【正文】 成在產(chǎn)品中， 第 4 頁(yè) 共 45 頁(yè) 于是圖片和錄像上就有了 關(guān)于 創(chuàng)建時(shí)的有關(guān)信息，如時(shí)間、所用設(shè)備、所有者信息等 等 相關(guān)信息。數(shù)字水印 的 基本 應(yīng)用 領(lǐng)域 是 來(lái) 版權(quán) 保護(hù) (Copyright Protection) 、 隱 藏標(biāo) 識(shí) (Hidden Annotation) 、認(rèn)證 (Authentication) 和安全不可見(jiàn)通信的 (Secureand Invisible Communieation)。 目前，使用密碼加密仍是網(wǎng)絡(luò)上主要的信息安全傳輸 的 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 等 方面都無(wú)法與之相比，但它潛在的價(jià)值 還是無(wú)法估量的，隨著研究 深入發(fā)展，它將在未來(lái)的信息安全體系 之 中發(fā)揮重要的作用。此外，全國(guó)網(wǎng)絡(luò)與信息安全技術(shù)研討會(huì) （ NetSec） 、中國(guó)可信計(jì)算與信息安全學(xué)術(shù)會(huì)議 （ CTCIS）、 全國(guó)圖像圖形學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議 （ NCIG） 等各類學(xué)術(shù)研討會(huì)都涉及到 了 信息隱藏。 CIHW 己成為國(guó)內(nèi)最具代表 的信息隱藏學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，至今已 經(jīng) 舉行了六屆全國(guó)會(huì)議。 第 3 頁(yè) 共 45 頁(yè) 在國(guó)內(nèi)，以數(shù)字水印為代表的信息隱 藏技術(shù)雖然起步 是 比較晚 的 ，但發(fā)展卻十分 的 迅速，己經(jīng)有相當(dāng)一批有實(shí)力的科研人員和機(jī)構(gòu)投入到這一領(lǐng)域 之 中。 1998 年，美國(guó)政府報(bào)告中出現(xiàn)了第一份 圖像數(shù)據(jù)隱藏的報(bào)告。 自 1998 年以來(lái)，《 IEEE 圖像處理 》 、《 IEEE 會(huì)報(bào)》、《 IEEE 通信選題》、《 IEEE 消費(fèi)電子學(xué)》等許多國(guó)際重要期刊也 組織了信息隱藏的技術(shù)專刊或?qū)ｎ}新聞報(bào)道 [910]。為了方便 學(xué)術(shù)交流， 1996 年 5 月，國(guó) 際第一屆信息隱藏學(xué)術(shù)討論會(huì)（ International Information Hiding Workshop, IHW）在英國(guó) 的 劍橋牛頓研究所召開(kāi)，對(duì)信息隱藏的 一 部分英文術(shù)語(yǔ)和學(xué)科分支進(jìn)行了統(tǒng)一和規(guī)范，標(biāo)志著 的是 一門新興的交叉學(xué)科 —— 信息隱藏學(xué)的正式誕生。信息網(wǎng)絡(luò)上的攻防技術(shù)水平將反映 的是 一個(gè)國(guó)家的科技水平和防范意識(shí)。設(shè)計(jì) 一種 高度安全的隱寫方法是一項(xiàng)富于挑戰(zhàn) 性的課題，而對(duì)隱寫的準(zhǔn)確性判定 往往比隱寫本身更加困難 [12]。它包括 數(shù)字隱寫與隱寫分析兩個(gè)方面。隱寫術(shù)主要考慮的是安全性（即統(tǒng)計(jì)特性上無(wú)法檢測(cè)隱密信息的存在 性 ）和嵌入容量，不可見(jiàn)性等。 但 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， 被 稱為易損水印（ Fragile Watermarks），它們被用來(lái)證實(shí)原始媒體是否被改 動(dòng)過(guò) 。