫(xiě)術(shù)通過(guò)把秘密信息附加在待傳遞的普通信息上實(shí)現(xiàn)隱蔽傳輸。英國(guó)人 Wilkins(16141672)是資料中記載的最早使用隱寫(xiě)墨水進(jìn)行秘密通信的人。九十年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)、通信與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相互促進(jìn)與發(fā)展，使得全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋率飛速上升。因此，加密技術(shù)不能跟蹤版權(quán)?，F(xiàn)代信息隱藏技術(shù)針對(duì)日益繁雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸安全問(wèn)題，運(yùn)用密碼學(xué)的基本理論，發(fā)展了古代隱寫(xiě)術(shù)，使得傳統(tǒng)的隱寫(xiě)技術(shù)適應(yīng)現(xiàn)代的傳輸介質(zhì)，并 且形成了一些獨(dú)特的技術(shù)形式。數(shù)字水印技術(shù)解決了密 碼技術(shù)不能跟蹤版權(quán)的問(wèn)題。信息隱藏是在圖像、聲音、視頻、文本等數(shù)字媒體信號(hào)中嵌入不可察覺(jué)的隱蔽數(shù)據(jù)。 數(shù) 字水印的發(fā)展現(xiàn)狀 數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展很快，研究數(shù)字水印的文章陸續(xù)發(fā)表 ， 且文章數(shù)呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，幾個(gè)有影響的國(guó)際會(huì)議（如 IEEE ICIP、 IEEE ICASSP 、 ACM Multimedia等）以及一些國(guó)際權(quán)威雜志相繼出版了數(shù)字水印的專輯 [3] [4]。隨后提出感知模型 [5]、自適應(yīng)魯棒水印算法 [6]，還有 更精確的 Communication With side information 模型 [7]，以及后來(lái)提出的基于矢量化的方法和基于奇異值分解的魯棒水印算法 [8]。近年來(lái)還出現(xiàn)了許多其他方法，例如基于小波變換的有損壓縮嵌入技術(shù) [10]，具有抗壓縮的能力；通過(guò)修改量表嵌入數(shù)據(jù)，在提高嵌入量的同時(shí)能達(dá)到很高的隱蔽性。近年來(lái)的一些研究成果包括Memon 等基于圖像和音頻質(zhì)量測(cè)度的隱寫(xiě)檢測(cè)技術(shù) [13]，以及 Westfeld 針對(duì) MP3steg等幾種隱寫(xiě)算法進(jìn)行的低嵌入量隱寫(xiě)分析 [14]。有人針對(duì) LSB 嵌入法和基于壓縮圖像的隱寫(xiě)，結(jié)合安全性考慮作了理論分析 [15][16]。 第 2 章：主要介紹 信息隱藏的基本原理和方法，數(shù)字圖像的格式，軟件設(shè)計(jì)采用的算法。圖像是使用最廣泛的信息載體， 基于數(shù)字圖像的信息隱藏有較大的信息容量，因此數(shù)字圖像是信息隱藏技術(shù)主要的載體之一。 由于信息隱藏 不易被發(fā) 現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn) ， 信息隱藏技術(shù) 將在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)中保護(hù)信息 方面起到重要作用 ?；诖?，信息隱藏的目的不是限制資料信息的交流存取，而在于保證隱藏信息不被察覺(jué)和破壞，不但隱藏了信息的內(nèi)容而且隱藏了信息的存在性。廣義上的信息隱藏技術(shù)包括隱寫(xiě)術(shù)、數(shù)字水印、數(shù) 字指紋、隱蔽信道、低截獲概率通信等等；從狹義上看，西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 信息隱藏就是將某一機(jī)密信息秘密隱藏于另一公開(kāi)的信息中，然后通過(guò)公開(kāi)信息的傳輸來(lái)傳遞機(jī)密信息。隱寫(xiě)術(shù)將某一機(jī)密信息隱藏于另一公開(kāi)的載體中，然后通過(guò)公開(kāi)的載體來(lái)傳遞機(jī)密信息。跟蹤盜版行為或者提供產(chǎn)品的附加信息。