信息隱藏技術(shù)培訓(xùn)課件(ppt-48頁(yè))

1、Network and Information Security第6章 信息隱藏技術(shù) 6.1 信息隱藏技術(shù)概述6.1.1 信息隱藏產(chǎn)生背景采用傳統(tǒng)密碼學(xué)理論開發(fā)出來(lái)的加解密系統(tǒng)，不管是對(duì)稱密鑰系統(tǒng)（如DES）還是公開密鑰系統(tǒng)容易引起攻擊者的注意，由此帶來(lái)被破解的可能。除此之外，攻擊者還可以在破譯失敗的情況下將信息破壞，使得合法的接收者也無(wú)法接收信息。采用加密技術(shù)的另一個(gè)潛在缺點(diǎn)是，隨著硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，以及基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的具有并行計(jì)算能力的破解技術(shù)的日益成熟，傳統(tǒng)的加密算法的安全性受到了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。Network and Information Security如何防止數(shù)字產(chǎn)品被非法復(fù)制及傳播，

2、是目前急需解決的問(wèn)題。信息隱藏的首要目標(biāo)是隱藏性好，也就是使加入隱藏信息后的媒體的質(zhì)量降低盡可能小，使人無(wú)法看到或聽到隱藏的數(shù)據(jù)，達(dá)到令人難以察覺(jué)的目的。信息隱藏技術(shù)和傳統(tǒng)密碼技術(shù)的區(qū)別在于:密碼僅僅隱藏了信息的內(nèi)容，而信息隱藏不但隱藏了信息的內(nèi)容而且隱藏了信息的存在。信息隱藏技術(shù)提供了一種有別于加密的安全模式。Network and Information Security6.1.2 信息隱藏基本原理信息隱藏技術(shù)主要由下述兩部分組成：1信息嵌入算法（編碼器），它利用密鑰來(lái)實(shí)現(xiàn)秘密信息的隱藏。2隱蔽信息檢測(cè)/提取算法（檢測(cè)器），它利用密鑰從隱蔽宿主中檢測(cè)/恢復(fù)出秘密信息。在密鑰未知的前提下，第

3、三者很難從隱蔽宿主中得到或刪除，甚至發(fā)現(xiàn)秘密信息。圖6-1 信息隱藏系統(tǒng)模型Network and Information Security6.1.3 信息隱藏系統(tǒng)的特征信息隱藏系統(tǒng)的特征主要有：1魯棒性（Robustness）2不可檢測(cè)性(Undetectability)3透明性(Invisibility)4安全性（Security）5自恢復(fù)性（Self-recovery）6可糾錯(cuò)性（Corrective）Network and Information Security6.1.4 信息隱藏技術(shù)的主要分支與應(yīng)用廣義的信息隱藏技術(shù)分類 Network and Information Securi

4、ty6.2.1 數(shù)字水印系統(tǒng)的基本框架Network and Information Security6.2.2 數(shù)字水印的主要特征1 不可見性（透明性）。2 健壯性。3 確定性。4 安全性。5 數(shù)據(jù)容量。6 計(jì)算復(fù)雜度。其中，不可見性和健壯性是數(shù)字水印最基本的要求，又是相互矛盾的因素。如何在不可見性與健壯性之間取得平衡是數(shù)字水印研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。 Network and Information Security6.2.3 數(shù)字水印分類1 可見水印和不可見水印2 脆弱水印、半脆弱水印和健壯水印3 時(shí)/空域數(shù)字水印和頻域數(shù)字水印4 非盲水印和盲水印5 私有水?。孛芩。┖凸_水印6 對(duì)稱水印