這些改變包括常見(jiàn)的圖像處理 手段 （如數(shù)據(jù)壓縮、低通濾波、圖像增強(qiáng)、一次抽樣、二次量化、 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換等 等 ）、幾何變換和幾何失真、噪聲干擾、多重水?。?Multiple Watermarking）的重疊等。因此穩(wěn)健性是數(shù)字水印最基本要求之一。數(shù)字水印主要是為了保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán) 的 ，通過(guò)在原始媒體數(shù)據(jù)中嵌入信息來(lái)證 實(shí)該媒體的所有權(quán)歸屬 問(wèn)題。從惡意傳播計(jì)算機(jī)病毒，到非法入侵重要 部門信息系統(tǒng)，竊取重要機(jī)密甚至 可 使系統(tǒng)癱瘓；從 用 計(jì)算機(jī) 進(jìn)行金融犯罪，到利用表面無(wú)害的多媒體資料傳遞隱蔽的有害信息 ，對(duì)計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)進(jìn)行惡意攻擊的手段可謂 是 層出不窮。借助 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所提供的強(qiáng)大的多媒體通信功能，人們可以方便、快速地將數(shù)字信息（數(shù)字音樂(lè)、圖像 、影視等方面作品）傳到世界各地，一份電子郵件可以 瞬息間傳遍全球 [17]。 第 1 頁(yè) 共 45 頁(yè) 緒論 本章主要介紹信息隱 藏技術(shù)的背景和研究意義、國(guó)內(nèi)外信息隱藏技術(shù)研究現(xiàn)狀，并給出 全文的結(jié)構(gòu)安排。 信息隱藏技術(shù)的背景和研究意義 從二十世紀(jì)九十年代開(kāi)始，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在全世界范圍內(nèi)取得了迅猛發(fā)展，它極大方便了人們之間的通信和交流。但 在 同時(shí)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(gè)人利用的工具。 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 相當(dāng)廣泛的應(yīng)用價(jià)值，根據(jù)不同 應(yīng)用背景，信息隱藏技術(shù)可以分為兩個(gè)重要分支隱寫術(shù)（ Stegano Graphy）和數(shù)字水印 [8]（ Digital Watermarking）。數(shù)字水印的主要目的不是限制對(duì)媒體訪問(wèn)，而是確保媒體中水印不被篡改或消除。數(shù)字水印中的穩(wěn)健性是指水印圖像經(jīng)過(guò)一些常見(jiàn)改變后，水印仍具有較好 可檢測(cè)性。對(duì)不同 應(yīng)用場(chǎng)合，要求 具 有不同的穩(wěn)健性。穩(wěn)健 性在整個(gè)水印系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有很重要的分量，這也是將隱寫術(shù)和數(shù)字水印分 別對(duì)待的原 第 2 頁(yè) 共 45 頁(yè) 因之一。 因此，信息隱藏技術(shù)的研究在信息安全領(lǐng)域中具有 很 重要的地位，它對(duì)于軍事、情報(bào)、國(guó)家安全方面的重要意義 是不言而喻。一方面要以盡可能隱蔽的方式將信息深藏于浩如煙海的數(shù)字多媒體信號(hào) 之中，毫不引起對(duì)方懷疑而達(dá)到隱蔽通信的 目的；另一方則以各種手段檢測(cè)可疑信息的存在，搜尋敵對(duì)隱蔽通信的信源，隔 斷隱蔽通信的信道。數(shù)字隱寫 與 隱寫分析的交互發(fā)展正 是 方興未艾，成為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代信息戰(zhàn)技術(shù)的一個(gè)新 的課題。 