信息隱藏理論數(shù)字水印基礎(chǔ)教程

6、信息隱藏理論研究1信息隱藏研究的發(fā)展IEEExplore上數(shù)字水印相關(guān)文章的發(fā)表數(shù)目概況（檢索時(shí)間：2004.4.1）文章題目包含“watermark”2信息隱藏研究的發(fā)展LSB－變換域調(diào)制－盲檢測(cè)－魯棒性－脆弱性－抗各種攻擊2000年出現(xiàn)了水印理論研究2001年出現(xiàn)了對(duì)水印協(xié)議的研究

2002年水印的隱藏容量問題得到了重視

2003年關(guān)于隱藏容量的理論問題得到了進(jìn)一步的發(fā)展

2004年水印技術(shù)的發(fā)展是借鑒密碼學(xué)的概念，實(shí)現(xiàn)完整性驗(yàn)證、所有權(quán)驗(yàn)證、內(nèi)容認(rèn)證、拷貝控制3理論研究的目的一個(gè)信息M被隱藏在宿主數(shù)據(jù)S中，得到的數(shù)據(jù)X受到各種處理（攻擊），這些處理旨在去除X中關(guān)于M的任何痕跡信息隱藏系統(tǒng)應(yīng)該滿足兩方面的要求透明性：即數(shù)據(jù)X與數(shù)據(jù)S在適當(dāng)?shù)男畔⑹д娑攘肯聭?yīng)該是相象的魯棒性：即隱藏在數(shù)據(jù)中的信息在經(jīng)過一定程度的處理后，仍然能夠被識(shí)別出來通常攻擊者引入的數(shù)據(jù)失真的程度總是有一個(gè)限制的

4涉及許多研究領(lǐng)域信息隱藏涵蓋了許多其他領(lǐng)域的方法和知識(shí)，包括：信號(hào)處理，通信，博弈理論和密碼學(xué)許多信號(hào)處理和通信領(lǐng)域的技術(shù)被用來設(shè)計(jì)信息隱藏的算法和去除隱藏信息例如擴(kuò)頻方法和量化方法等數(shù)據(jù)壓縮，信號(hào)畸變和增加噪聲等音頻、圖像和視頻中的感知模型被用來設(shè)計(jì)隱藏算法和度量失真5信息隱藏理論研究最近許多研究開始考慮基于信息論的信息隱藏和數(shù)字水印理論框架將信息隱藏過程抽象化，認(rèn)為隱藏過程相當(dāng)于隱蔽信息的通信過程，用通信模型表示信息隱藏隱蔽信息作為通信輸入，隱蔽載體作為信道描述，攻擊行為也描述為信道隱蔽密鑰和隱蔽載體(如果必要)作為通信的邊信息存在

數(shù)字水印的容量被認(rèn)為是上述通信模型下最大可靠傳輸率最難點(diǎn)之一是信息隱藏容量分析

6信息隱藏的模型Costa模型Cohen與Lapidoth模型Moulin模型Somekh－Baruck模型并行高斯信道模型71、Costa模型Costa考慮了有噪聲環(huán)境下的信道，即：發(fā)送端傳送XN到接收端，通過下述信道

編碼者知道SN，但解碼者知道（或不知道）SN，噪聲ZN二者都不知道

Costa證明在SN和ZN都滿足獨(dú)立正態(tài)同分布時(shí)，該信道的容量為

81、Costa模型P是XN的平均能量N是ZN的平均能量如果認(rèn)為SN表示信息隱藏的載體，XN表示隱藏的消息，ZN表示攻擊噪聲，Costa的通信模型就移植到了信息隱藏的系統(tǒng)模型

92、Cohen與Lapidoth模型Cohen與Lapidoth

認(rèn)為載體序列U滿足獨(dú)立同分布于零均值方差為的高斯分布，隱蔽信息為W，在消息集上均勻分布，隨機(jī)變量θ1表示密鑰，在編碼與解碼端都可以得到嵌入過程為攻擊者產(chǎn)生隨機(jī)變量θ2控制攻擊過程10嵌入和攻擊分別滿足約束條件

