PARTIV-1資訊隱藏的玄機

PARTIV資訊隱藏的玄機1PARTIV-15資訊隱藏2資訊隱藏(InformationHiding)•資訊隱藏著重於將機密、重要資訊內容藏入到其所利用的數位多媒體之中•讓非法使用者無法透過感官系統來察覺機密、重要資訊的存在•避免機密、重要資訊被攔截、破解•達到資訊安全與保護的目的。3嵌字詩芷香蘭芳寧玉碎若無情癡何苦追雖以陰狠毒辣名美可顛倒惹是非無奈淒涼情感路忌敏防昭荼紫蛛不防情逝難挽回愛似星落歎何如芷香蘭芳寧玉碎若無情癡何苦追雖以陰狠毒辣名美可顛倒惹是非無奈淒涼情感路忌敏防昭荼紫蛛不防情逝難挽回愛似星落歎何如4嵌字詩5摘自•數位媒體所有權的保護–數位媒體易遭複製、修改、變造–數位簽章與密碼學無法保障著作權–將所有權資訊隱藏於數位媒體中，必要時能夠鑑定出真正擁有者–避免惡意攻擊者嵌入不同的所有權資訊8資訊隱藏分類9資訊隱藏隱藏式通道偽裝法匿名法版權標記語言藏密學技術藏密學強韌的版權標記脆弱浮水印數位指紋數位浮水印技術不可視浮水印技術可視浮水印技術資訊隱藏學•隱藏式通道（CovertChannels）–ISO/IEC2382-8–可用來傳送非授權資料的傳輸通道–木馬程式擷取受害電腦上的資訊或取得控制權•偽裝法(Steganography)–將所要傳遞的機密訊息藏入所選定的偽裝媒體中，唯有正確的金鑰才能得以萃取出其中的機密訊息–1984，Simmon，囚犯問題10資訊隱藏學•匿名法（Anonymity）–傳送者能以假名（Pseudonym）傳送敏感或私密的訊息，也能以假名收到回覆–不洩漏真實傳送者的相關訊息•版權標記(CopyrightMarking)–在數位媒體中藏入所有權的相關資訊的方法–數位浮水印11數位浮水印•防偽可視浮水印12數位浮水印•兩種方式來應用：–將浮水印直接加到影像上。–將相關文字資訊如著作權人、出版公司等編碼後置入影像檔的檔頭資訊中。13強化的浮水印隱藏技術•條件：–透明性(Transparency)–強韌性(Robustness)–安全性(Security)–忘卻性(Oblivious)–多浮水印（MultipleWatermarking）–明確性（Unambiguity）14強化的浮水印隱藏技術之條件-1透明性(Transparency)•製作浮水印時最基本的要求，•透過人眼視覺檢視、比較原始影像圖(Host-image)與保護圖(Stego-image)時，無法辨別區分出兩張圖有何不同點。•要使信號雜訊比（PeakSignaltoNoiseRatio，PSNR）大於或等於30dB15MSEPSNR210255log1010102)'(1mimjijijIInmMSE均方差（MeanSquareError）人類的視覺系統(HumanVisualSystem，HVS)•影像的恰可察覺色差(Just-noticeableDifference，JND)–原始影像欲嵌入浮水印時，以每一個像素(或每一個次頻帶)為單位做為評估可嵌入的資料量門檻值–降低視覺系統對於保護圖遭受破壞程度的感受度(Sensitivity)16),,,(),,,(),,,(212121jinnajinntjinntebJND背景亮度鄰近像素影像的恰可察覺色差(Just-noticeableDifference，JND)•依影像空間頻率（SpatialFrequency）、背景亮度適應及對比遮罩效應（ContrastMaskingEffect）來衡量視覺系統對於影像改變的容忍度(亦可稱為最小恰可察覺的程度)。•浮水印嵌入技術–利用離散餘弦轉換(DiscreteCosineTransformation,DCT)或離散小波轉換(DiscreteWaveletTransformation,DWT)–JND的考慮對於嵌入資料的容量(capacity)並沒有太大影響，但對於影像的透明性有一定效果提昇17強化的浮水印隱藏技術之條件-2強韌性(Robustness)•保護圖必須要有足夠強韌度來抵抗一般影像處理、幾何變形、列印後掃瞄以及StirMark的等多種攻擊法。•例如：過濾處理(FilteringTreatment)、失真壓縮(LossyCompression)、重新取樣(Resampling)、重新量化(Requantization)等等18強化的浮水印隱藏技術之條件-3安全性(Security)•被不法者正確推測出浮水印資料所嵌入的區域的可能性必須要很低•不允許沒有權限的人任意移除或竄改嵌在其中的浮水印資料•藉由使用私密金鑰/公開金鑰(Private-key/Public-key)的加密系統或者是在嵌入浮水印前使用虛擬隨機亂數產生器(Pseudo-randomGenerator)透過一個種子金鑰(SeedKey)產生一堆的隨機亂數來完成19強化的浮水印隱藏技術之條件-4忘卻性(Oblivious)•非忘卻（Non-oblivious）的浮水印技術是當針對已含有浮水印保護的媒體萃取浮水印時，需要參考原始媒體–透過原始媒體的協助，才能順利的萃取出浮水印•忘卻浮水印技術則是保護媒體不需要參考原始媒體便可萃取出浮水印–僅僅需要保護媒體便可萃取出隱藏在其中浮水印•實用的機制應該不需要原圖比對即可偵測出浮水印。20強化的浮水印隱藏技術之條件-5多浮水印（Multiplewatermarking）•利於購買者，或合法的第三者也能加上自己的浮水印•在嵌入的技術上要能使後來加上的浮水印在運用相同的嵌入機制時，並不會影響到之前的浮水印21強化的浮水印隱藏技術之條件-6明確性（Unambiguity）•萃取出的標誌（Logo）必須明確。