信息之所以能夠隱藏在多媒體數(shù)據(jù)中是因?yàn)椋浩湟唬嗝襟w信息本身存在很大的冗余性。 信息隱藏基本原理 信息隱藏技術(shù)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，其基本原理是整合密碼技術(shù)成熟的加密功能，以最終消費(fèi)者無(wú)法感知的變化為改變限度，把待傳遞的秘密 信息嵌入到另一公開(kāi)傳輸?shù)男畔⒅?。接受方使用已?gòu)建的提取算法從接收的數(shù)字媒介 M”中獲得信息比特流 S’。預(yù)處理算法和后處理算法是互逆的，嵌入算法和提取算法也是互逆的。因此，在除去圖 21 中虛線框部分之后，圖中剩余部分可看做密碼技術(shù)的基本模型或基本操作流程。即用一個(gè)秘密信息替換或修改另一個(gè)信號(hào)中的冗余部分。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)信息隱藏技術(shù)可作如下分類 ： 。在空域?qū)崿F(xiàn)信息的隱藏多采用替換法。 （ 2） 統(tǒng)計(jì)隱藏法 對(duì)靜止圖像來(lái)說(shuō)，根據(jù)圖像中像素的統(tǒng)計(jì)特征來(lái)將信息嵌入到像素的亮度值中，如隨機(jī)選取 N 個(gè)像素點(diǎn) (a,b)， a 的亮度值增加 1， b 的亮度值減 1，從而保持整 個(gè)圖像的平均亮度不變?；谧儞Q域的技術(shù)可以嵌入大比特量的數(shù)據(jù)而不會(huì)引起可察覺(jué)的變化。目前使用的 JPEG、 MPEG 圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，采用的就是 DCT 圖像變換，因此 DCT 域中的水印嵌入規(guī)則對(duì) JPEG 壓縮具有較強(qiáng)的健壯性，更容易避免 JPEG、 MPEG 壓縮攻擊。它具有如下優(yōu)點(diǎn)：在頻域中嵌入的信號(hào)能量可以分布到所有像素上，有利于保證水印的不可見(jiàn)性；在頻域中可以利用人類視覺(jué)系統(tǒng)的某些特性，更方便、更有效地進(jìn)行編碼。圖像所有者知道水印的位置和內(nèi)容，在驗(yàn)證水印時(shí)很容易把擴(kuò)散到所有頻帶上的微弱信號(hào)集中起來(lái)得到高信噪比的水印信號(hào)。實(shí)際操作中接收者必須能區(qū)分修改和未修改的部分。接收方必須得到原始圖像才能測(cè)量與隱藏對(duì)象的差異，進(jìn)而重構(gòu)發(fā)信方相應(yīng)于秘密信息的修改次序。這種免疫力的關(guān)鍵是要使隱藏信息部分不易被正常的數(shù)據(jù)操作，如通常 的信號(hào)變換操作或數(shù)據(jù)壓縮所破壞。如具有一致的統(tǒng)計(jì)特性、肉眼無(wú)法區(qū)分隱秘圖像與原始圖像等，當(dāng)然個(gè)別場(chǎng)合也采用可見(jiàn)的水印。 ：指嵌入的秘密信息必須能夠具有足夠多的信息。信息隱藏學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科，在計(jì)算機(jī)、通訊、保密學(xué)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。 信息隱藏的關(guān)鍵技術(shù) 信息隱藏技 術(shù)的關(guān)鍵在于如何處理簽字信號(hào)的魯棒性、不可感知性、以及所嵌入的數(shù)據(jù)量這三者之間的關(guān)系。 。實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)綜合考慮應(yīng)用背景和隱藏效果選擇最合適的信息隱藏算法。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 數(shù)字圖像基本概念 數(shù)字圖像，又稱數(shù)碼圖像或數(shù)位圖像，是二維 圖像 用有限 數(shù)字 數(shù)值 像素 的表示。通常，像素在計(jì)算機(jī)中保存為二維整數(shù)數(shù)阻的 光柵圖像 ，這些值經(jīng)常用 壓縮 格式進(jìn)行傳輸和儲(chǔ)存。 0255 之間表示不同的灰度級(jí)。每一幅圖像表示該物體的一個(gè)橫截面。 