信息隱藏報(bào)告

第一部分信息隱藏簡介一信息隱藏基本概念信息隱藏就是將保密信息隱藏于另一非保密載體中，以不引起檢查者的注意。這里的載體可以是圖像、音頻、視頻，也可以是信道，甚至可以是某套編碼體制或整個(gè)系統(tǒng)。從狹義上看，信息隱藏就是將某一機(jī)密信息秘密隱藏于另一公開的信息中，然后通過公開信息的傳輸來傳遞機(jī)密信息。二信息隱藏與加密的區(qū)別信息隱藏技術(shù)的目的是確保隱藏的數(shù)據(jù)不被發(fā)現(xiàn)和入侵，而不是傳統(tǒng)的限制以普通方式訪問的形式。信息隱藏技術(shù)的基本概念是將秘密的重要的信息隱藏在普通的媒介中，并在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行傳遞，保密的信息偽裝成普通的文件，并且與其他不重要的信息沒什么區(qū)別，從而能夠很容易的逃脫非法攔截者的入侵與注意。這正是傳統(tǒng)的加密系統(tǒng)中缺失的部分。信息隱藏技術(shù)的主要目標(biāo)是隱藏技術(shù)是更好的方式，同時(shí)使嵌入了隱藏信息的媒介對質(zhì)量的影響越小越好，從而達(dá)到隱藏信息很難被發(fā)現(xiàn)的目的。信息隱藏技術(shù)與傳統(tǒng)的加密技術(shù)的主要區(qū)別就是：傳統(tǒng)的加密技術(shù)只是隱藏信息的內(nèi)容，而信息隱藏技術(shù)不僅隱藏信息的內(nèi)容，而且還隱藏信息本身包含的子內(nèi)容。信息隱藏技術(shù)相較于傳統(tǒng)的加密技術(shù)，提供了一個(gè)更安全的隱藏方式。在信息隱藏技術(shù)中，信息隱藏的作用包含兩個(gè)方面的內(nèi)容，換句話說就是它既是傳遞信息的載體，又將偽裝的信息隱藏在其中。三信息隱藏的分類信息隱藏可以分為：無密鑰信息隱藏、私鑰信息隱藏和公鑰信息隱藏。無密鑰信息隱藏分為偽裝對象和提取兩個(gè)過程，雙方約定嵌入算法和提取算法，算法要求保密。對一個(gè)五元組Z=〈C，M，C'，D，E〉，其中C是所有可能載體的集合，M是所有可能秘密消息的集合，C'是所有可能偽裝對象的集合。其中E：CXMfJ是嵌入函數(shù)，D：C'fM是提取函數(shù)。若對所有meM和c^C，恒有D(E(c，m))=m，則稱該五元組為無密鑰信息隱藏系統(tǒng)。公鑰信息隱藏類似于公鑰密碼。通信各方使用約定的公鑰體制，各自產(chǎn)生自己的公開鑰和私密鑰，將公開鑰存儲在一個(gè)公開的數(shù)據(jù)庫中，通信各方可以隨時(shí)取用，私密鑰由通信各方自己保存，不予公開。四信息隱藏技術(shù)的特點(diǎn)信息隱藏在不同領(lǐng)域有不同的特征，但其基本的特征有：隱蔽性：指嵌入信息后在不引起秘密信息質(zhì)量下降的前提下，不顯著改變掩護(hù)對象的外部特征，使非法攔截?zé)o法判斷是否有秘密信息存件不可見性：指嵌入信息后，不會引起載體文件產(chǎn)生可感知的失真，即隱藏文件和原載體應(yīng)充分接近，否則便失去了隱藏的意義。不可檢測性：指對非法者來說，檢測到秘密信息的存在并提取出來是十分困難，至少在秘密信息的有效期內(nèi)是不可能的。魯棒性：指隱藏文件受到一定的擾動(dòng)，仍然能恢復(fù)隱藏的信息。即要求所嵌入的信息不能輕易地失去，要保持其完整性。穩(wěn)定性：指隱藏信息能永久的存在，并在一定的條件下可以提取。安全性:指隱藏算法有較強(qiáng)的抗攻擊能力，它能夠承受一定程度的人為攻擊，使隱藏信息不會被破壞。自恢復(fù)性：指經(jīng)過了一些操作和變換后仍然能恢復(fù)隱藏信息的特征。五信息隱藏系統(tǒng)模型信息隱藏的基本模型如下圖所示，我們稱待隱藏的信息為秘密信息，它可以是版權(quán)信息或秘密數(shù)據(jù)，也可以是一個(gè)序列號；而公開信息則稱為載體信息，如視頻音頻片段這種信息隱藏過程一般由密鑰來控制，即通過嵌入算法將秘密信息隱藏與公開信息中，而隱蔽載體（隱藏有秘密信息的公開信息）則通過信道傳遞，然后解碼器利用密鑰從隱蔽載體中檢測出并恢復(fù)秘密信息在密鑰未知的前提下，第三者很難從載體中得到刪除或發(fā)現(xiàn)秘密信息。