信息隱藏技術(shù)與水印技術(shù)-第1,2,3章.ppt

1、信息隱藏技術(shù)及其應(yīng)用，信息隱藏小時(shí)分配(36小時(shí))，第1章，第2小時(shí)，第2章，第6小時(shí)，第3章，第6小時(shí)，第4章，第5章，第4小時(shí)，第6章，第4小時(shí)，第7章，第2小時(shí)，第8章，第2小時(shí)，第9章，第2小時(shí)，第10章，第2小時(shí)以上，34小時(shí)復(fù)習(xí)，第1章，信息隱藏技術(shù)介紹，1.1概念， 信息隱藏的分類和特征1.1.1什么是信任隱藏1.1.2信息隱藏的分類1.1.3信息隱藏的技術(shù)特征1.2信息隱藏模型1.3信息隱藏算法1.4信息隱藏技術(shù)的發(fā)展1.5信息隱藏技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域1.1信息隱藏的概念、分類和特征1.1.1什么是信息隱藏，信息隱藏是將一個(gè)有意義的信息隱藏在另一個(gè)叫做封面的信息中以獲得一個(gè)隱寫(xiě)封面。

2、 如圖1.1所示，非法人員不知道其他信息是否隱藏在這個(gè)公共信息中，即使他們知道，也很難提取或移除隱藏的信息。使用的載體可以是文本、圖像、聲音和視頻。為了增加攻擊的難度，加密和信息隱藏技術(shù)也可以結(jié)合起來(lái)，即先對(duì)消息M進(jìn)行加密，得到密文消息M，然后將消息M隱藏在載體c中。這樣，如果攻擊者想要獲得消息，就必須先檢測(cè)到消息的存在，并且知道如何從隱藏的載體S中提取消息M，以及如何對(duì)消息M進(jìn)行解密，恢復(fù)消息M的信息隱藏分類，1.1.2。(1)載體分類包括基于文本、圖像、聲音和視頻的信息隱藏技術(shù)。(2)按密鑰分類如果使用相同的密鑰進(jìn)行嵌入和提取，稱為對(duì)稱隱藏算法，否則稱為公鑰隱藏算法。(3)根據(jù)嵌入域，可分

3、為空間域(或時(shí)間域)方法和變換域方法。(4)按提取要求分類如果提取隱藏信息時(shí)不需要原始載體，稱為盲隱藏；否則，它被稱為非盲隱藏。(5)根據(jù)保護(hù)對(duì)象的不同，可分為隱寫(xiě)術(shù)和水印技術(shù)。1)隱寫(xiě)術(shù)的目的是在沒(méi)有任何懷疑的情況下秘密傳輸信息，因此其主要要求是不被發(fā)現(xiàn)和大容量。數(shù)字水印是指嵌入在數(shù)字產(chǎn)品中的數(shù)字信號(hào)，可以是圖像、字符、符號(hào)、數(shù)字等可以作為標(biāo)記和標(biāo)記的信息。其目的是版權(quán)保護(hù)、所有權(quán)證明、指紋(跟蹤和發(fā)布多個(gè)拷貝)和完整性保護(hù)。3)數(shù)據(jù)隱藏和數(shù)據(jù)嵌入：4)指紋和標(biāo)簽：1.1.3信息隱藏技術(shù)特點(diǎn)：(1)透明性，(2)魯棒性，(3)不可檢測(cè)性，(1)安全性，(2)自恢復(fù)，(2)對(duì)稱性，(2)糾錯(cuò)，

4、1.2信息隱藏模型，1.3信息隱藏算法，(1)空域LSB算法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)高容量和良好的不可見(jiàn)性，但其魯棒性較差，容易被第三方發(fā)現(xiàn)和獲取，其可靠性會(huì)受到壓縮和壓縮等各種圖像操作的影響為了提高算法的性能，提出了多種改進(jìn)方法，如利用偽隨機(jī)序列修改最小二乘；圖像的隨機(jī)順序；只有當(dāng)使用密鑰時(shí)，才能獲得正確的嵌入序列。另一種常用的方法是利用像素的統(tǒng)計(jì)特性將信息嵌入到像素的亮度值中。(2)拼接算法是隨機(jī)選擇像素對(duì)(ai，bi)，然后將每個(gè)ai點(diǎn)的亮度值增加1，將每個(gè)bi點(diǎn)的亮度值減少1，使整個(gè)圖像的平均亮度保持不變。拼接方法通過(guò)適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，對(duì)JPEG壓縮、FIR濾波和圖像裁剪具有一定的抵抗能力，但

