信息隱藏與數(shù)字水印__第1章.ppt

1、第1章概論,返回總目錄,目錄,1.1信息隱藏的概念,1.2信息隱藏的分類,1.3信息隱藏的主要分支,1.5習(xí)題一,返回總目錄,1.0引言,1.4信息隱藏的主要應(yīng)用領(lǐng)域,基本要求： ）了解信息隱藏的基本概念； ）了解信息隱藏的發(fā)展與分類； ）熟悉信息隱藏的主要分支技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域。 學(xué)習(xí)重點(diǎn)： ）古代有哪些信息隱藏方法； ）現(xiàn)代信息隱藏技術(shù)及其應(yīng)用。,1.0引言,1.0.1數(shù)字水印與信息隱藏的思想,利用以 數(shù)字信號(hào)處理理論（圖像信號(hào)處理、音頻信號(hào)處理、視頻信號(hào)處理等） 人類感知理論（視覺理論、聽覺理論） 現(xiàn)代通信技術(shù) 密碼技術(shù) 等為代表的偽裝式信息隱藏方法來研究信息的保密和安全問題,返回目錄,1.

2、0引言,1.0.1數(shù)字水印與信息隱藏的思想,基本思路：,守 盡可能多地將信息隱藏在公開消息之中 盡可能不讓對(duì)手發(fā)現(xiàn)任何破綻 攻 盡可能地發(fā)現(xiàn)和破壞對(duì)手利用信息隱藏技術(shù)隱藏在公開消息中的機(jī)密信息,1.0引言,1.0.1數(shù)字水印與信息隱藏的思想,主要內(nèi)容：,廣義信息隱藏 在某種載體中嵌入數(shù)據(jù) 具體應(yīng)用： 信息隱藏 偽裝式隱蔽通信 數(shù)字水印 用于數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)（數(shù)字版權(quán)管理DRM）,1.0引言,1.0.1數(shù)字水印與信息隱藏的思想,可能嗎？,利用人類感知系統(tǒng)的冗余 利用計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)的冗余 利用各種潛信道 因此，技術(shù)上是可行的！,1.0引言,1.0.1數(shù)字水印與信息隱藏的思想,需要嗎？,信息隱藏

3、加密：對(duì)秘密信息本身進(jìn)行保護(hù)，但信息的傳遞過程是暴露的 隱藏：掩蓋秘密信息存在的事實(shí) 將密碼學(xué)與信息隱藏相結(jié)合，就可以同時(shí)保證信息本身的安全和信息傳遞過程的安全 現(xiàn)代戰(zhàn)爭信息戰(zhàn) 尤其是國家安全部門需要研究偽裝式信息安全的攻與防 數(shù)字水印 數(shù)字產(chǎn)品的無失真復(fù)制的特點(diǎn)，造成版權(quán)保護(hù)和管理方面的漏洞,1.0引言,1.0.2數(shù)字水印與信息隱藏的研究狀況,1992年國際上正式提出信息隱形性研究 1996年國際第一屆信息隱藏研討會(huì) 1998、1999、信息隱藏研討會(huì) 各種大型國際會(huì)議中都有信息隱藏和數(shù)字水印的專題 國內(nèi)信息隱藏研討會(huì)每年召開（1999年開始）,1.0引言,1.0.2數(shù)字水印與信息隱藏的研究

4、狀況,歷年文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)：,數(shù)字水印與信息隱藏,統(tǒng)計(jì)源：IEEE、IEE期刊、會(huì)議論文,信息隱藏與隱藏分析,統(tǒng)計(jì)源：IEEE、IEE期刊、會(huì)議論文,1.0引言,1.0.2數(shù)字水印與信息隱藏的研究狀況,歷年文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)：,1.0引言,1.0.2數(shù)字水印與信息隱藏的研究狀況,回顧：廣義信息隱藏的研究：,廣義信息隱藏：信息隱藏與數(shù)字水印 由淺入深、由應(yīng)用推動(dòng)理論 算法研究 LSB算法，各種變換域算法 載體 圖像、音頻、視頻、文本、各種數(shù)據(jù)載體等 特性 魯棒性、脆弱性、半脆弱性,1.0引言,1.0.2數(shù)字水印與信息隱藏的研究狀況,回顧：廣義信息隱藏的研究：,理論研究 很多基礎(chǔ)問題制約了該領(lǐng)域的深入發(fā)展 如：信息