六信息隱藏的應(yīng)用信息隱藏的應(yīng)用包括：偽裝式隱蔽通信、數(shù)字水印和用于數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)。偽裝式保密通信利用人類感知系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)的冗余，載體可以是任何一種多媒體數(shù)據(jù)，如音頻、視頻、圖像、甚至文本、數(shù)據(jù)等，被隱藏的信息也可以是任何形式，這種方法主要用于軍隊(duì)和安全部門。數(shù)字水印技術(shù)，是指在數(shù)字化的數(shù)據(jù)內(nèi)容中嵌入不明顯的記號。被嵌入的記號通常是不可見或不可察的，但是通過計(jì)算操作可以檢測或者被提取。水印與源數(shù)據(jù)緊密結(jié)合并隱藏其中，成為源數(shù)據(jù)不可分離的一部分，并可以經(jīng)歷一些不破壞源數(shù)據(jù)使用價(jià)值或商用價(jià)值的操作而存活下來。多媒體通信業(yè)務(wù)和數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的迅猛發(fā)展給信息的廣泛傳播提供了前所未有的便利，各種形式的多媒體作品包括視頻、音頻、動(dòng)畫、圖像等等紛紛以網(wǎng)絡(luò)形式發(fā)布，但副作用也十分明顯：任何人都可以通過網(wǎng)絡(luò)輕易的取得他人的原始作品，尤其是數(shù)字化圖像、音樂、電影等等，甚至不經(jīng)作者的同意而任意復(fù)制、修改，從而侵害了創(chuàng)作者的著作權(quán)。從目前的數(shù)字水印系統(tǒng)的發(fā)展來看，基本上可以分為以下幾類。所有權(quán)確認(rèn)：多媒體作品的所有者將版權(quán)信息作為水印加入公開發(fā)布的版本中。侵權(quán)行為發(fā)生時(shí)，所有人可以從侵權(quán)人持有的作品中認(rèn)證他所加入的水印作為所有權(quán)證據(jù)。這要求這類水印能夠經(jīng)受各種常用的處理操作，比如對于圖像而言，要能夠經(jīng)受各種常用的圖像處理操作，甚至像打印/掃描這樣的操作。來源確定：為防止非授權(quán)的拷貝，出品人可以將不同用戶的有關(guān)信息（如用戶名、序列號、城市等等）作為不同水印嵌入作品的合法拷貝中。一旦發(fā)現(xiàn)未經(jīng)授權(quán)的拷貝，可以從此拷貝中提取水印來確定他的來源。這要求水印可以經(jīng)受諸如偽造、去除水印的各種企圖，主要包括多拷貝聯(lián)合攻擊去除或偽造水印陷害第三方。完整性確認(rèn)：當(dāng)多媒體作品被用于法庭、醫(yī)學(xué)、新聞及商業(yè)時(shí)，常需要確定它們的內(nèi)容有沒有被修改、偽造或特殊處理過。這時(shí)可以通過提取水印，確認(rèn)水印的完整性來證實(shí)多媒體數(shù)據(jù)的完整。隱式注釋：被嵌入的水印組成內(nèi)容的注釋。比方說，一副照片的拍攝時(shí)間和地點(diǎn)可以轉(zhuǎn)換成水印信號作為此圖像的注釋。使用控制：在一個(gè)限制試用軟件或預(yù)覽多媒體作品中，可以插入一個(gè)指示允許使用次數(shù)的數(shù)字水印，每使用一次，就將水印自減一次，當(dāng)水印為0時(shí)，就不能再使用，但這需要相應(yīng)硬件和軟件的支持。用于版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印將版權(quán)所有者的信息，嵌入在要保護(hù)的數(shù)字多媒體作品中，從而防止其他團(tuán)體對該作品宣稱擁有版權(quán)，用于盜版跟蹤的數(shù)字指紋：同一個(gè)作品被不同用戶買去，售出時(shí)不僅嵌入了版權(quán)所有者信息，而且還嵌入了購買者信息，如果市場上發(fā)現(xiàn)盜版，可以識別盜版者。第二部分：LSB算法隱藏概述：載體圖像和嵌入量的大小，利用隨機(jī)函數(shù)確定出嵌入字節(jié)的位置，使嵌入信息分布均勻;結(jié)合位平面的特點(diǎn)，通過位的運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)秘密信息嵌入；對嵌入的字節(jié)最多只需修改一位，可在該字節(jié)中同時(shí)嵌入兩位秘密信息，提高了秘密信息嵌入量，并能無損還原?