5、和非對(duì)稱水印另外，我們還可以按照數(shù)字水印的內(nèi)容將其分為有意義水印和無(wú)意義水??；按水印所依附的載體分為圖像水印、音頻水印、視頻水印和文本水印等。Network and Information Security6.2.4 數(shù)字水印原理1 水印信息嵌入從圖像處理的角度看，嵌入水印可以視為在強(qiáng)背景（原圖像）下疊加一個(gè)弱信號(hào)（水?。Ｓ捎谌说囊曈X(jué)系統(tǒng)（HVS）分辨率受到一定的限制，只要疊加信號(hào)的幅度低于HVS的對(duì)比度門限，人眼就無(wú)法感覺(jué)到信號(hào)的存在。2 水印信息檢測(cè)水印的檢測(cè)可看成一個(gè)有噪信道中弱信號(hào)的檢測(cè)問(wèn)題，它一般包含水印提取和水印的判定兩個(gè)部分。 Network and Information S

6、ecurity6.2.5 數(shù)字圖像水印的典型算法1 時(shí)空域算法 (1)最低有效位方法(LSB) (2)Patchwork 方法及紋理塊映射編碼方法 (3)文本微調(diào)法2 變換域算法 （1）DFT(離散傅立葉變化)域水印算法 (2) DCT (離散余弦變化)域水印算法 （3）DWT(離散小波變換 )域水印算法3 壓縮域算法 加了水印的數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)需要進(jìn)行壓縮編碼 Network and Information Security6.2.6 數(shù)字水印的攻擊類型及對(duì)策若要把數(shù)字水印技術(shù)真正地應(yīng)用到實(shí)際的版權(quán)保護(hù)、內(nèi)容認(rèn)證等領(lǐng)域，必須考慮系統(tǒng)可能受到的各種攻擊。不同的應(yīng)用場(chǎng)合有不同的抗攻擊能力要求?？构?/p>

7、能力是數(shù)字水印系統(tǒng)評(píng)測(cè)最重要的性能指標(biāo)，系統(tǒng)地了解攻擊的種類及抗攻擊策略對(duì)于幫助人們?cè)O(shè)計(jì)出更好的水印方案是十分必要的。Network and Information SecurityNetwork and Information Security2 抗攻擊對(duì)策（1）針對(duì)非授權(quán)去除攻擊我們可以通過(guò)建立類似于非對(duì)稱密鑰加密系統(tǒng)的方式保證水印處理系統(tǒng)的安全，即人們可以讓水印嵌入器、檢測(cè)器所使用的密鑰不相同。（2）針對(duì)合謀攻擊針對(duì)合謀攻擊的一種對(duì)策是嵌入多個(gè)水印，并讓它們?cè)趫D像中相互獨(dú)立。（3）針對(duì)幾何攻擊建議使用Fourier-Mellin變換，一種固有的旋轉(zhuǎn)不變變換技術(shù)，來(lái)解決旋轉(zhuǎn)和縮放問(wèn)題 。N

8、etwork and Information Security（4）針對(duì)協(xié)議攻擊協(xié)議攻擊所利用的安全漏洞是水印算法的可逆性，如果嵌入過(guò)程的逆過(guò)程在計(jì)算上容易實(shí)現(xiàn)，則把水印算法稱作是可逆的。因此選擇不可逆的水印嵌入算法是針對(duì)協(xié)議攻擊的有效策略。（5）針對(duì)多重嵌入攻擊這種攻擊可用兩種方法解決：第一種，最大強(qiáng)度嵌入。也就是說(shuō)，原始內(nèi)容的創(chuàng)建者在嵌入水印時(shí)要在保證不可見性的同時(shí)嵌入最大能量的水印，以使第二次嵌入一定會(huì)影響圖像質(zhì)量。第二種，時(shí)間戳?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)水印加蓋時(shí)間戳（由可信賴第三方提供）來(lái)確定誰(shuí)第一個(gè)給圖像作了標(biāo)記。Network and Information Security6.2.7 數(shù)字水

