【正文】 就曾報(bào)道過，本．拉登恐怖組織極有可能使用了隱寫工具來傳遞與恐怖活動相關(guān)的信息[8]。隱寫分析是針對隱寫技術(shù)的攻擊方法，它對載體信號進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，判斷載體信號是否藏有秘密的信息，從而達(dá)到檢測、阻截和破壞隱蔽通信的目的[12][13]。 研究內(nèi)容信息隱藏，就是把一個有意義的信息隱藏在另一個稱為載體的信息中，從而得到隱蔽載體。所用的載體可以是文字、圖像、聲音及視頻等。信息隱藏技術(shù)包含的內(nèi)容范圍非常廣泛，分類的方法也是多種多樣。在圖像中應(yīng)用的信息隱藏技術(shù)基本上可以分為兩大類：空域法和頻域法。頻域法是利用某種數(shù)學(xué)變換，將圖像用頻域表示，通過更改圖像的某些頻域系數(shù)嵌入待隱信息，然后再利用反變換來生成隱藏有其它信息的圖像。本文詳細(xì)分析了上述兩種方法的基本原理，對空域法中的最不重要位（LSB）算法進(jìn)行了改進(jìn)并加以實(shí)現(xiàn)。因此，將傳統(tǒng)的密碼學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代的信息隱藏技術(shù)相結(jié)合，就可以更好的保證信息本身的安全和信息傳遞過程的安全。在分析比較現(xiàn)有算法的基礎(chǔ)上，提出自己的算法，并進(jìn)行理論分析以及實(shí)現(xiàn)和分析。 綜合考慮各種因素，提出一種或幾種合理的、效果更好的算法，并進(jìn)行理論分析。 論文的組織結(jié)構(gòu)本論文的整體組織結(jié)構(gòu)如下：第一章是緒論，簡要介紹了本課題的研究背景、研究內(nèi)容以及課題的意義和論文的組織結(jié)構(gòu)。第三章和第四章，分析了自適應(yīng)無損像素值差分隱寫算法研究和基于像素特征的圖像隱寫算法研究，針對現(xiàn)有算法的缺陷，對自適應(yīng)無損像素值差分改進(jìn)算法。最后對論文進(jìn)行了總結(jié)，并對未來需進(jìn)一步研究的工作予以展望。1996年5月第一次國際信息隱藏學(xué)術(shù)研討會在英國劍橋的召開，使這些獨(dú)立的研究團(tuán)體走到一起。成立了信息隱藏的國際性組織。 在國內(nèi)，1999年12月，我國信息安全領(lǐng)域的何德全院士、周仲義院士、蔡吉人院士與有關(guān)研究單位聯(lián)合發(fā)起召開我國第一屆信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(CIHW),己經(jīng)召開8屆研討會。 根據(jù)嵌入域的不同，隱寫術(shù)可以分為空間域隱寫和變換域隱寫。這種技術(shù)具有較大容量，但隱蔽性較差。 空間域最低有效位(1east significant bit，LSB)替換算法是數(shù)字隱寫的經(jīng)典算法，原理雖簡單但安全性較低，目前針對LSB替換的檢測方法有統(tǒng)計(jì)分析法、RS分析法[14]、SPA分析法[15]等。 隱寫系統(tǒng)的模型與特征 隱寫系統(tǒng)的模型系統(tǒng)包括四部分：1) 信息嵌入，即利用嵌入密鑰來實(shí)現(xiàn)嵌入對象的隱藏過程。在提取時(shí)，原始的載體對象可能需要參與也可能不需要參與。4) 隱藏分析，隱藏對象可能會被隱藏分析者截獲并進(jìn)行處理。該模型中尚未包含對秘密信息的預(yù)處理和提取后的后處理。在這個信息隱藏系統(tǒng)模型中還存在一個隱寫分析者，他通常位于偽裝對象傳輸?shù)男诺郎?，并可能對偽裝對象進(jìn)行攻擊。根據(jù)信息隱藏的目的和技術(shù)要求，該技術(shù)存在以下特征：不可察覺性：指嵌入的秘密信息不能使載體對象的品質(zhì)發(fā)生明顯改變，不會影響載體對象的使用價(jià)值，也就是說偽裝對象與載體對象在人類感覺系統(tǒng)下是不可區(qū)分的。不可檢測性：指偽裝對象與載體對象具有一致的特性。這是因?yàn)榻橘|(zhì)本身具有一些與介質(zhì)內(nèi)容相關(guān)的性質(zhì)，當(dāng)嵌入行為發(fā)生時(shí)，便改變了這些特性，既有可能在通信過程中，暴露出秘密通信行為。