本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 出于對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán) 的保護(hù)和信息安全的需求，自上 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)始對(duì)信息隱藏技術(shù)投入了大量關(guān)注和研究。至今，該研討會(huì)已舉辦到第 七屆。 由于來(lái)自大公司的介入和軍方及財(cái)政部的支持，該技術(shù)研究的發(fā)展速度非常迅速 。目前，己支持或開(kāi)展 研究 信息隱藏研究的機(jī)構(gòu)既有政府部門，也有大學(xué)和知名企業(yè)，它們包括美國(guó)財(cái)政部、美國(guó)版權(quán)工作組、美國(guó)空軍研究院、美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室、德國(guó)國(guó)家信息技研究中心、日本 NTT 信息與通信系統(tǒng)研究中心、麻省理工學(xué)院、伊利諾斯大學(xué)、明尼蘇達(dá)大學(xué)、劍橋大學(xué)、瑞士洛桑聯(lián)邦工學(xué)院、西班牙 Vigo 大學(xué)、 IBM 公司 Watson研究心、微軟公司劍橋研究院等 。 1999 年12 月，我國(guó)信息安全領(lǐng)域 中 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(kāi) 了 第一屆全國(guó)信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)（ CIHW 1999 ） [13]。第六屆（ CIHW2020）于 2020 年 8 月上旬在哈爾濱工業(yè)大學(xué)召開(kāi) 的 ，聚集國(guó)內(nèi)眾多從事多媒體信息安全技術(shù)研究的專家 和學(xué)者，就多媒體信息安全技術(shù)和 數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)等領(lǐng)域的最新研究成果展開(kāi) 了 研討，經(jīng) 42 位專家 的 評(píng)審，從近 150 篇論文中評(píng)審出78 篇組成 出 論文集，發(fā)表在哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)增刊 之 上。各類研討會(huì)總結(jié)、交流 了國(guó)內(nèi)外近年來(lái)關(guān)于信息隱藏的先進(jìn)技術(shù)及 重大應(yīng)用，研討具有創(chuàng)新意義的研究方法、前沿動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)。 本課題的應(yīng)用領(lǐng)域 最初提出數(shù)字水印的目的是為了 來(lái) 保護(hù)版權(quán)，然而隨著數(shù)字水印技術(shù)的 高速 發(fā)展 ， 人們發(fā)現(xiàn)了它更多更廣的應(yīng)用，有許多是當(dāng)初人們所沒(méi)有預(yù)料到的 事 。 當(dāng)數(shù)字水印應(yīng)用于版權(quán) 的保護(hù)時(shí)，潛在的應(yīng)用市場(chǎng)在 電子商務(wù)、在線或離線地分發(fā)多媒體內(nèi)容以及大規(guī)模的廣播服務(wù)，潛在的用戶則有 來(lái)自 數(shù)字產(chǎn)品的創(chuàng)造者和 提供者，電子商務(wù)和圖像軟件 供應(yīng)商，數(shù)字圖像、視頻攝錄機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和 DVD 的制造者等。 VCD 和 DVD 刻錄機(jī)，掃描儀、打印機(jī)和影印機(jī)中也應(yīng)集成 了 自動(dòng)檢測(cè)數(shù)字水印這一模塊，而且這 一模塊 是 無(wú)法繞過(guò)，當(dāng)它們發(fā)現(xiàn)數(shù)字水印信息是未經(jīng) 過(guò) 授權(quán)的刻錄、復(fù)制、掃描、打印或影印時(shí)，它們將拒絕工作，這樣將更有效地保護(hù) 了 數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)，防止未經(jīng) 過(guò) 授權(quán)的復(fù)制和盜用。 