9、印的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)1、可見性評(píng)價(jià)(1)基于像素的度量方法(2)可見性質(zhì)量變量(3)主觀性質(zhì)量度量方法2、健壯性評(píng)價(jià)水印的健壯性主要與嵌入信息的數(shù)量、水印嵌入強(qiáng)度、圖像的尺寸和特性有關(guān)。對(duì)同一種水印方法而言，嵌入的信息越多，水印的健壯性越差；增加水印嵌入強(qiáng)度將會(huì)增加水印的健壯性，但相應(yīng)地會(huì)增加水印的可見性。Network and Information Security6.2.8 數(shù)字水印的主要應(yīng)用領(lǐng)域(1)1版權(quán)保護(hù)版權(quán)保護(hù)即數(shù)字作品的所有者可用密鑰產(chǎn)生一個(gè)水印，并將其嵌入原始數(shù)據(jù)，然后公開發(fā)布他的水印版本作品。當(dāng)該作品被盜版或出現(xiàn)版權(quán)糾紛時(shí)，所有者即可從盜版作品或水印版作品中獲取水印信號(hào)作為依據(jù)，

10、從而保護(hù)所有者的權(quán)益。2加指紋指紋是指一個(gè)客體所具有的能把自己和其他相似客體區(qū)分開的特征。數(shù)字指紋能使數(shù)據(jù)所有者追蹤非法散布數(shù)據(jù)的授權(quán)用戶。為避免未經(jīng)授權(quán)的拷貝制作和發(fā)行，出品人可以將不同用戶的ID或序列號(hào)作為不同的水?。ㄖ讣y）嵌入到作品的合法拷貝中。一旦發(fā)現(xiàn)未經(jīng)授權(quán)的拷貝，就可以根據(jù)此拷貝所恢復(fù)出的指紋來(lái)確定它的來(lái)源。Network and Information Security6.2.8 數(shù)字水印的主要應(yīng)用領(lǐng)域(2)3標(biāo)題與注釋標(biāo)題與注釋是將作品的標(biāo)題、注釋等內(nèi)容（如，一幅照片的拍攝時(shí)間和地點(diǎn)等）以水印形式嵌入該作品中，這種隱式注釋不需要額外的帶寬，且不易丟失。4篡改提示當(dāng)數(shù)字作品被用于

11、法庭、醫(yī)學(xué)、新聞及商業(yè)時(shí)，常需確定它們的內(nèi)容是否被修改、偽造或特殊處理過(guò)。為實(shí)現(xiàn)該目的，通?？蓪⒃紙D像分成多個(gè)獨(dú)立塊，再將每個(gè)塊加入不同的水印。同時(shí)可通過(guò)檢測(cè)每個(gè)數(shù)據(jù)塊中的水印信號(hào)，來(lái)確定作品的完整性。與其他水印不同的是，這類水印必須是脆弱的，并且檢測(cè)水印信號(hào)時(shí)，不需要原始數(shù)據(jù)。Network and Information Security6.2.8 數(shù)字水印的主要應(yīng)用領(lǐng)域(3)5使用控制這種應(yīng)用的一個(gè)典型例子是DVD防拷貝系統(tǒng)，即將水印加入DVD數(shù)據(jù)中，這樣DVD播放機(jī)即可通過(guò)檢測(cè)DVD數(shù)據(jù)中的水印信息來(lái)判斷其合法性和可拷貝性，從而保護(hù)制造商的商業(yè)利益。Network and Infor

12、mation Security6.3 案例：基于混沌的小波域數(shù)字水印首先對(duì)有意義的水印信息進(jìn)行混沌加密，使其成為加密水印信息密??；其次選擇中高頻區(qū)域作為水印嵌入域，嵌入密??；仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明即使圖像經(jīng)過(guò)比較嚴(yán)重（甚至不具有一定的商用價(jià)值）的失真，這種算法提取的水印仍然比較清晰。 Network and Information Security6.3.1 小波變換1989 年，Mallat將計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域內(nèi)的多尺度分析的思想引入到小波分析中，從而成功的統(tǒng)一了正交小波基的構(gòu)造，并研究了小波變換的離散化情形。在正交小波基構(gòu)造的框架下，他給出了信號(hào)和圖像分解為不同頻率信號(hào)的算法及信號(hào)的重構(gòu)算法，這就是