113、Moulin模型Moulin,Information-TheoreticAnalysisofInformationHidingIEEETrans.OnInformationTheory,Vol.49,No.3,March,200312信息隱藏問題的描述

宿主數(shù)據(jù)源產(chǎn)生域中的分布未知的隨機(jī)變量S邊信息源產(chǎn)生域中分布為的隨機(jī)變量K

信息源產(chǎn)生信息集合中的信息M13在算法中，S是一些數(shù)據(jù)塊或變換域系數(shù)（例如DCT系數(shù)或小波變換系數(shù)），它來自宿主數(shù)據(jù)集合S可以是連續(xù)閉集（例如［0，1］n）或是離散的集合（例如經(jīng)過量化的變換系數(shù)集合）宿主數(shù)據(jù)是一組相互獨(dú)立且滿足分布的隨機(jī)變量序列

14邊信息K

對(duì)于發(fā)送者和接收者都是已知的，而對(duì)攻擊者未知邊信息有兩方面的作用一方面，它是一個(gè)隨機(jī)信號(hào)源，可以提高傳輸性能、抗干擾能力另一方面，可以提供關(guān)于載體S的邊信息給解碼者。用一個(gè)聯(lián)合分布來描述S和K的依賴關(guān)系

15邊信怎息的潔例子接收法者已居知原藥始載跟體S如果送解碼葛器可窄以得高到載父體本逗身，酒則可悲認(rèn)為像是私手有水士印模紹式接收灑者只意知道能原始赤載體易的部尸分信級(jí)息（仗如圖允像的竹特征役）完全標(biāo)不知麗原始裹載體襲：盲截水印輸（盲邪信息器隱藏籌）如果縮慧解碼釣器得孝不到銹任何跡邊信義息，墨則是智公開討水印節(jié)模式16信息考隱藏耗過程信息鎖隱藏座者將朱、明和欲信息m通過沙某種障處理甩函數(shù)英，產(chǎn)筍生合迎成數(shù)握據(jù)17攻擊攻擊丙者使英通過醋一個(gè)敢隨機(jī)何的攻客擊信疊道產(chǎn)生笨失真獨(dú)的數(shù)百據(jù)礙，支試圖忽消除劫信息M的痕格跡18接收接收左端解忘碼器隆收到劇和室得橋到不排可靠擠的對(duì)M的估顆計(jì)19失真倦限制定義1：信么息隱諸藏者全的失君真函攪數(shù)是搶一個(gè)胡非負(fù)者函數(shù)定義2：攻穩(wěn)擊者掩的失棚真函呢?cái)?shù)是暢一個(gè)狹非負(fù)蜘函數(shù)20失真碰函數(shù)信息收隱藏棋者的膀失真壯函數(shù)補(bǔ)是有炮界的對(duì)稱椒性等價(jià)鞠于在圖途象、卵音頻療或視旬頻的秋感知階失真散函數(shù)千度量憶下不菜成立石，因藍(lán)為人怖類感鄭知系浮統(tǒng)存慢在門范限效轎應(yīng)21擴(kuò)展歸到N個(gè)變藏量22定義候3：一個(gè)愧基于畫失真芝的N點(diǎn)信匪息隱炊藏編神碼是講一個(gè)3元數(shù)杏據(jù)（M，獵，秧）M是信皮息集貍合：編苦碼器：解年碼器23編碼智映射心必須順符合愛失真盤函數(shù)蠶限制24定義妄4：一個(gè)安受限欄于失溪真禍的記煉憶性裕攻擊鈔信道榴，是娛一個(gè)幫有條元件概搖率密苦度分異布的段序列25隱藏鋸信息耐的碼關(guān)速為平均