信息隐藏技术

隐秘传输认证主动认证被动认证隐写技术数字水印技术哈希技术盲取证技术信息隐藏技术数字伪装技术（反取证）多媒体安全22.1信息隐藏概述保障信息安全的两大手段信息加密现代密码学能保证加密信息计算安全保护通信信息内容不保护通信行为信息隐藏信息是隐蔽的信息传递(或存在)的行为是隐蔽的隐藏的信息容量受限2.1信息隐藏概述信息安全信息加密信息隐藏数字隐写数字水印342.1信息隐藏概述•关注隐藏信息•容量安全性（抗分析）•载体质量•传递信息•存储信息数字隐写•关注载体•载体质量鲁棒性（变换水印不丢）•版权保护•认证数字水印52.1信息隐藏概述隐写其原理是利用载体中存在的冗余信息来隐藏秘密对象,以实现保密通信或实现数字签名和认证兼具保密性和不可察觉性两个要素:载体C秘密对象SCS典型的BMP图像文件由四部分组成：从左到右从下而上扫描1位图文件头数据结构（14字节），它包含BMP图像文件的类型、文件大小、偏移字节等信息；2位图信息头数据结构（40字节），它包含有BMP图像的长、宽、高，以及颜色位数值等信息；3彩色表，这个部分是可选的，有些位图需要彩色表，有些位图，比如真彩色图（24位的BMP）就不需要调色板；4位图数据，这部分的内容根据BMP位图使用的位数不同而不同，在24位图中直接使用RGB，而其他的小于24位的使用调色板中颜色索引值。2.2数字图像处理—BMP图像2.2数字图象处理—位平面图像的每个像素通道占用8bit,将每个像素通道的特定位抽取出来,形成8个二值平面图像–位平面7原始图象高位低位2346051024311374001101000100001111010000101001100100011000111110LSB隐写是一种简单而又有效的信息隐藏技术。其特点是容量大、对载体图像质量影响小、嵌入速度快。可应用于灰度图像、彩色图像、视频和音频等。2.3数字图像隐写--LSB图像密写方法图像位平面越高,对灰度值的贡献越大2.逐行或逐列替换载体图像的最低比特位2.如果秘密信息与最低比特位不同，则使用秘密信息值代替最低比特位2.3数字图像隐写--LSB图像密写方法LSB密写嵌入的基本方法：1.将欲嵌入的秘密信息转化为比特流嵌入规则：1.如果秘密信息与最低比特位相同，则不改动LSB密写提取的基本方法：直接提取出最低比特位隐写的图像质量评价方法:MSE(meansquareerror)平方和的平均值，故又称为均方误差其中,是位置上隐写图像和原始图像的像素值的差值10MSE=d(m,n)2n1Nm=1MMNd(m,n)(m,n)2.3数字图像隐写--LSB图像密写方法3.2基于LSB的隐写技术隐写的图像质量评价方法:PSNR(peaksignal-to-noiseratio)峰值信噪比其中,是位置上隐写图像和原始图像的像素值的差值更多评价方法:VQM(vedioqualitymeasurement),SSIM(structuralsimilarityindex)11PSNR=-10log12552MNd(m,n)2n1Nm=1Md(m,n)(m,n)122.Bmp图像的基本结构是什么？1.数字图像隐写技术和数字图像水印技术的相同点和不同点是什么？3.数字图像的像素是怎样定义位平面的？4.LSB算法的嵌入规则是什么？具有哪些优点？LSB有如下缺点：1)嵌入消息较大时，所花时间较长。2)只能处理简单的流格式的文件。3)为了满足水印的不可见性，允许嵌入的水印强度较低，对空域的各种操作较为敏感。4)基本的LSB算法抗JPEG压缩能力弱。5)鲁棒性差。LSB算法有如下优点：1)算法简单，易于实现，计算速度也快。2)在基础算法上能够很快的进行改进，并在脆弱性水印中应用广泛。3)由于能在最低有效位（一般是最后两位）进行嵌入，故对于256色（8位）的RGB图像，在3层图像中均可插入1/8到1/4的消息，总的来说，容量还是足够大的。5.图像质量评价方法有哪些？优缺点是什么？PSNR优点：便于计算和理解,能大致反映图象质量.一般情况下,PSNR的值高的图象质量相对较高,缺点：,PSNR有时反映图象质量与人眼观察的图象质量情况并不完全相符MSE均方误差公式简单结果不太直观区分好坏13正向DCT变换量化熵编码压缩的图像数据原始图像8*8像素块JPEG图像压缩过程JPEG是JointPhotographicExpertsGroup（联合图像专家小组））的缩写，是第一个国际图像压缩标准。14DCT变换通过DCT，空间表达式可以转换成频谱表达式或频率域，在频域中只用少量的数据就可以表示空间域中大量的数据，从而达到数据压缩的目的。1.可以将图像的像素空间转换到频域中，从而用少量的数据表示图像。2.DCT产生的系数容易被量化，能获得较好的压缩快。3.DCT算法的性能好，计算速度快。4.DCT算法是可逆的，所以利用逆DCT变换可以解压图像。15反向DCT变换原始图像8*8像素块JPEG图像解压缩过程反量化熵编码（解码）压缩的图像数据16Jsteg隐写方法Jsteg隐写是将秘密信息嵌入在量化后的DCT系数的LSB上，但原始值为-1,0，+1的DCT系数除外。