5、隱藏模型、容量、透明度的衡量、對(duì)載體影響的衡量等 理論研究的熱潮（2000年以后） Moulin等人提出基于信息論的信息隱藏理論框架 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，攻擊行為也描述為信道，信息檢測(cè)則認(rèn)為是一種假設(shè)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?1.0引言,1.0.2數(shù)字水印與信息隱藏的研究狀況,回顧：廣義信息隱藏的研究：,理論研究的熱潮（2000年以后） Costa dirty paper 模型 Cohen與Lapidoth模型 Somekh-Baruck模型 并行高斯信道模型等 這些模型的共同點(diǎn)都是把信息隱藏類比于一個(gè)通信模型，其差別在于對(duì)攻擊

6、行為及信道的描述或假設(shè)不同,1.0引言,1.0.2數(shù)字水印與信息隱藏的研究狀況,研究現(xiàn)狀：,研究的學(xué)者非常多，遍布：信息安全、密碼學(xué)、通信、軍事通信學(xué)、信號(hào)與信息處理、應(yīng)用數(shù)學(xué)、模式識(shí)別與智能系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、數(shù)字內(nèi)容、數(shù)字媒體設(shè)計(jì)等領(lǐng)域 每年都有大量的論著在國內(nèi)外發(fā)表，有大量的科研成果產(chǎn)生，有眾多學(xué)術(shù)會(huì)議在世界各地召開，有許多專利被申請(qǐng)，有不少產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，有大批優(yōu)秀專才走出學(xué)校等等 問題：低水平重復(fù)多，重大突破少,1.0引言,1.0.2數(shù)字水印與信息隱藏的研究狀況,目前的應(yīng)用熱點(diǎn)：,信息隱藏（隱蔽通信） 信息隱藏分析（隱蔽通信的對(duì)立面） 數(shù)字版權(quán)管理（數(shù)字水?。?1.0引言,1.0.2

7、數(shù)字水印與信息隱藏的研究狀況,關(guān)鍵突破點(diǎn)：,理論研究有待突破 數(shù)字水印(信息隱藏)及各種攻擊的數(shù)學(xué)模型 數(shù)字水印(信息隱藏)的容量分析 算法的統(tǒng)一評(píng)價(jià) 通用隱藏分析 理論研究存在的問題 理論研究結(jié)果與具體載體、具體算法設(shè)計(jì)之間存在比較大的鴻溝 無法充分驗(yàn)證理論模型的準(zhǔn)確性 理論結(jié)果始終無法指導(dǎo)算法的設(shè)計(jì) 怎樣的隱藏算法可以達(dá)到隱藏容量的理論上界？,1.0引言,1.0.2數(shù)字水印與信息隱藏的研究狀況,關(guān)鍵突破點(diǎn)：,成果應(yīng)用即將爆發(fā) 數(shù)字水印已成為各種數(shù)字內(nèi)容的有效保護(hù)手段之一 網(wǎng)絡(luò)游戲、數(shù)字動(dòng)漫、數(shù)字電視、數(shù)字電影等 數(shù)字版權(quán)管理體系 數(shù)字水印標(biāo)準(zhǔn),1.0引言,1.0.2數(shù)字水印與信息隱藏的研究

8、狀況,關(guān)鍵突破點(diǎn)：,政策法規(guī)不能落后 各國政府對(duì)密碼算法都有比較嚴(yán)格的管理規(guī)定 但信息隱藏算法與數(shù)字水印算法的使用目前還沒有統(tǒng)一的規(guī)范,1.0引言,1.0.3導(dǎo)學(xué)指南,課程目的：,介紹基本概念和基本方法 提出可能的研究方向及突破點(diǎn) 為研究工作打基礎(chǔ) 培養(yǎng)獨(dú)立科學(xué)研究能力 鍛煉論文寫作能力,1.0引言,1.0.3導(dǎo)學(xué)指南,課程內(nèi)容：,信息隱藏原理,數(shù)字水印原理,信息隱藏算法,信息隱藏攻擊（隱藏分析）,數(shù)字水印算法,數(shù)字水印攻擊,圖象,音頻,視頻,數(shù)據(jù),圖象,音頻,視頻,數(shù)據(jù),算法,攻擊和分析,廣義隱藏,隱藏理論研究,基礎(chǔ)知識(shí),1.0引言,1.0.3導(dǎo)學(xué)指南,教學(xué)參考書：,信息隱藏技術(shù)與應(yīng)用,王麗