文件結(jié)構(gòu) 不同格式的圖像有不同的文件結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)采用 24 位 BMP 格式圖像，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：每個(gè)文件只能非壓縮的存放一幅彩色圖像 ； 文件頭由 54 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)段組成，其中包含有該位圖文件的類型、大小、尺寸及打印格式等信息 ； 從第 55 個(gè)字節(jié)開(kāi)始。結(jié)構(gòu)如下： typedef structtag BITMAPFILEHEADER{ UNIT bfType。 DWORD bfOffBits。 bfReserved1：保留字節(jié)，通常為 0。讀取位圖文件的每個(gè)程序都使用位圖標(biāo)頭來(lái)進(jìn)行文件驗(yàn)證。 LONG biHeight。 DWORD biSizeImage。 DWORD biClrImportant。如果該值是一個(gè)正數(shù)，說(shuō)明圖像是倒向的，如果該值是一個(gè)負(fù)數(shù)，則說(shuō)明圖像是正向的。 biBitCount： 說(shuō)明比特?cái)?shù) /像素 ，其值為 1 24 或 32。當(dāng) 用 BI_RGB 格式時(shí) 可設(shè)置為 0。對(duì)于真彩色圖，圖像數(shù)據(jù)就是實(shí)際的 R、 G、 B 值。對(duì)于真彩色圖，三個(gè)字節(jié)才能表示 1個(gè)像素。 基于彩色靜止圖像的信息隱藏算法 基于彩色靜止圖像的信息隱藏算法 [22]是一種最低有效位替換算法。 基于彩色靜止圖像的信息隱藏算法具體如下： （ 1） 將待隱藏 信息（以下稱簽字信號(hào)）的字節(jié)長(zhǎng)度寫(xiě)入 BMP 文件標(biāo)頭部分的保留字節(jié)中； （ 2） 將簽字信號(hào)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼流； （ 3） 將 BMP 文件圖像數(shù)據(jù)部分的每個(gè)字節(jié)的高 7 位依次異或后再與上述二進(jìn)制數(shù)碼流異或后的結(jié)果寫(xiě)入最低位； 如圖 22 所示 ： 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 圖 22 基于彩色靜止數(shù)字圖像的信息隱藏嵌入過(guò)程 （ 1） 讀 BMP 文件標(biāo)頭部分的保留字節(jié)值，設(shè)為 L，若為 0 則沒(méi)有隱藏信息，終止算法；若不為 0 則其值為隱藏信息的字節(jié)長(zhǎng)度； （ 2） 將 BMP 文件圖像數(shù)據(jù)部分的每個(gè)字節(jié) 8 位依次異或，并保 存其結(jié)果； （ 3） 重復(fù)第（ 2）步，使每 8 個(gè) BMP 文件圖像數(shù)據(jù)部分字節(jié)經(jīng)過(guò)運(yùn)算后組成一個(gè)隱藏信息字節(jié)； （ 4） 重復(fù)（ 2）、（ 3）直到隱藏信息字節(jié)長(zhǎng)度為 L。 = X7⊕ X6⊕ X5⊕ X4⊕ X3⊕ X2⊕ X1⊕ S 設(shè)提取后的簽字信號(hào) 為 S39。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 根據(jù)以上論述，可以得出如下 結(jié)論： （ 1） 由于原始 24 位 BMP 圖像文件隱藏信息后，其數(shù)據(jù)部分字節(jié)數(shù)值最多變化為 1，該字節(jié)代表的像素最多只變化了 1/256，所以，已隱藏信息的 BMP 圖像與未隱藏信息的 BMP 圖像，用肉眼是 看不出差別的； （ 2） 將信息直接嵌入像素 RGB 值的優(yōu)點(diǎn)是嵌入信息的容量與所選取的掩護(hù)圖像的大小成正比； （ 3） 使用這種方法，一個(gè)大小為 32 k 的 24 位 BMP 圖像文件，可以隱藏約 32 k/8=4k 的信息（忽略文件頭不能隱藏?cái)?shù)據(jù)的 54 個(gè)字節(jié)），該方法具有較高的信息隱藏率。 需求分析 根據(jù)軟件 設(shè)計(jì)的要求， 和要實(shí)現(xiàn)的功能， 明確了軟件 需求。 需求描述 軟件主體模塊包括信息嵌入模塊和信息提取模塊；功能模塊有載體文件的正確選擇，待隱藏文件的正確選擇，隱秘圖像的保存，隱秘圖像的選擇，提取文件的保存。 