5、該方法嵌入的信息量有限。為了嵌入更多的水印信息，可以將圖像分成塊，然后嵌入每個(gè)圖像塊。(3)頻域算法。在這類算法中，大多數(shù)采用擴(kuò)頻通信技術(shù)。該算法首先計(jì)算圖像的離散余弦變換，然后在離散余弦變換域(不包括DC分量)幅值最大的預(yù)系數(shù)上疊加水印，預(yù)系數(shù)通常是圖像的低頻分量。如果DCT系數(shù)的第一大分量表示為=di，i=1，并且水印是服從高斯分布的隨機(jī)實(shí)數(shù)序列=wi，i=1，則水印嵌入算法是di=di(1 awi)，其中常數(shù)a是比例因子，它控制水印添加的強(qiáng)度。然后用新的系數(shù)通過(guò)逆變換得到水印圖像1。它還可以通過(guò)離散傅里葉變換或離散小波變換將數(shù)字圖像的空間域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻域系數(shù)。(5) NEC算法該算

6、法由NEC實(shí)驗(yàn)室的Cox等人提出，在數(shù)字水印算法中占有重要地位。其實(shí)現(xiàn)方法是以密鑰為種子生成高斯分布的偽隨機(jī)序列。密鑰通常由作者的識(shí)別碼和圖像的哈希值組成。其次，對(duì)圖像進(jìn)行離散余弦變換。最后，偽隨機(jī)高斯序列用于調(diào)制(疊加)除DC分量之外的圖像的1000個(gè)最大的離散余弦變換系數(shù)。該算法具有很強(qiáng)的魯棒性、安全性和透明性。由于密鑰的特殊性，IBM攻擊是可以防范的，該算法還提出了增強(qiáng)水印魯棒性和抗攻擊算法的重要原則，即水印信號(hào)應(yīng)該嵌入到源數(shù)據(jù)的最重要部分，即由獨(dú)立且同分布的隨機(jī)實(shí)數(shù)序列組成，實(shí)數(shù)序列應(yīng)該具有高斯分布n (0，1)的特征。(6)生理模型算法人類生理模型包括HVS(人類視覺(jué)系統(tǒng)HVS和人類

7、聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)HAS)。該模型不僅適用于多媒體數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)，也適用于數(shù)字水印系統(tǒng)。使用視覺(jué)模型的基本思想是使用從視覺(jué)模型導(dǎo)出的JND描述來(lái)確定圖像的每個(gè)部分中可以容忍的數(shù)字水印信號(hào)的最大強(qiáng)度，從而避免損害視覺(jué)質(zhì)量。也就是說(shuō)，視覺(jué)模型被用來(lái)確定與圖像相關(guān)的調(diào)制掩碼，然后它被用來(lái)插入水印。該方法具有良好的透明性和魯棒性。1.信息隱藏技術(shù)的發(fā)展，(1)傳統(tǒng)信息隱藏技術(shù)，(2)數(shù)字信息隱藏技術(shù)的發(fā)展，1 .信息隱藏技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，1)數(shù)據(jù)保密性，2)數(shù)據(jù)的不可否認(rèn)性，3)數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)，4)防偽，5)數(shù)據(jù)完整性，第2章保密技術(shù)，2.1替換系統(tǒng)和位平面工具2.1.1最低位替換2.1.2偽隨機(jī)替換2.1.3