9、娜,武漢大學(xué)出版社,2009年5月第二版 信息隱藏與數(shù)字水印，鈕心忻，北京郵電大學(xué)出版社,2004年第一版 數(shù)字水印理論與技術(shù)，楊義先，鈕心忻,高等教育出版社,2006年第一版. 信息偽裝技術(shù)隱藏術(shù)與數(shù)字水印，鈕心忻等譯，2001,1.0引言,1.0.3導(dǎo)學(xué)指南,所需基礎(chǔ)知識(shí)：,數(shù)學(xué) 數(shù)字信號(hào)處理 文獻(xiàn)檢索 科學(xué)研究方法 算法編程,1.0引言,1.0.3導(dǎo)學(xué)指南,課程提綱：,概論 基礎(chǔ)知識(shí) 信息隱藏原理 數(shù)字隱藏技術(shù) 信息隱藏分析 數(shù)字水印原理 數(shù)字水印技術(shù) 數(shù)字水印攻擊,1.1信息隱藏的概念,返回目錄,1.1.1什么是信息隱藏,信息隱藏是把一個(gè)有意義的信息隱藏在另一個(gè)稱為載體的信息中得到隱蔽

10、載體.如圖1.1 所示，非法者不知道這個(gè)普通信息中是否隱藏了其它的信息，而且即使知道也難以提取或去除隱藏的信息。 所用的載體可以是文字、圖象、聲音及視頻等。為增加攻擊的難度，也可以把加密與信息隱藏技術(shù)結(jié)合起來，即先對(duì)消息M加密得到密文消息M，再把M隱藏到載體C中。這樣攻擊者要想獲得消息，就首先要檢測(cè)到消息的存在，并知道如何從隱蔽的載體S中提取M及如何對(duì)M解密以恢復(fù)消息M.,1.1.1什么是信息隱藏,1.1信息隱藏的概念,信息隱藏技術(shù)與加密技術(shù)的主要區(qū)別： 加密：對(duì)秘密信息本身進(jìn)行保護(hù)，但信息的傳遞過程是暴露的。 信息隱藏（ Information hiding ）：掩蓋秘密信息存在的事實(shí)。 通

11、常會(huì)將密碼學(xué)與信息隱藏相結(jié)合，就可以同時(shí)保證信息本身的安全和信息傳遞過程的安全。,1.1.2信息隱藏 與加密,1.1信息隱藏的概念,1.2信息隱藏的分類,1.2.1信息隱藏的歷史回顧,古代的隱藏術(shù)：,1、技術(shù)性的隱藏術(shù) 2、語言學(xué)中的隱藏術(shù) 3、用于版權(quán)保護(hù)的隱藏術(shù),返回目錄,1、技術(shù)性的隱藏術(shù) 用頭發(fā)掩蓋信息。將消息寫在頭皮上，等到頭發(fā)長出來后，消息被遮蓋，這樣消息可以在各個(gè)部落中傳遞（公元前440年） 使用書記板隱藏信息。首先去掉書記板上的臘，然后將消息寫在木板上，再用臘覆蓋，這樣處理后的書記板看起來是一個(gè)完全空白的 將信函隱藏在信使的鞋底、衣服的皺褶中，婦女的頭飾和首飾中等,古代的隱藏術(shù)

12、：,1.2信息隱藏的分類,1.2.1信息隱藏的歷史回顧,1、技術(shù)性的隱藏術(shù) 在一篇信函中，通過改變其中某些字母筆劃的高度，或者在某些字母上面或下面挖出非常小的孔，以標(biāo)識(shí)某些特殊的字母，這些特殊的字母組成秘密信息 采用無形的墨水在特定字母上制作非常小的斑點(diǎn) 微縮膠片。通過信鴿傳遞，或粘貼在無關(guān)緊要的雜志等文字材料中的句號(hào)或逗號(hào),古代的隱藏術(shù)：,1.2信息隱藏的分類,1.2.1信息隱藏的歷史回顧,1、技術(shù)性的隱藏術(shù) 使用化學(xué)方法的隱藏術(shù)。用筆蘸淀粉水在白紙上寫字，然后噴上碘水，則淀粉和碘起化學(xué)反應(yīng)后顯出棕色字體 在藝術(shù)作品中的隱藏術(shù)。在一些變形夸張的繪畫作品中，從正面看是一種景象，側(cè)面看又是另一種