；仡櫍盒畔㈦[藏技術(shù)是利用多媒體信息普遍存在的冗余性，將秘密信息隱藏而不引起多媒體信息物理外觀的顯著變化，使得人們覺察不到它的存在，即使截獲者知道秘密信息的存在，未經(jīng)授權(quán)也難以將其提取出來，從而保證了秘密信息的機(jī)密性和安全性。信息隱藏技術(shù)在軍事、情報(bào)、國家安全方面具有重要的意義。應(yīng)用有匿名通信，版權(quán)保護(hù)，印刷品的防偽。對于信息影藏算法，應(yīng)該有以下要求。首先要具有極高的安全性，包括：視覺隱蔽性和統(tǒng)計(jì)隱蔽性或算法不可檢測性。如果很容易便被檢測出來，則算法沒有實(shí)際意義。再有算法要具有足夠的信息隱藏量。我們所要傳遞的信息不可能每次都只有很微小的部分能夠傳遞，并不適用。LSB的信息隱藏算法原理本次所做的是在一幅圖像中隱藏文本信息。一幅圖像可以用一個(gè)二維矩陣表示，矩陣的各個(gè)數(shù)值代表一個(gè)像素的色彩信息。用圖像作為底面，用表示像素亮度大小的8位二進(jìn)制數(shù)作為高度，可形成一個(gè)立體直方圖，各像素位置相同的位形成了一個(gè)平面，稱為“位平面”。一般定義從圖像的第0個(gè)位平面到第7個(gè)位平面依次為最不重要位平面到最重要位平面，相應(yīng)的位稱為最低有效位LSB和最高有效位MSB，在信息隱藏時(shí)修改不同的位對圖像的影響不同。MSB對圖像的影響最大，修改MSB后，圖像的色彩已經(jīng)完全被壞，而對第0、l較低位平面的圖像影響很小。修改LSB后，圖像的改變幾乎無法用肉眼識別。因此LSB算法以其易于實(shí)現(xiàn)、隱蔽性好且隱藏量大等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛采用。LSB算法修改圖像中最低位平面信息，是先將圖像的最低位面清空，再逐個(gè)將二進(jìn)制流的每一個(gè)數(shù)據(jù)放入圖像已經(jīng)清空的位面里面對信息進(jìn)行隱藏。提取時(shí)，只需將這些信息比特提取出來并組合，就可以恢復(fù)出原來的秘密信息。LSB算法嵌入步驟將原始載體圖像的空域像素值由十進(jìn)制轉(zhuǎn)換到二進(jìn)制表示，再用二進(jìn)制秘密信息中的每一比特信息替換與之相對應(yīng)的載體數(shù)據(jù)的最低有效位。將得到的含秘密信息的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制像素值，從而獲得含秘密信息的圖像。按照一定的算法選擇它們要嵌入的位置。如果要隱藏的信息的某一位為1，則它要嵌入的載體圖像相應(yīng)位置的像素值mod2的值為1；如果要隱藏的信息的某一位為0,則它要嵌入的載體圖像相應(yīng)位置的像素值mod2的值為0。秘密消息的嵌入：for（i=1；i<=像素序列的個(gè)數(shù)；i++）Si-Ci//Ci為整個(gè)圖像的像素集合，Si是我們順序選取的要隱藏信息的像素的集合endforfor（i=1；i<=秘密信息長度；i++）Sji-Mi〃將秘密信息Mi存入選取的像素點(diǎn)SjiendforLSB算法提取步驟將得到的隱藏有秘密信息的十進(jìn)制像素值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)。將二進(jìn)制數(shù)據(jù)的最低有效位提取出來，即為秘密信息序列首先將確定隱藏信息嵌入的位置。如果該位置的像素值mod2的值為1,則此處隱藏的信息為1；如果該位置的像素值mod2的值為0,則此處隱藏的信息為0。秘密消息的提?。