獅誤碼吸率（蘿錯(cuò)誤駛概率貓）為26誤碼叔率就等朝于攻戲擊者挽將隱背藏的鬼信息堂成功頃除去鑄的概牧率27可靠俗傳輸犯速率定義花5：稱一饞個(gè)速爭率R對(duì)于叨失真D1和一弓組攻血擊信疤道蒼是可達(dá)嘩到的，走只要辮存在此一個(gè)吳編碼伐序列綁（M，謝，頸），以速別率R被傳懲送且優(yōu)符合旦失真D1的限超制要譽(yù)求，公且當(dāng)軟時(shí)，崖誤碼鍛率28隱藏尾容量定義依6：團(tuán)信息棄隱藏適容量閣是纖指對(duì)歲于失扣真D1和一竭個(gè)集應(yīng)合臣中鳴的攻牢擊來攏說，晝所有可達(dá)該到的速很率的斗上界29信息陡隱藏漠博弈信息錢隱藏紅可以鋒看作擴(kuò)是兩恨個(gè)相插互協(xié)帶作的竭選手乖（信篩息隱濾藏者比和解少碼者仗）與姿其對(duì)框手（厲攻擊坦者）仁間的匠一場悅博弈前者劉試圖煎最大質(zhì)化代烘價(jià)函哭數(shù)，膀而后借者則茶盡量很去減保小它代價(jià)利函數(shù)30以函鹿數(shù)雕和攻戶擊信亦道辯為向參數(shù)辜的代清價(jià)函凍數(shù)編譯及碼函銳數(shù)放受信欺息隱羅藏雙脅方控個(gè)制攻擊再信道瘋受攻夜擊者瓣控制31當(dāng)且摔僅當(dāng)假對(duì)所擔(dān)有可麥能的滿足我們吸才能扶獲得撲一個(gè)使博弈妥的納掏什平倒衡此時(shí)復(fù)，博降弈的“撥價(jià)值”為32在很漸多情永況下雅，納圾什平天衡鞍額點(diǎn)根賽本就坑不存住在此時(shí)柿對(duì)博贏弈雙扣方而撇言，可見丟信息便是鮮決定晴博弈默結(jié)果毫的關(guān)堤鍵如果物游戲洗者按驅(qū)照給肝定順屬序選血擇他降們的勿行為蒸，那逝么對(duì)盡于第芹一個(gè)打游戲濕者來妙說保組守的請(qǐng)策略義就是朋假定尖它之窮后的帳游戲繩者將捎會(huì)明獨(dú)了自良己的堅(jiān)行為33對(duì)于魄信息崖隱藏濤而言悔：首先恐由信瓶息隱織藏者儲(chǔ)進(jìn)行壓信息蒼隱藏馬（選艙擇辮）別，并哲假定侍攻擊域者將林能知歉道概，復(fù)并以池此為辦依據(jù)叨選擇饑一個(gè)同樣提的，慌攻擊蜓者也被會(huì)假救定接撒收者懲能夠狗了解雁并端選擇燙相應(yīng)章的這種腹情況仁下，源博弈動(dòng)值為34一個(gè)倚更保謝守（糧因而頂更安框全）炎的情辣況是直，假賄設(shè)編視解碼舉者不瞞知道嗓，徑而攻區(qū)擊者品能知堤道繳，導(dǎo)并可翼以依劉此設(shè)玩計(jì)面對(duì)趟這個(gè)高無所妖不知鍛的攻薄擊者遣，則懲有博渠弈的靈低值35博弈叨的高散值：討用理犯想化鎖的假采設(shè)，悟即編盆碼和滲譯碼挑者都續(xù)知道談，傘此時(shí)廣有36另一楊種看弦法大量哀文章悠用熵麥的概糖念討吧論信司息隱凱藏問創(chuàng)題，棗信息秘熵的刪概念洲真是顆研究遮信息僅隱藏蟻技術(shù)輔的有潮力工拴具嗎淺？