13、景象，這其中就可以隱含作者的一些政治主張或異教思想。,古代的隱藏術(shù)：,1.2信息隱藏的分類,1.2.1信息隱藏的歷史回顧,古代的隱藏術(shù)：,2、語言性的隱藏術(shù) 藏頭詩 平湖一色萬頃秋， 湖光渺渺水長流。 秋月圓圓世間少， 月好四時(shí)最宜秋。 樂譜 卡登格子,1.2信息隱藏的分類,1.2.1信息隱藏的歷史回顧,古代的隱藏術(shù)：,2、語言性的隱藏術(shù) 樂譜。第二次世界大戰(zhàn)期間，一位熱情的女鋼琴家，常為聯(lián)軍作慰問演出，并通過電臺(tái)播放自己譜寫的鋼琴曲。由于聯(lián)軍在戰(zhàn)場(chǎng)上接連遭到失敗，反間諜機(jī)關(guān)開始懷疑到這位女鋼琴家，可一時(shí)又因找不到鋼琴家傳遞情報(bào)的手段和途徑而遲遲不能決斷。原來，這位德國忠實(shí)的女間諜，從聯(lián)軍軍官

14、那里獲得軍事情報(bào)后，就按照事先規(guī)定的密碼巧妙地將其編成樂譜，并在電臺(tái)演奏時(shí)一次次公開將重要情報(bào)通過悠揚(yáng)的琴聲傳遞出去。,1.2信息隱藏的分類,1.2.1信息隱藏的歷史回顧,古代的隱藏術(shù)：,2、語言性的隱藏術(shù) 卡登格子。中國古代設(shè)計(jì)的信息隱藏方法中，發(fā)送者和接收者各持一張完全相同的、帶有許多小孔的紙，這些孔的位置是被隨機(jī)選定的。發(fā)送者將這張帶有孔的紙覆蓋在一張紙上，將秘密信息寫在小孔的位置上，然后移去上面的紙，根據(jù)下面的紙上留下的字和空余位置，編寫一段普通的文章。接收者只要把帶孔的紙覆蓋在這段普通文字上，就可以讀出留在小孔中的秘密信息。在16世紀(jì)早期，意大利數(shù)學(xué)家Cardan(1501-1576

15、)也發(fā)明了這種方法，這種方法現(xiàn)在被稱作卡登格子法,1.2信息隱藏的分類,1.2.1信息隱藏的歷史回顧,古代的隱藏術(shù)：,3、用于版權(quán)保護(hù)的隱藏術(shù) 核對(duì)校驗(yàn)圖 （作品的摘要）。Lorrain(1600-1682)是17世紀(jì)一個(gè)很有名的風(fēng)景畫家，當(dāng)時(shí)出現(xiàn)了很多對(duì)他的畫的模仿和冒充，由于當(dāng)時(shí)還沒有相關(guān)的版權(quán)保護(hù)的法律，他就使用了一種方法來保護(hù)他的畫的版權(quán)。他自己創(chuàng)作了一本稱為Liber Veritatis的書，這是一本寫生形式的素描集。他創(chuàng)作這本書的目的是為了保護(hù)自己的畫免遭偽造。事實(shí)上，只要在素描和油畫作品之間進(jìn)行一些比較就會(huì)發(fā)現(xiàn)，前者是專門設(shè)計(jì)用來作為后者的“核對(duì)校驗(yàn)圖”，并且任何一個(gè)細(xì)心的觀察者

16、根據(jù)這本書仔細(xì)對(duì)照后就能判定一幅給定的油畫是不是贗品 紙張中的水印。如高級(jí)酒店的信簽紙中的水??；紙幣中的水印,1.2信息隱藏的分類,1.2.1信息隱藏的歷史回顧,信息隱藏的現(xiàn)狀：,隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，信息隱藏受到重視 各種重要信息需要安全的傳遞。政府信息、商務(wù)信息、個(gè)人隱私等 尤其是國家安全部門需要研究偽裝式信息安全的攻防?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭信息戰(zhàn) 數(shù)字產(chǎn)品的無失真復(fù)制，造成版權(quán)保護(hù)和管理方面的漏洞 技術(shù)上存在信息隱藏的可能,1.2信息隱藏的分類,1.2.1信息隱藏的歷史回顧,現(xiàn)代信息隱藏的研究狀況：,1992年，國際上正式提出信息隱形性研究 1996年，國際第一屆信息隱藏研討會(huì)在劍橋大學(xué)舉行 1