13、著名的 Mallat 算法。Network and Information Security6.3.2 圖像的小波分解與重構(gòu)圖6-7 二維小波分解與重構(gòu)Network and Information Security圖6-8 二維信號(hào)小波分解原理圖低頻部分LL右上角是水平細(xì)節(jié)HL左下角是垂直細(xì)節(jié)LH右下角是對(duì)角線高頻部分HH 經(jīng)過(guò)小波變換后，能量主要集中在低頻部分，人眼對(duì)這部分比較敏感。因此，LL部分的小波系數(shù)很大，對(duì)這部分系數(shù)的修改很容易使圖像的視覺(jué)質(zhì)量下降，所以在嵌入水印時(shí)應(yīng)盡量避免對(duì)LL小波系數(shù)進(jìn)行較大幅度的修改。對(duì)于高頻系數(shù)來(lái)說(shuō)，它們的重要性順序按HL、LH、HH依次遞減，HH部分相對(duì)

14、最不重要，這部分的系數(shù)也很小，大部分接近于0。 Network and Information SecurityNetwork and Information Security6.3.3 水印信息預(yù)處理1混沌序列的產(chǎn)生采用Logistic 映射作為密鑰流發(fā)生器： Network and Information Security2水印加密過(guò)程N(yùn)etwork and Information Security2水印加密過(guò)程N(yùn)etwork and Information Security2水印加密過(guò)程N(yùn)etwork and Information Security2水印加密過(guò)程N(yùn)etwork and

15、Information Security3仿真結(jié)果分析Network and Information Security（1）抗攻擊能力分析我們采用的是一次一密制，按照Shanon理論，即使調(diào)制后的水印信號(hào)在傳輸途中被截獲，破譯者也是難以破譯的。從密鑰流的構(gòu)成上看，因?yàn)榛煦缧蛄杏蒐ogistic映射及參數(shù)、初值確定，不同的參數(shù)和初值都將產(chǎn)生不同的隨機(jī)序列，所以和都可以作為密鑰，并且由于混沌系統(tǒng)對(duì)初值極為敏感，哪怕初值有極其微小的改變，系統(tǒng)在相空間的軌跡將快速分離，系統(tǒng)輸出序列也將完全改變，要破譯是很困難的，這樣密鑰便由組成。對(duì)窮盡搜索攻擊具有很強(qiáng)的抵抗能力此外，混沌序列還具有較寬的頻譜，這使得混

16、沌序列加密系統(tǒng)能夠抵抗基于頻譜的分析，所以這種調(diào)制方法能有效地抵御攻擊者的破譯。Network and Information Security（2）效率分析算法中采用的都是迭代映射形式，適合計(jì)算機(jī)快速計(jì)算。加密水印圖像之前，不需要對(duì)水印圖像進(jìn)行預(yù)處理，節(jié)省了時(shí)間。采用混沌映射產(chǎn)生密碼流，簡(jiǎn)單快速且具有非線性，所以算法的迭代輪數(shù)不需要太多，這樣加密效率會(huì)非常高。Network and Information Security6.3.4 水印嵌入和提取模型1 水印嵌入模型圖6-12水印嵌入模型Network and Information Security2水印提取模型圖6-13水印提取模型Ne

17、twork and Information Security6.3.5 基于混沌與DWT的中高頻域水印算法 1水印嵌入算法Network and Information SecurityNetwork and Information SecurityNetwork and Information SecurityNetwork and Information SecurityNetwork and Information SecurityNetwork and Information SecurityNetwork and Information SecurityNetwork and Inf