根據(jù)算法、載體圖像和秘密信息、隱秘圖像之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系建立數(shù)據(jù)流圖模型如下： 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 圖 31 信息隱藏模塊數(shù)據(jù)流圖 在信息隱藏過(guò)程中，秘密信息的字節(jié)長(zhǎng)度被傳送給程序，并將其寫(xiě)入圖像文件標(biāo)頭的保留字節(jié)，作為隱秘圖像的標(biāo)頭，載體圖像的圖像數(shù)據(jù)先經(jīng)過(guò)變換再與二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼流異或，結(jié)果寫(xiě)入字節(jié)最低位。然后根據(jù)各模塊功能， 完成詳細(xì)設(shè)計(jì)。 詳細(xì)的步驟如下： （ 1） 打開(kāi)載體 圖片文件； 信息隱藏和恢復(fù) 圖像顯示 信 息提取 加載位圖圖像 文件 保存 信 息嵌入 文件 加載 加載待隱藏文件 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) （ 2） 將秘密信息字節(jié)長(zhǎng)度寫(xiě)入文件標(biāo)頭保留字節(jié)； （ 3） 提取每個(gè)像素點(diǎn)的信息值 ，各字節(jié)高 7 位異或 ； （ 4） 高 7 位異或結(jié)果與秘密信息二進(jìn)制數(shù)據(jù)流異或； （ 5） 異或結(jié)果寫(xiě)入最低位， 保存隱秘圖像； 信息隱藏程序流程圖如下 ： 圖 34 信息隱藏流程圖 開(kāi)始 信息長(zhǎng)度寫(xiě)入文件標(biāo)頭保留字節(jié) 圖像 數(shù)據(jù)各字節(jié)高 7 位依次異或 結(jié)束 秘密信息長(zhǎng)度是否超過(guò)圖像容量 提示待隱藏文件過(guò)大 Y N N Y 打開(kāi)載體圖像 與秘密信息二進(jìn)制數(shù)據(jù)流異或 二進(jìn)制數(shù)據(jù)流結(jié)束 ？ 寫(xiě)入最低位 保存隱 秘 圖像 打開(kāi)隱藏文件 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) （ 1） 提取過(guò)程是信息隱藏的逆過(guò)程，具體步驟如下： （ 2） 打開(kāi)所要提取隱藏信息的圖片文 件； （ 3） 讀文件標(biāo)頭保留字節(jié)值 L，判斷有 無(wú) 隱藏信息； （ 4） 圖像數(shù)據(jù)每個(gè)字節(jié) 8 位依次異或，并保存其結(jié)果； （ 5） 每 8 個(gè)圖像數(shù)據(jù)部分字節(jié)經(jīng)運(yùn)算后組成一個(gè)隱藏信息字節(jié)； （ 6） 重復(fù) 4 步直到隱藏信息字節(jié)長(zhǎng)為 L； 信息提取程序流程圖如下 ： 圖 35 信息提取程序流程圖 開(kāi)始 讀取文件標(biāo)頭保留 字節(jié)值 L 圖像 數(shù)據(jù)各字節(jié) 8 位依次異或 結(jié)束 是否達(dá)到隱藏信息字節(jié)長(zhǎng) L？ Y N N Y 打開(kāi) 隱秘 圖像 L=0？ 保存異或結(jié)果，組成隱藏信息字節(jié) 保存隱藏信息 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 模塊 設(shè)計(jì) 打開(kāi)軟件時(shí)彈出登錄對(duì)話框，輸入正確的用戶名和密碼顯示主窗體，否則關(guān)閉對(duì)話框不顯示主窗體。 DWORD dwFileSize。 pFile = new unsigned char [dwFileSize]。 //記錄下位置 return true。 } 接下來(lái)讀取圖像數(shù)據(jù)，代碼如下： if( m_nPaletteEntries != 0 ) { LOGPALETTE *pLogPal = (LOGPALETTE *) new char [sizeof(LOGPALETTE)+ m_nPaletteEntries*sizeof(PALETTEENTRY)]。 im_nPaletteEntries。 } ( pLogPal )。 //指向位圖數(shù)據(jù)的指針，用來(lái)執(zhí)行處理操作用 bitmap_size = m_dwDibSize (m_pDibBits m_pDib)。 （ 1）位圖保存代碼如下： BOOL CBMPHider::Save( const char *pszFilename ) //保存含有隱藏信息的 bmp { if( m_pDib == NULL ) return( FALSE