17、998在美國、1999在德國、信息隱藏研討會(huì) 各種大型國際會(huì)議（如IEEE）中都有信息隱藏和數(shù)字水印的專題 國內(nèi)信息隱藏研討會(huì)每年召開（1999年開始）,1.2信息隱藏的分類,1.2.1信息隱藏的歷史回顧,文獻(xiàn)檢索（關(guān)鍵詞）：,Information hiding（信息隱藏） Steganography（隱寫術(shù)） Digital watermarking（數(shù)字水印） Steganalysis（隱寫分析）,1.2信息隱藏的分類,1.2.1信息隱藏的歷史回顧,1.2信息隱藏的分類,1.2.2現(xiàn)代信息隱藏的分類,(1) 按載體類型分類 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

18、類 若嵌入和提取采用相同密鑰，則稱其為對(duì)稱隱藏算法，否則稱為公鑰隱藏算法。 (3) 按嵌入域分類 主要可分為空域（或時(shí)域）方法及變換域方法。 (4) 按提取的要求分類 若在提取隱藏信息時(shí)不需要利用原始載體C，則稱為盲隱藏；否則,1.2信息隱藏的分類,1.2.2現(xiàn)代信息隱藏的分類,稱為非盲隱藏。 (5) 按保護(hù)對(duì)象分類 主要可分為隱寫術(shù)和水印技術(shù)。 1) 隱寫術(shù)的目的是在不引起任何懷疑的情況下秘密傳送消息，因此它的主要要求是不被檢測(cè)到和大容量等。 2) 數(shù)字水印是指嵌在數(shù)字產(chǎn)品中的數(shù)字信號(hào)，可以是圖像，文字，符號(hào)，數(shù)字等一切可以作為標(biāo)識(shí)和標(biāo)記的信息，其目的是進(jìn)行版權(quán)保護(hù)、所有權(quán)證明、指紋（追蹤發(fā)

19、布多份拷貝）和完整性保護(hù)等。,1.3信息隱藏的主要分支,1.3.0主要分支技術(shù)：4個(gè),偽裝式保密通信 數(shù)字水印 隱蔽信道 信息分存,返回目錄,1.3.1偽裝式保密通信（隱藏術(shù)）,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 被隱藏的信息也可以是任何形式（全部作為比特流） 主要用于軍隊(duì)和安全部門,1.3信息隱藏的主要分支,1.3.2數(shù)字水印,信息隱藏在民用領(lǐng)域的應(yīng)用：數(shù)字水印 數(shù)字作品的特點(diǎn)：無失真復(fù)制、傳播，易修改，易發(fā)表 數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)需要：鑒別作者和確定、鑒別作者的版權(quán)聲明 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)

20、的數(shù)字多媒體作品中，從而防止其他團(tuán)體對(duì)該作品宣稱擁有版權(quán),1.3信息隱藏的主要分支,1.3.2數(shù)字水印,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(chǎng)上發(fā)現(xiàn)盜版，可以識(shí)別盜版者。 用于拷貝保護(hù)的數(shù)字水?。核∨c作品的使用工具相結(jié)合（如軟硬件播放器等），使得盜版的作品無法使用。,1.3信息隱藏的主要分支,1.3.3隱蔽信道,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的隱蔽信道：在多級(jí)安全水平的系統(tǒng)環(huán)境中，那些根本不是專門設(shè)計(jì)的也不打算用來傳輸消息的通信路徑稱為隱蔽信道。 這些信道在為某一程序提供服務(wù)時(shí)，可以被一個(gè)不可信的程序用來向它的控制者泄露信息。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存在的安全漏洞也可以被利用作為秘密信道傳遞信息,1.3信息隱藏的主要分支,1.3.4信息分存（可視密碼）,1994年，M.Naor和A.Shamir提出 其思想是把要隱藏的密鑰信息通過算法隱藏到兩個(gè)或多個(gè)子密鑰圖片中。每一張圖片上都有隨機(jī)分布的黑點(diǎn)和白點(diǎn)。把所有的圖片疊加在一起