從隱藏后的介質(zhì)中提取信息時(shí)，也必須擁有相同的嵌入密鑰才能恢復(fù)出信息，非法用戶無法感知秘密信息的存在，或者是即使知道秘密信息的存在，沒有正確的密鑰同樣也無法提取出原始的信息。魯棒性： 也稱為免疫性。這里所謂“改動”包括傳輸過程中的信道噪音、過濾操作、重采樣、有損編碼壓縮、D/A 或 A/D 轉(zhuǎn)換等。如果只從留下的片段數(shù)據(jù)，仍能恢復(fù)隱藏信號，而且恢復(fù)過程不需要宿主信號，這就是所謂的自恢復(fù)性。在信息隱藏的不用應(yīng)用領(lǐng)域，對上述要求是各有側(cè)重的。但對數(shù)字水印來說，魯棒性往往是首要考慮的目標(biāo)。數(shù)字水印技術(shù)是將標(biāo)志產(chǎn)品的作者、所有者、發(fā)行者、使用者、出品時(shí)間等信息按一定的算法嵌入載體信號中。數(shù)字水印的目的是為了保護(hù)載體的版權(quán)。數(shù)字水印技術(shù)的目的不是制止非法復(fù)制，而是鑒別哪些產(chǎn)品是非法復(fù)制品。當(dāng)發(fā)現(xiàn)非法復(fù)制品時(shí)，可根據(jù)非法復(fù)制品中的數(shù)字指紋確定是哪一個使用者對數(shù)字媒體進(jìn)行了非法復(fù)制，以便追究其法律責(zé)任。隱寫則是將秘密信息隱藏在載體中，盡可能不引起第三方的懷疑通過公共信道發(fā)送出去，它更注重隱蔽性。此外，傳送的信息量也必須合理，因?yàn)閭魉鸵环莺喍痰男畔⑷绻枰馁M(fèi)大量載體數(shù)據(jù)和時(shí)間就失去了實(shí)用意義。 圖像隱寫的研究現(xiàn)狀20世紀(jì)90年代中期以來，國內(nèi)外發(fā)表的圖像隱寫分析算法有十幾種之多，方向各有不同大部分屬于統(tǒng)計(jì)特征檢測類。統(tǒng)計(jì)分析方法通常分為卡方統(tǒng)計(jì)、確定區(qū)分統(tǒng)計(jì)量方法和盲檢測分析方法。無論哪種統(tǒng)計(jì)分析方法，基本原理都是利用原始圖像和隱寫圖像之間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)差異來判斷是否隱藏了信息，以及進(jìn)行參數(shù)估算?？沼蚍ㄊ峭ㄟ^直接改變圖像元素的值，來實(shí)現(xiàn)秘密信息的嵌入，一般是在圖像元素的亮度和色帶中嵌入隱藏的內(nèi)容，這種技術(shù)具有較大容量，但隱蔽性較差,如LSB、MLSB、K與隨機(jī)調(diào)制隱寫等算法，LSB算法是用秘密信息替換了載體圖像像素值的最低位，而MLSB是選取像素值的低n位用于嵌入秘密信息，K與隨機(jī)調(diào)制隱寫算法的基本思想是：當(dāng)K等于奇數(shù)時(shí)，總是使像素值的最低比特位等于秘密信息比特，當(dāng)K等于偶數(shù)時(shí)，總是使像素灰度值的次低比特位等于秘密信息比特；而頻域法就是利用某種數(shù)學(xué)變換，將圖像用頻域變換的結(jié)果表示，如DCT、DFT、DWT等變換，通過改變圖像的某些頻域系數(shù)，來實(shí)現(xiàn)秘密信息的嵌入，然后再利用數(shù)學(xué)反變換來生成隱藏有秘密信息的圖像,這種隱寫方便結(jié)合HVS特性，并且與通用的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)兼容，隱蔽性較高?，F(xiàn)有的信息隱藏技術(shù)大都是基于以上兩種方法中的一種實(shí)現(xiàn)的，只是它們所采用的具體算法是有所區(qū)別的。可以這樣說，加密方法是將信息本身進(jìn)行了加密，但是信息的傳遞過程是暴露的，而信息隱藏技術(shù)，則是將信息的傳遞過程進(jìn)行了掩蓋。隱寫分析技術(shù)是對各種媒體進(jìn)行分析，判別其是否隱藏有秘密信息進(jìn)而提取和破壞秘密信息的技術(shù)。經(jīng)過這幾年的研究，一些原先認(rèn)為安全的隱寫技術(shù)被一一攻破。由于提取秘密信息的難度很大，目前的研究主要集中在第一階段即檢測階段上。參考國內(nèi)外文獻(xiàn)給出了信息隱藏技術(shù)的分類和隱寫系統(tǒng)的基本模型。