數(shù)字水印在認(rèn)證中 的應(yīng)用，主要集中在 于 電子商務(wù)和多媒體產(chǎn)品分發(fā)至終端用戶等領(lǐng)域。數(shù)字水印可 以被自動(dòng)地識(shí)別，上述數(shù)字水印信息就可 提供認(rèn)證服務(wù)。當(dāng)采用數(shù)字水印技術(shù)作為穩(wěn)健 隱蔽通道時(shí)，數(shù)字水印將 會(huì)在國(guó)防和情報(bào)部門得到廣泛的應(yīng)用，在這些部門中傳統(tǒng) 數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)或密寫 術(shù) (Steganography)[14]已得到 數(shù)個(gè)世紀(jì)的應(yīng)用，數(shù)字水印技術(shù)也將 會(huì)在此領(lǐng)域的應(yīng)用中占有一席之地。因此，對(duì)于迅速發(fā)展中的數(shù)字水印技術(shù)，我們必須對(duì)其可能應(yīng)用 新領(lǐng)域有足夠的敏感和意識(shí)。文章介紹了信息隱藏技術(shù)的基本知識(shí) 以及圖像信息隱藏的常用算法，著重討論數(shù)字圖像 置亂技術(shù)和融合技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于 小波變換和置亂融合的圖像水印算法 ，并且運(yùn)用 MATLAB 對(duì)該方法的性能進(jìn)行 了實(shí)驗(yàn)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法具有一定的抗攻擊優(yōu)越性 。 圖像信息隱藏技術(shù)介紹： 主要介紹信息隱藏技術(shù)的基本原理，基本屬性，以及其應(yīng)用。 數(shù)字圖像的置亂技術(shù)： 介紹了圖像置亂技術(shù)的周期性和幾種圖像置亂方法，并著重討論了 Arnold 變換及 其應(yīng)用。 實(shí)驗(yàn)分析及抗攻擊實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)峰值信噪比進(jìn)行比對(duì)來(lái)確定水印好壞，信噪比越大水印性能越好。 第 6 頁(yè) 共 45 頁(yè) 信息隱藏技術(shù)概述 信息隱藏技術(shù)作為一個(gè)新興 起 的研究領(lǐng)域，橫跨數(shù)字信號(hào)處理 技術(shù) 、圖像處理技術(shù) 、語(yǔ)音處理 技術(shù) 、模式識(shí)別 技術(shù) 、數(shù)字通信 技術(shù) 、多媒體技術(shù) 、密碼學(xué) [16]等多個(gè)學(xué)科。加 密載體通過(guò)信道到達(dá)接收方后，接收方通過(guò)檢測(cè)器利用密鑰從 其 中恢復(fù)或檢 測(cè)出隱藏的秘密信息。 多媒體信息本身存在 著很大的冗余性，從信息論 角度看，未 壓縮的多媒體信息 編碼效率是很低 下 的，所以將某些信息嵌入到多媒體 的信息中進(jìn)行秘密傳送是完全可行的，并不會(huì)影響多媒體信息本身的傳送以及 使用。在亮度有變化的邊緣 之 上，該邊界“掩蔽”了邊緣 的 鄰近像素的信號(hào)感覺(jué)，使人的感覺(jué)變得不靈敏、不準(zhǔn)確，這就是視覺(jué) 的掩蔽效應(yīng)。利用這些特點(diǎn)，可以很好地將信息隱藏而不被覺(jué)察 到 。信息加密是把有意義的信息加密為隨機(jī)的亂碼 [16]放出 ，如圖 所示， 第 7 頁(yè) 共 45 頁(yè) 竊聽(tīng)者知道截獲的密文中可能包含重要 信息，但無(wú)法破譯。如圖 所示。 信息隱藏系統(tǒng)的基本屬性 一般情況下，數(shù)字水印系統(tǒng)比較關(guān)鍵的性能指標(biāo) [17]如下 所示 ： 魯棒性（ Robustness） 魯棒性是指含水印作品歷經(jīng)有意或 者無(wú)意的常規(guī)信號(hào)處理卻 仍然保留水印信息的完整性和可檢測(cè)性的能力。