熵的悶理論漏是解逆決不騙確定典性問脆題的亭數(shù)學(xué)視工具展，而氣信息遵隱藏乏技術(shù)糞未必衰是不沃確定絞性問錯(cuò)題，弊因此眾其合邁理性幣還需堡要有僚進(jìn)一蛾步的嫁解釋另外叮，有娘人提注出用鍛熵值簽的變努化檢鄭測(cè)圖遙像是猶否含貪有隱旨藏信升息的賣建議扇也缺爪乏實(shí)蓬際的欄意義善，因?qū)槲腋覀儫o建法準(zhǔn)辯確地拆計(jì)算追一幅噸圖像榨的熵37觀點(diǎn)感覺咱信息優(yōu)是多年維矢忘量視覺暮器官談接收群的圖計(jì)像信搬息包聾括亮曲度、序顏色滋、物部體的挽形狀仇大小塘、相夫?qū)ξ惶恐玫嚷犛X側(cè)器官膜接收箏的聲共音信枝息包怠括強(qiáng)送度、骨方向龍、音滿色、麥音質(zhì)捉等觸覺六器官君接收峽的信堵息則滾包括怎溫度手、濕展度、形硬度浮、光屑滑度赤和彈奪性等因此稍，各兩種感貓覺信藏息都昆可以迎假設(shè)湯為多踏維信攏息空濾間中剖的矢顫量，美其不厚同的股基代爪表不葡同的具特性38信息且感知說系統(tǒng)一般史地把智視覺懇、聽沾覺、辟觸覺煩等器表官叫笛做信越息感她知系墳統(tǒng)為了咳提高達(dá)感知帽能力涼，人寫們制玻造了哨許多朵儀器煌設(shè)備蝕，當(dāng)額用這把些儀旦器設(shè)嘉備或熟方法絡(luò)來接健收信嚷息從車而了尼解外星部世撥界時(shí)揉，也亮屬于甘信息寸感知頃系統(tǒng)例如翁發(fā)現(xiàn)壯是否槳存在心隱藏陷信息苦的統(tǒng)寒計(jì)檢嗚測(cè)方互法也鈔應(yīng)屬欄于信鞭息感床知系飯統(tǒng)39信息汗記錄釋系統(tǒng)大多捕數(shù)儀爭器設(shè)梳備只幸能記梳錄外假界信振息，嚴(yán)并不羅能立膊即給靜出這可些信嗽息的且涵義例如團(tuán)錄音缸機(jī)可閃以記肥錄聲課音，他但是美錄音教結(jié)果套卻需聚要人殼們用不耳朵遇去識(shí)休別照相衫機(jī)可恭以拍偽下需老要的影景物太，拍隆照結(jié)西果還堅(jiān)要人偶們用離肉眼塵去觀喂察這樣專一些則儀器油設(shè)備冬可以理統(tǒng)稱皂為信堅(jiān)息記刊錄系臂統(tǒng)40信息適隱藏?zé)o技術(shù)摩的機(jī)暈理假設(shè)辨信息款記錄橋系統(tǒng)狀的靈有敏度棍矢量偏為稍，信通息感堅(jiān)知系攪統(tǒng)的毅靈敏瞇度矢竿量為信息拌記錄盡系統(tǒng)洲可以挪記錄攀的信兵息范混圍是柱多維譯信息在空間V中的掙一部壁分區(qū)斗域信息蒜感知屑系統(tǒng)鄰所能征感知搏的信頁息范曾圍也藍(lán)是蛛信顛息空終間V中的曲一個(gè)每區(qū)域4142一般剝地說呀，錘和談未踐必是躲全等每或者滅全包敏含的類關(guān)系這意強(qiáng)味著棗，可無以感消知的兼信息漠未必元全部見能被丙記錄堆下來恭，能扛被記袍錄的紫信息姥也未無必能口被完轎全感土知例如醉，我惱們只俘能感遷知數(shù)款字圖崇像的罷主要惜部分潑，或?yàn)痴呶翌~們只欄能聽撿出一贈(zèng)段數(shù)霧字音通樂的絡(luò)主要呀部分爐，許多替信息卷記錄狀系統(tǒng)扶比起思信息縣感知撈系統(tǒng)柳更加互靈敏43秘密玩信息M本來倒是可喂以感感知的續(xù)，即但是瓣，如憶果我牢們能惕夠構(gòu)卷造一役種映凱射F，使得M能從搶子空濃間俊映射桶到子范空間跳中的，它就祖不能際被感營知了44只要惰存在疼