第三章 基于像素特征的圖像隱寫算法研究 引言在信息隱藏中，最經(jīng)典的算法就是 LSB 方法，基于 LSB 的圖像信息隱藏技術(shù)，實(shí)際上是利用圖像的視覺冗余。而當(dāng)對比度比較小時(shí)，人眼的分辨能力更差。LSB 算法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)高容量和較好的不可見性。這種方法主要應(yīng)用于無損壓縮圖像格式，并且數(shù)據(jù)直接處理和提取，容易實(shí)現(xiàn)。一個攻擊者想要完全破壞秘密信息，只需要簡單的應(yīng)用信號處理技術(shù)，如對圖像進(jìn)行壓縮、剪切等，都會使秘密信息收到影響，甚至完全丟失，這將導(dǎo)致接收方無法提取出秘密信息。本章就 LSB 方法提出一種新的利用像素的特征進(jìn)行信息隱寫的算法。為了提高隱寫圖像的質(zhì)量，本章用到了最優(yōu)像素調(diào)整，通過該算法的改進(jìn)，消除了像素差值直方圖的階梯效應(yīng)，有效地抗基于差值直方圖統(tǒng)計(jì)特性異常的隱寫分析；同時(shí)提高信息嵌入量，獲得更好的視覺隱蔽性。一種基于圖像像素邊緣匹配的隱寫算法，它能嵌入較多的秘密信息，并且視覺失真小。利用目標(biāo)像素的相鄰像素值之間的差值進(jìn)行隱寫的算法，該算法根據(jù)每一個像素是否位于邊緣區(qū)域這一性質(zhì)確定信息嵌入量，如果位于邊緣區(qū)域，則選擇合適的信息位數(shù)進(jìn)行嵌入。本章提出了基于像素特征的圖像隱寫算法。如果目標(biāo)像素位于邊緣區(qū)域，則嵌入較多的信息；反之，嵌入較少的隱藏信息。 像素特征改進(jìn)算法 MD5偽隨機(jī)數(shù)算法對MD5算法簡要的敘述可以為：MD5以512位分組來處理輸入的信息，且每一分組又被劃分為16個32位子分組，經(jīng)過了一系列的處理后，算法的輸出由四個32位分組組成，將這四個32位分組級聯(lián)后將生成一個128位散列值。因此，信息的字節(jié)長度（Bits Length）將被擴(kuò)展至N*512+448，即N*64+56個字節(jié)（Bytes），N為一個正整數(shù)。然后，在在這個結(jié)果后面附加一個以64位二進(jìn)制表示的填充前信息長度。這樣做的原因是為滿足后面處理中對信息長度的要求。當(dāng)設(shè)置好這四個鏈接變量后，就開始進(jìn)入算法的四輪循環(huán)運(yùn)算。將上面四個鏈接變量復(fù)制到另外四個變量中：A到a，B到b，C到c，D到d。第一輪進(jìn)行16次操作。再將所得結(jié)果向右環(huán)移一個不定的數(shù)，并加上a、b、c或d中之一。 以一下是每次操作中用到的四個非線性函數(shù)（每輪一個）。該文解析了圖像置亂變換的定義、周期和圖像置亂程度的衡量方法。 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，當(dāng)今社會已經(jīng)進(jìn)入了一個全新的網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代。對傳輸?shù)臄?shù)字圖像進(jìn)行可靠的加密處理，已成為當(dāng)前信息加密領(lǐng)域中重要的研究方向之一。置亂技術(shù)早期是對模擬圖像的位置空間做置換，可看作是從經(jīng)典密碼學(xué)中的單表系統(tǒng)擴(kuò)展而來，而對于數(shù)字化的圖像，置亂加密過程不僅可以在數(shù)字圖像的空間域(包括位置空間和顏色空間)上進(jìn)行，還可以在其頻率域上進(jìn)行，以及空頻域同時(shí)進(jìn)行，合法使用者通過自由控制算法的選擇、參數(shù)的選擇以及使用隨機(jī)數(shù)技術(shù)，從而使非法使用者無法破譯圖像內(nèi)容。一般小波變換系數(shù)并非整數(shù)，使得現(xiàn)有嵌入方法無法直接應(yīng)用于小波系數(shù)上。同時(shí)，小波系數(shù)的大小和人類視覺特性相關(guān)，子帶頻率越高，視覺越不敏感，因此，我們考慮選擇圖像整數(shù)小波高頻子帶系數(shù)為嵌入空間。嵌入位置和嵌入幅度的限制使直接使用濕紙嵌入的嵌入率較低。 本節(jié)算法的數(shù)據(jù)嵌入和提取的流程如圖所示。