8、圖像退化和隱藏通道2.2.4二值圖像中的信息隱藏2.2變換域技術(shù)(DCT域隱寫(xiě)術(shù))，算法2.1最低位替換的嵌入過(guò)程，對(duì)于i=1， L (c) do sici end對(duì)于I=1，l (m) do計(jì)算用于存儲(chǔ)第I個(gè)消息比特的指針ji S ji c吉米end，并且嵌入過(guò)程包括選擇載波元素的子集j1、ji，然后對(duì)子集執(zhí)行替換操作cm，即，用mi交換ci的LSB(mi可以是1或0)。 替代系統(tǒng)也可以修改載波的多個(gè)比特，例如，在載波元素的兩個(gè)最低有效比特中隱藏兩個(gè)信息比特。在提取過(guò)程中，提取所選載波元素的最小二乘，然后對(duì)其進(jìn)行排列以重構(gòu)秘密信息。算法2.2最低位的提取過(guò)程，對(duì)于i=1，l(m) do計(jì)算指

9、針ji miLSB(c ji)結(jié)束用于存儲(chǔ)ith消息位，算法2.3隨機(jī)區(qū)間方法的嵌入過(guò)程，對(duì)于i=1，L (c)為i=1隨機(jī)生成序列k1，算法2.4隨機(jī)區(qū)間法的提取過(guò)程，隨機(jī)生成序列kink1為I=1，算法2.5使用偽隨機(jī)排列來(lái)計(jì)算索引j，VI div x ui mod x v(vhk 1(u)mod y u(uhk 2(v)mod x v(vhk 3(u)mod y jvxu，2.2.3圖像退化和隱藏通道，以及圖像這種威脅屬于信息偽裝技術(shù)，它可以用來(lái)秘密地交換圖像，我們稱之為圖像退化。圖像退化是替換系統(tǒng)中的一種特殊情況，其中圖像既是秘密信息又是載體。給定相同大小的偽裝載體和秘密圖像，發(fā)送者用

10、秘密圖像的四個(gè)最高位替換偽裝載體圖像的灰度(或顏色)值的四個(gè)最低位。接收器從隱藏圖像中提取四個(gè)最低位，以獲得秘密圖像的四個(gè)最高位。在許多情況下，物體的退化在視覺(jué)上是察覺(jué)不到的，四位足以傳輸秘密圖像的粗略近似值。封面圖像機(jī)密圖像有4個(gè)高位，4個(gè)低位，4個(gè)低位，圖像質(zhì)量下降。在多級(jí)安全操作系統(tǒng)中，主體(進(jìn)程、用戶)和對(duì)象(文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等)。)被分配了特定的安全級(jí)別。查看著名的Bel-LaPadula模型。一般來(lái)說(shuō)，主體只能讀取較低安全級(jí)別的對(duì)象(“不能向上讀”)，而只能寫(xiě)入較高安全級(jí)別的對(duì)象(“不能向下寫(xiě)”)。第一個(gè)限制的原因是顯而易見(jiàn)的，而第二個(gè)限制的原因是試圖阻止用戶將重要信息提供給安全性較低

11、的主題。信息降級(jí)是指通過(guò)將機(jī)密信息嵌入到安全級(jí)別較低的對(duì)象中，機(jī)密信息不再是機(jī)密信息(因此稱為信息降級(jí))，從而違反了“不可寫(xiě)”的原則。隱藏信道，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中未使用和保留的空間，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的隱藏信道，利用密碼協(xié)議中的閾下信道，2.2.7二值圖像中的信息隱藏，趙和科赫提出了一種信息隱藏方案，利用特定圖像區(qū)域中黑色像素的個(gè)數(shù)來(lái)編碼秘密信息。二值圖像被分成矩形圖像區(qū)域Bi，P0(Bi)和P1(Bi)是圖像塊Bi中黑白像素的百分比。基本方法是：如果塊P1 (bi)為50%，則嵌入1，如果P0 (bi)為50%，則嵌入0。為了提高整個(gè)系統(tǒng)對(duì)傳輸錯(cuò)誤和圖像修改的魯棒性，我們必須調(diào)整嵌入過(guò)程。如果某