18、ormation SecurityNetwork and Information SecurityNetwork and Information Security6.3.6 仿真結(jié)果與分析在無(wú)失真的情況下，比較原始圖像和嵌入水印的圖像，人眼無(wú)法感知水印的存在，PSNR值很高，并且提取出的水印與原始水印的差別不大，可以看出本算法具有很好的信息隱藏效果和不可覺(jué)察性。PSNR 峰值信噪比 Network and Information SecurityNetwork and Information Security3、抗壓縮性能測(cè)試Network and Information Security4、

19、抗剪切攻擊測(cè)試 Network and Information SecurityThanks?。ǖ?4講）考場(chǎng)作文開拓文路能力分解層次(網(wǎng)友來(lái)稿)江蘇省鎮(zhèn)江中學(xué) 陳乃香說(shuō)明：本系列稿共24講，20XX年1月6日開始在資源上連載【要義解說(shuō)】文章主旨確立以后，就應(yīng)該恰當(dāng)?shù)胤纸鈱哟?，使幾個(gè)層次構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，形成一篇完整的文章。如何分解層次主要取決于表現(xiàn)主旨的需要?！静呗越庾x】一般說(shuō)來(lái)，記人敘事的文章常按時(shí)間順序分解層次，寫景狀物的文章常按時(shí)間順序、空間順序分解層次；說(shuō)明文根據(jù)說(shuō)明對(duì)象的特點(diǎn)，可按時(shí)間順序、空間順序或邏輯順序分解層次；議論文主要根據(jù)“提出問(wèn)題分析問(wèn)題解決問(wèn)題”順序來(lái)分解層次。當(dāng)然

20、，分解層次不是一層不變的固定模式，而應(yīng)該富于變化。文章的層次，也常常有些外在的形式：1小標(biāo)題式。即圍繞話題把一篇文章劃分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分，再給它們加上一個(gè)簡(jiǎn)潔、恰當(dāng)?shù)男?biāo)題。如世界改變了模樣四個(gè)小標(biāo)題：壽命變“長(zhǎng)”了、世界變“小”了、勞動(dòng)變“輕”了、文明變“綠”了。 2序號(hào)式。序號(hào)式作文與小標(biāo)題作文有相同的特點(diǎn)。序號(hào)可以是“一、二、三”，可以是“A、B、C”，也可以是“甲、乙、丙”從全文看，序號(hào)式干凈、明快；但從題目上看，卻看不出文章內(nèi)容，只是標(biāo)明了層次與部分。有時(shí)序號(hào)式作文，也適用于敘述性文章，為故事情節(jié)的展開，提供了明晰的層次。 3總分式。如高考佳作人生也是一張答卷。開頭：“人生就是一

21、張答卷。它上面有選擇題、填空題、判斷題和問(wèn)答題，但它又不同于一般的答卷。一般的答卷用手來(lái)書寫，人生的答卷卻要用行動(dòng)來(lái)書寫。”主體部分每段首句分別為：選擇題是對(duì)人生進(jìn)行正確的取舍，填空題是充實(shí)自己的人生，判斷題是表明自己的人生態(tài)度，問(wèn)答題是考驗(yàn)自己解決問(wèn)題的能力。這份“試卷”設(shè)計(jì)得合理而且實(shí)在，每個(gè)人的人生都是不同的，這就意味著這份人生試卷的“答案是豐富多彩的”。分解層次，應(yīng)追求作文美學(xué)的三個(gè)價(jià)值取向：一要?jiǎng)蚍Q美。什么材料在前，什么材料在后，要合理安排；什么材料詳寫，什么材料略寫，要通盤考慮。自然段是構(gòu)成文章的基本單位，恰當(dāng)劃分自然段，自然就成為分解層次的基本要求。該分段處就分段，不要老是開頭、