篺or（i=1；i<=像素序列的個(gè)數(shù)；i++）i--Ji〃計(jì)算存放第i個(gè)消息位的JiMi-LSB（Cji）//計(jì)算Cji的LSB位，恢復(fù)秘密信息endfor嵌入與讀出的文本信息：[JjTigureFileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp矣矣」第三部分基于DCT變換的數(shù)字水印及matlab實(shí)現(xiàn)離散余弦變換，簡稱DCT,是一種實(shí)數(shù)域變換，其變換核為實(shí)數(shù)的余弦函數(shù)，計(jì)算速度較快，而且對于具有一階馬爾柯夫過程的隨機(jī)信號，DCT十分接近于K一L變換，也就是說它是一種近似最佳變換，很適合于做圖像壓縮和隨機(jī)信號處理。DCT變換的基本思路是將圖像分解為8X8的子塊或16X16的子塊，并對每一個(gè)子塊進(jìn)行單獨(dú)的DCT變換，然后對變換結(jié)果進(jìn)行量化、編碼。隨著子塊尺寸的增加，算法的復(fù)雜度急劇上升，因此，實(shí)用中通常采用8X8的子塊進(jìn)行變換，但采用較大的子塊可以明顯減少圖像分塊效應(yīng)。在圖像壓縮中，一般把圖像分解為8X8的子塊，然后對每一個(gè)子塊進(jìn)行DCT變換、量化，并對量化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行Huffman編碼。DCT變換可以消除圖像的空間冗余，Huffman編碼可以消除圖像的信息熵冗余。DCT是無損的，它只將圖像從空間域轉(zhuǎn)換到變換域上，使之更能有效地被編碼。對一個(gè)圖像子塊而言，將對變換后的64個(gè)系數(shù)進(jìn)行量化，并對z字順序掃描系數(shù)表進(jìn)行編碼。這種排列方法有助于將低頻非0系數(shù)置于高頻系數(shù)之前，直流系數(shù)由于包含了所有圖像特征中的關(guān)鍵部分而被單獨(dú)編碼。量化后的系數(shù)經(jīng)過熵編碼進(jìn)一步無損壓縮，通常采用的是Huffman編碼。這種壓縮編碼方法中，圖像質(zhì)量的降低主要是由于對系數(shù)的量化造成，且不可恢復(fù)。

在解碼時(shí)首先得到各點(diǎn)的DCT系數(shù)，然后根據(jù)DCT反變換即可恢復(fù)出原圖像。利用DCT反變換還可以無損地恢復(fù)原圖像。在實(shí)際的應(yīng)用中，使用DCT變換的矩陣描述形式更容易理解。在解碼時(shí)首先得到各點(diǎn)的DCT系數(shù)，然后根據(jù)DCT反變換即可恢復(fù)出原圖像。二基于DCT變換的數(shù)字水印原理針對靜止圖像，將圖像分成8X8的塊，由一個(gè)密鑰隨機(jī)的選擇圖像的一些分塊，在頻域的中頻上稍微改變一個(gè)三元組以隱藏二進(jìn)序列信息。選擇在中頻分量編碼不易于被各種信號處理方法破壞，也不會讓人的視覺很敏感，不易于被察覺。未經(jīng)授權(quán)者由于不知道水印嵌入的區(qū)域，因此是很難測出水印的，此外，該水印算法對有損壓縮和低通濾波是魯棒的。將圖像分割成8X8塊，并對每個(gè)塊做DCT變換，然后隨機(jī)選擇構(gòu)造所有塊的一個(gè)子集，對子集的每一個(gè)塊，選擇一組頻率并嵌入二進(jìn)制水印信息。由于頻率組的選擇不是基于最顯著分量，并且頻率系數(shù)的方差較小，因此該方法對噪聲、幾何變形以及多文檔攻擊比較敏感。三matable實(shí)現(xiàn)過程（一）水印嵌入方法讀取RGB圖像pic并變換成灰度圖像gary_pic。用blkproc函數(shù)將載體圖像完全分割為互不覆蓋的8*8塊圖像，并對其進(jìn)行二維DCT變換。通過語句：dct_pic=blkproc（gary_pic,[8,8],'dct2'）;來完成。選取兩個(gè)中頻系數(shù)的位置（4,3）（6,3），如果要嵌入的為0，則將兩位中較小的系數(shù)放在（4，3），如要嵌入1，將較大系數(shù)放在（6，3）。將所得圖像進(jìn)行分塊的逆DCT變換。通過語句p=blkproc（watermark_pic,[8,8],'idct2'）;得到下圖的嵌入水印后圖像。

（二）水印提取方法1對含水印的圖片進(jìn)行分塊DCT變換。2。找到每塊的（4,3）,（6,3）處的系數(shù)，若前者小于后者則提取出0,否則提取出1.3.將提取出的0，1按原水印矩陣的行數(shù)和列數(shù)組成水印。（下圖中左圖為原水印圖像，右圖為從