12、些像素在傳輸過(guò)程中發(fā)生顏色變化，如(畢)從50.6%下降到49.5%，就會(huì)發(fā)生這種情況，從而破壞嵌入的信息。因此，應(yīng)該引入兩個(gè)閾值R150%和R050%，一個(gè)穩(wěn)健的參數(shù)是在傳輸過(guò)程中可以改變顏色的像素的百分比。發(fā)送方在嵌入過(guò)程中確保P1(雙)R、R或P0(雙)R、R。如果必須修改太多像素才能達(dá)到目標(biāo)，請(qǐng)將此塊標(biāo)記為無(wú)效，即修改(Bi)以滿足以下兩個(gè)條件之一：對(duì)于i=1，l(M) do永遠(yuǎn)隨機(jī)選擇一個(gè)圖像塊Bj /*檢查Bj是否有效*/然后將圖像塊Bj標(biāo)記為不可用，即修改圖像塊以便：算法2.6(趙和科赫算法)在二進(jìn)制圖像中的數(shù)據(jù)嵌入過(guò)程，或者繼續(xù)endif break enddo/*在Bj中嵌入

13、秘密消息位*/if=1然后修改Bj以使否則修改Bj以使結(jié)束if結(jié)束，算法2.7(趙和科赫算法)數(shù)據(jù)提取過(guò)程，對(duì)于i=1，e (M) do永遠(yuǎn)隨機(jī)選擇一個(gè)圖像塊Bj If并繼續(xù)中斷結(jié)束do如果P1 (bj) 50%則m1 1否則m0 0 0結(jié)束如果結(jié)束，松井和田中提出了不同的嵌入方案，如果第I個(gè)秘密消息位mi為0，我們讓rl否則RL(ai，ai 1)為奇數(shù)，這意味著mi為1。例如，它可以通過(guò)以下方式完成：如果mi為0，RL(ai，ai 1)為奇數(shù)，我們將ai 1向左移動(dòng)一個(gè)像素。另一方面，如果mi=1并且RL(ai，ai 1)是偶數(shù)，我們將ai 1向右移動(dòng)一個(gè)像素。例如，1001a0，3，a1，

14、5，a2，4，a3，2，a4，1a0，3，a1，6，a2，4，a3，31001，2.2變換域技術(shù)(DCT域)，二維DCT變換(實(shí)驗(yàn)P73)，M*N矩陣a。我們將描述一個(gè)使用數(shù)字圖像作為載體的系統(tǒng)。在編碼過(guò)程中，發(fā)送方將載體圖像分成88個(gè)像素塊，每個(gè)塊只對(duì)一個(gè)秘密信息比特進(jìn)行精確編碼。在嵌入過(guò)程開(kāi)始時(shí)，首先，隨機(jī)選擇一個(gè)圖像塊bi，并將其用于編碼第I個(gè)消息位。假設(shè)Bi=Dbi是經(jīng)過(guò)離散余弦變換后的圖像塊。在通信開(kāi)始之前，發(fā)送方和接收方必須就嵌入過(guò)程中使用的兩個(gè)離散余弦變換系數(shù)的位置達(dá)成一致。讓我們用(u1，v1)和(u2，v2)來(lái)表示這兩個(gè)索引。這兩個(gè)系數(shù)應(yīng)該對(duì)應(yīng)于余弦變換的中頻，以確保信息存儲(chǔ)在信號(hào)的重要部分(這樣嵌入的信息就不容易由于JPEG壓縮而完全丟失)。此外，一般認(rèn)為中頻離散余弦變換系數(shù)具有相似的數(shù)量級(jí)，并且我們可以假設(shè)嵌入過(guò)程不會(huì)導(dǎo)致載波的嚴(yán)重退化。因?yàn)闃?gòu)建的系統(tǒng)應(yīng)該對(duì)JPEG壓縮具有魯棒性。在JPEG壓縮算法中，我們選擇量化值相同的離散余弦變換系數(shù)。根據(jù)表2.1，系數(shù)(4，1)和(3，2)，或(1，2)和(3，0)更好。編碼方法：如果塊Bi (u1，v1) Bi