22、正文、結(jié)尾“三段式”，這種老套的層次顯得呆板。二要波瀾美。文章內(nèi)容應(yīng)該有張有弛，有起有伏，如波如瀾。只有這樣才能使文章起伏錯(cuò)落，一波三折，吸引讀者。三要圓合美。文章的開頭與結(jié)尾要遙相照應(yīng)，把開頭描寫的事物或提出的問(wèn)題，在結(jié)尾處用各種方式加以深化或回答，給人首尾圓合的感覺(jué)?！纠慕馄省?話題：忙忙，不亦樂(lè)乎 忙，是人生中一個(gè)個(gè)步驟，每個(gè)人所忙的事務(wù)不同，但是不能是碌碌無(wú)為地白忙，要忙就忙得精彩，忙得不亦樂(lè)乎。 忙是問(wèn)號(hào)。忙看似簡(jiǎn)單，但其中卻大有學(xué)問(wèn)。忙是人生中不可缺少的一部分，但是怎么才能忙出精彩，忙得不亦樂(lè)乎，卻并不簡(jiǎn)單。人生如同一張地圖，我們一直在自己的地圖上行走，時(shí)不時(shí)我們眼前就出現(xiàn)一個(gè)十

23、字路口，我們?cè)撓蚰膬?，面?duì)那縱軸橫軸相交的十字路口，我們?cè)撛鯓舆x擇?不急，靜下心來(lái)分析一下，選擇適合自己的坐標(biāo)軸才是最重要的。忙就是如此，選擇自己該忙的才能忙得有意義。忙是問(wèn)號(hào)，這個(gè)問(wèn)號(hào)一直提醒我們要忙得有意義，忙得不亦樂(lè)乎。 忙是省略號(hào)。四季在有規(guī)律地進(jìn)行著冷暖交替，大自然就一直按照這樣的規(guī)律不停地忙，人們亦如此。為自己找一個(gè)目標(biāo)，為目標(biāo)而不停地忙，讓這種忙一直忙下去。當(dāng)目標(biāo)已達(dá)成，那么再找一個(gè)目標(biāo)，繼續(xù)這樣忙，就像省略號(hào)一樣，毫無(wú)休止地忙下去，翻開歷史的長(zhǎng)卷，我們看到牛頓在忙著他的實(shí)驗(yàn)；愛迪生在忙著思考；徐霞客在忙著記載游玩；李時(shí)珍在忙著編寫本草綱目。再看那位以筆為刀槍的充滿著朝氣與力量的

24、文學(xué)泰斗魯迅，他正忙著用他獨(dú)有的刀和槍在不停地奮斗。忙是省略號(hào)，確定了一個(gè)目標(biāo)那么就一直忙下去吧!這樣的忙一定會(huì)忙出生命靈動(dòng)的色彩。 忙是驚嘆號(hào)。世界上的人都在忙著自己的事，大自然亦如此，小蜜蜂在忙，以蜂蜜為回報(bào)。那么人呢?居里夫人的忙，以放射性元素的發(fā)現(xiàn)而得到了圓滿的休止符；愛因斯坦在忙，以相對(duì)論的問(wèn)世而畫上了驚嘆號(hào)；李白的忙，以那豪放的詩(shī)歌而有了很大的成功；張衡的忙，因?yàn)槟堑貏?dòng)儀的問(wèn)世而讓世人仰慕。每個(gè)人都應(yīng)該有效率的忙，而不是整天碌碌無(wú)為地白忙。人生是有限的、短暫的，因此，每個(gè)人都應(yīng)該在有限的生命里忙出屬于他的驚嘆號(hào)；都應(yīng)在有限的生命里忙出他的人生精彩篇章。 忙是萬(wàn)物、世界、人生中都不可缺少的一部分。作為這世上最高級(jí)動(dòng)物的我們，我們?cè)诿κ裁茨?我們要忙得有意義，有價(jià)值，我們要忙出屬于我們的精彩。我們的忙不能永遠(yuǎn)是問(wèn)號(hào)，而應(yīng)是省略號(hào)和感嘆號(hào)。忙就要忙得精彩