•主要目的：針對影像圖所有權的鑑別、為所有者的權益提供保障。•從保護圖中萃取出來、重建的浮水印必須再具有不含糊性、清晰可辨的特性。22明確性檢測•NC（NormalizedCorrelation）–NC進行判斷兩個浮水印是否相同–當NC值為1，表示兩個浮水印是相同的–若兩個浮水印不一致時，則NC值會降低並介於0與1之間。23ijijjiWjiWjiWNC2)],([),('),(3x3像素黑白圖範例(1)24(a)藏入黑白圖W(b)取出黑白圖W’0000100001W000010000'1W11)11(8)00()11(8)00(22NC如圖5所示:藏入黑白圖，取出黑白圖所有的像素值完全相同，故經檢驗NC值為1，故二圖相符。3x3像素黑白圖範例(2)25(a)藏入黑白圖W(b)取出黑白圖W’0000100002W001010000'2W改變後的W2’有一個像素被由白轉成黑(0改變成1)11)11(8)00()11()10(7)00(22NC經檢驗NC值仍為1，判斷發生錯誤，利用NC值判斷會誤判二張圖係同一張圖。3x3像素黑白圖範例(3)26(a)藏入黑白圖W(b)取出黑白圖W’0100100103W111010010'3W改變後的W3’有二個像素被由白轉成黑(0改變成1)1333)11(6)00(3)11(2)10(4)00(22NC經檢驗NC值仍為1，判斷發生錯誤，利用NC值判斷會誤判二張圖係同一張圖。NC誤判•原因可以由NC的公式來看272222)3,3()2,3(...)2,1()1,1()3,3(')3,3()2,3(')2,3(...)2,1(')2,1()1,1(')1,1(WWWWWWWWWWWWNCNC誤判•以原圖像素值平方和為分母的值並不會改變，故主要判斷圖形相似值是基於分子。•而分子是由原圖與改變後的圖每一個相對映位置像素的乘積和所組成•因此，在分母不變的情況下，若圖形的像素被由1改變成0時，因其乘積會由1變成0，故與分母相較之下，判定該像素已改變；•在圖形的像素被由0改變成1的情況下，因乘積仍然為0，故與分母相較之下，無法判定其遭受篡改。28浮水印衡量方式TAF•解決NC誤判的問題•TAF值越大，代表萃取出之浮水印與原本的浮水印差別越多，同時也代表著浮水印的位元錯誤的比例。29NwiiiwWWNWWTAF1'1',TAF的計算•範例(1)：未受到篡改•範例(2)：W’有一個像素受到篡改•範例(3)：W’有二個像素受到篡改300)000000001100000000(91',11WWTAF91)000000001100100000(91',22WWTAF92)100000111111100000(91',33WWTAFTAF•TAF對於原始圖形的像素與改變後圖形的像素值做互斥(Exclusive-or)運算•二個比較的像素發生相異情況時，不論是由0變成1或由1變成0，皆會增加TAF值，因而顯示出其圖形受到篡改•解決了NC測度的判讀錯誤問題。31NC值的誤判32(a)原始浮水印(b)反相的浮水印，NC值為0當萃取出來的浮水印呈反相時，NC值0，但還是可以清楚地分辨出來。PSNR的測度•PSNR的測度上亦可能產生非真實情形的解讀，例如當Lenna圖中的右眼塗白，PSNR值尚有33.77dB33數位浮水印技術•「空間域機制」(SpatialDomainMechanism)：–浮水印的嵌入／偵測若是採用直接更改／讀取影像亮度或灰階值•「轉換域機制」(Transform-DomainMechanism)或「頻率域機制」(FrequencyDomainMechanism)–浮水印的嵌入／偵測若是採用更改/讀取以數學轉換過的係數•視學密碼學（VisualCryptography）34空間域(SpatialDomain)•直接改變或調整數位媒體的單位元素值（度量訊息的基本單位）來達成嵌入資訊的目的–LSB（LastSignificantBit）嵌入：為直接修改數位影像中像素值較不重要的部份，以達到藏入數位浮水印之目的。–對於幾何變形（GeometricTransform），例如：旋轉、JPEG壓縮，則較為脆弱。358位元灰階像素之MSB與LSB36頻率域•常見的轉換方式：–離散餘弦轉換(DiscreteCosineTransformation,DCT)/反離散餘弦轉換(InverseDiscreteCosineTransformation,IDCT)–傅利葉轉換(FourierTransformation,FT)/反傅利葉轉換(InverseFourierTransformation,IFT)–離散小波轉換(DiscreteWaveletTransformation,DWT)/反離散小波轉換(InverseDiscreteWaveletTransformation,IDWT)•利用這些方法轉換成係數值之後，再小幅度地調整其中部份的係數值以達到藏入數位浮水印之目的37頻率域數位浮水印製作與萃取程序•需要較多的計算處理•較能抵擋不同性質的影像處理破壞，諸如影像模糊化或影像剪裁等38離散餘弦轉換公式•DiscreteCosineTransformDCT•DCT反轉換公式3910102)12(cos2)12(cos),()()(21mxmyijmiymixyxIjCiCmDCT10102)12(cos2)12(cos)()(21),(mxmyijmiymixDCTjCiCmyxI離散小波轉換•許多種數學