提取消息時(shí)，同樣先進(jìn)行整數(shù)小波變換，然后提取高頻子帶系數(shù)的LSB和次LSB數(shù)據(jù)構(gòu)成二進(jìn)制載密數(shù)據(jù)流，再用密鑰產(chǎn)生隨機(jī)二進(jìn)制矩陣D，按照濕紙隱寫的提取方法取出秘密信息。按照此原則，計(jì)算系數(shù)閾值 T，大于 T 的系數(shù)作為嵌入位置。因此，第一層嵌入的最大容量為三個高頻子帶的所有非零系數(shù)的個數(shù)，令其為 Cf。因此，可估算雙層嵌入總?cè)萘繛?C=Cf+= 當(dāng)估算的容量大于要嵌入秘密消息量時(shí)，計(jì)算閾值 T，否則認(rèn)為該載體無法提供足夠的隱藏位置，重新選擇載體； 閾值 T 的計(jì)算 為了使嵌入操作對三個高頻子帶的影響相同，算法合并三個高頻子帶的系數(shù)直方圖，計(jì)算統(tǒng)一閾值 T。雙層嵌入的總嵌入量是嵌入位置數(shù)的 倍，其中 LSB 層的嵌入修改決定的，因此只要自適應(yīng)選取 23M 個系數(shù)作為嵌入位置即可滿足嵌入量要求。秘密數(shù)據(jù)量越高，閾值 T 越?。欢d體圖像越復(fù)雜，閾值 T 越大。按照公式判斷高頻子帶嵌密后是否會產(chǎn)生直方圖失真，如果可能產(chǎn)生失真，則先進(jìn)行直方圖調(diào)整。 (4)按照行掃描方式將三個高頻子帶系數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)流X，并利用密鑰key1對數(shù)據(jù)流X置亂，取出其LSB，構(gòu)成比特流：b =LSB( X )，其中集合 L = {bi = LSB(xi)|xi∈E (T)}為可寫元素集；(5)利用密鑰key2產(chǎn)生隨機(jī)二進(jìn)制矩陣D，按照濕紙隱寫的實(shí)現(xiàn)方案計(jì)算對比特流b的修改矢量vLSB，其中需要嵌入修改的位置集合為 F = {vLSBi | vLSBi= 1}。 (7)按照以下原則修改數(shù)據(jù)流X，得到載密數(shù)據(jù)流X39。vsLSBi=0，則 xi39。 vLSBi=1amp。= xi+ 1； Case3:LSB(xi)=1amp。 vsLSBi= 0，則 xi39。vLSBi=1amp。=xi1； Case5:LSB(xi)=1amp。 vsLSBi=1，則 xi39。 根據(jù)密鑰key1恢復(fù) X 39。 （8）進(jìn)行整數(shù)小波逆變換，得到載密圖像。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析原始圖像和隱寫圖像的2鄰點(diǎn)差值直方圖 h (d)如下圖所示：載體圖像隱寫圖像這幅原始圖像和通過改進(jìn)算法隱寫后得到的隱寫圖像的 2 鄰點(diǎn)灰度差值直方圖 h(d)為由圖可知圖像同原始圖像的灰度差值直方圖無明顯的差別，沒有出現(xiàn)在區(qū)間結(jié)合處的明顯階梯效應(yīng)。[txr,txc]=size(tx)。 else tx(i,j)=1000。3 0 0。 0 0 3。1jcolumns。for i=1:txr for j=1:txc if i==1 if j1amp。j=txc fd2=[tx(i,j1) tx(i,j)]+[3 0]。 end end if i=2 if j1amp。jtxc fd5=[tx(i1,j1) tx(i1,j) tx(i1,j+1) tx(i,j1) tx(i,j)]+[4 3 4 3 0]。 continue。 tx(i,j)=min(fd3)。 end if j==txc fd4=[tx(i1,j1) tx(i1,j) tx(i,j1) tx(i,j)]+[4 3 3 0]。 end end endend%后向循環(huán)backward 簡寫bd%分幾種情況討論，如果其值超過邊緣，則不計(jì)其值；%分三種情況：j=columns。j=1。amp。 else fd1=[tx(i,j)]。amp。 tx(i,j)=min(bd5)。 end if j==1 bd4=[tx(i,j) tx(i,j+1) tx(i+1,j) tx(i+1,j+1)]+[0 3 3 4]。 continue。 tx(i,j)=min(bd3)。 本章小結(jié)本章提出一種利用像素性