魯棒性是面向版權(quán)保護(hù)數(shù)字水印的一項(xiàng)基本要求，但并非所有的數(shù)字水印都必須 有對(duì)信號(hào)處理操 作的魯棒性。脆弱水印就是一個(gè)非常 好的例子。^%^*amp。% 圖 信息加密示意圖 100100100100001110010010010100101011 隱藏 消息 M 隱密載體 S＇ 載體 S 圖 信息隱藏示意圖 第 8 頁(yè) 共 45 頁(yè) 弱特性。遺憾地是，目前還沒(méi)有一個(gè)數(shù)字水印 的方案能夠真正經(jīng)得住攻擊者 任意攻擊，也就是說(shuō)還沒(méi)有一個(gè) 數(shù)字水印 的 方案對(duì)任何形式的攻擊都 必須 具有魯棒性。因此它又被稱 之 為隱蔽性、透明性或不可見(jiàn)性。 水印容量（ Capacity） 水印容量是指在一幅載體 的 作品中能夠嵌入水印信息的最大比特?cái)?shù) 值 。水印容量越大，有助于提高水印 魯棒性，但勢(shì)必會(huì)對(duì)不可感知性帶來(lái)負(fù)面 的 影響；嵌入的水印越少，對(duì)載體 的產(chǎn)品 干擾就越小，但又不利于增強(qiáng)水印 的魯棒性。 安全性（ Security） 魯棒性針對(duì)的是常規(guī)信號(hào)處理操作，而安全性針對(duì)的是主動(dòng)攻擊者對(duì)含水印作品實(shí)施的惡意的破壞和攻擊。在某些實(shí)際應(yīng)用中，攻擊者破壞或篡改水印將得不到任何好處，在這種情況下，幾乎可以不用考慮水印的安全性。在實(shí)際應(yīng)用中，不可能使它們同時(shí)達(dá)到最佳狀態(tài)，而只能根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要在不同性能指標(biāo)之間取得合理的折中（見(jiàn)圖 ） 。 抗否認(rèn)機(jī)制 [18]一般用在電子商務(wù) 之中，這是保證一些個(gè)體或單位不能否認(rèn)自己曾經(jīng)做過(guò) 的一些行為。目 前 的 電子商務(wù)中，一般 是用數(shù)字簽名和身份認(rèn)證來(lái)保證。接收方在收到后對(duì)它的簽名進(jìn)行接收 認(rèn)證。 第 10 頁(yè) 共 45 頁(yè) 圖像信息隱 藏技術(shù) 目前信息隱藏 的 研究 之 中使用的載體信息有 以下 幾種：文本、圖像、語(yǔ)音信號(hào)、視頻信號(hào)和應(yīng)用 軟件等等。數(shù)字水印和信息隱藏已成為圖像 處理 技術(shù)中的一個(gè) 非常重要研究熱點(diǎn)。 LSB 替換算法 最低有效位（ Least Significant Bits， LSB） [18]方法是最早提出來(lái)的最基礎(chǔ)的空域圖像信息隱藏方法， 其它的 許多空域算法都是從它的基本原理進(jìn)行改進(jìn)擴(kuò)展得到的 ，使得 LSB 方法成為使用最 廣泛的隱藏技術(shù)之一。 隱藏原理 LSB 方法 是通過(guò)調(diào)整載體圖像像素值的最低若干有效位 來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的 嵌入 方法 ，使所隱藏信息在視覺(jué)上很難被 他人 發(fā)覺(jué)，而且只有知道 了 秘密信息嵌入的位置才能正確提取出秘密 的 信息。實(shí)際上，對(duì)于 24 bit 真彩色的 圖像，我們?cè)谄渥畹?的兩位甚至三位來(lái)隱藏信息在 視覺(jué)上仍然是不可見(jiàn)的，對(duì)于灰度圖像，改變其最低 的 兩位也能取得較好的效果。異或的簡(jiǎn)單原理如下： abba ??? ?；诋惢虻倪\(yùn)算也有許多可 改進(jìn)的算法，在嵌入的過(guò)程 之 中，首先計(jì)算 出每個(gè)像素灰度值的每一位的異或值，并把所得到 結(jié)果與要嵌入的信息進(jìn)行異或 運(yùn)算，然后 把像素灰度值的最低位全部清零或置為 1，再根據(jù)異或運(yùn)算結(jié)果的值來(lái)改變最低位 信息，實(shí)際上，這相當(dāng)于對(duì)信息進(jìn)行了一層加密 的 處理，嵌入的不再是原始信息 了，而是原始信息 的另外一