79010000021000000110000001000000000000000000000000000000000000000秘密信息：010791-278-378010000031000000110000001000000000000000000000000000000000000000DCT系数隐写后的DCT系数17F3隐写方法•每个非0的DCT数据用于隐藏1比特秘密信息，为0的DCT系数不负载秘密信息。•如果秘密信息与DCT的LSB相同，便不作改动；如果不同，将DCT系数的绝对值减小1，符号不变。•当原始值为+1或-1且预嵌入秘密信息为0时，将这个位置归0并视为无效，在下一个DCT系数上重新嵌入。嵌入规则181.JPEG图像的压缩过程2.JPEG图像压缩中在哪个步骤实现了数据消减熵编码3.JPEG图像隐写中在哪个步骤后进行秘密信息的嵌入？为什么？编码信息损失主要发生在量化过程4.描述Jsteg和F3隐写算法。5.Jsteg和F3隐写算法的区别是什么？19隐写算法：秘密信息嵌入率、载体质量、安全性水印算法：载体质量、水印嵌入量、鲁棒性信息隐藏算法评价指标针对LSB的隐写分析技术LSB隐写分析原理虽然LSB隐写可以保持良好的视觉隐蔽性,但…既然存在改变,总有办法可能察觉到使用有效的统计分析工具,可以判定一幅图像是否含有隐蔽信息LSB隐写分析方法分析法RS分析法202针对LSB的隐写分析技术分析方法的原理为什么0150%因为压缩加密等分析出来设图像中灰度值为的像素数为嵌入的0,1比特的概率各为50%改动规则:2i2i+1或2i+12i不会有:2i2i-1或2i+12i+2如果秘密信息完全替代了最低位平面,则的值会比较接近如果图像未经密写,的值会相差较远212jhj,j0,255h2i,h2i1h2i,h2i1针对LSB的隐写分析技术---分析分析方法的细节隐写会改变直方图,但是不改变,令:该值在隐写前后是不变的222h2ih2i1h2i*h2ih2i12卡方分布是概率论与统计学中常用的一种概率分布。卡方分布常用于假设检验的计算。2针对LSB的隐写分析技术---分析2232h2irh2ih2i*2h2i*i1k2kh2i1针对LSB的隐写分析技术2分析方法的特点原理简单清晰易于实现,检测效果较好只能针对特定的LSB嵌入策略只能针对高嵌入的情况对部分伪随机嵌入无效242针对LSB的隐写分析技术2RS隐写分析是基于图像空间相关性的图像隐写分析方法像素相关性正向翻转F1，负向翻转F-1和0翻转F0。F1为2i与2i+1的相互变化关系，即0-1，2-3，…，254-255；F-1为2i-1与2i的相互变化关系，即-1-0，1-2，…，255-256；LSB隐写分析方法---RS像素相关性计算方法：对图像块进行之子排序11211(,...,)nniiifxxxxxXi像素值n像素个数1.将待检测图像分为大小相等的小图像块。2.对每个小图像块分别进行进行非负和非正翻转。3.计算每块图像像素相关性是否增加。LSB隐写分析方法---RS检测步骤4.将非负翻转后像素相关性增加的图像块的比例记为Rm，像素相关性减小的图像块比例记为Sm。5.将非正翻转后像素相关性增加的图像块的比例记为R-m，像素相关性减小的图像块比例记为S-m。LSB隐写分析方法---RS如果待检测图像没有经过LSB隐写，那么无论是经过非正翻转还是非负翻转，会等同的增加图像块的混乱度，都应该满足以下规律：Rm≈R-m，Sm≈S-m，并且RmSm,R-mS-m。假设隐写率为a，那么大约有a/2的像素应用了F1翻转对隐写后的图像进行非负翻转后，假设正向翻转的比率为b非负翻转后像素可分为三类：1.没有被翻转处理的（1-a/2）*（1-b）2.经过一次翻转处理的（1-a/2）b+a/2（1-b）3.经过两次翻转处理的ab/2经过一次翻转处理的（1-a/2）b+a/2（1-b）b+a/2-ab假设隐写率为a，那么大约有a/2的像素应用了F1翻转增加的比例为（1-a）bRm与Sm的差距随着a的增加而降低LSB隐写分析方法---RS对隐写图像进行非正翻转，也会有一些像素经历两次翻转，但是这些像素经历了F1翻转一次和F-1翻转一次，与原始之间就会偏离的更远，也就是说两次翻转并不会抵消，所以R-m与S-m之间的距离不会随着隐写率的上升而下降。29抗叉方隐写方法通过在隐写后的图像中进行额外的操作，将隐写引起的直方图失真失真补偿回来。主要补偿方式是通过调整未嵌入秘密信息的像素值。3021221(1)()2iiifff...if原始图像像素数目...秘密信息嵌入率直方图补偿隐写方法212212iiifff假设奇数多于偶数，LSB嵌入后为了改回去需要预留奇数。预留的奇数为（1-a）f（2i+1），f（2i）-f（2i+1）是奇数和偶数的差值，除以2是奇数变化到偶数的数量，既变化量。预留数要大于变化量。311.统计原始图像的灰度直方图，主要确定f2i和f2i+1的数量。2.计算秘密信息隐藏率3.将所有的像素值排成一个向量。向量长度l。4.秘密信息嵌入到为止。5.如果f2i变大，将之后的像素中的值为2i的像素变为2i+1，尽可能保持直方图不发生变化；反之类似。直方图补偿隐写方法l1l32对LSB方法进行修改，在嵌入数据时不但可将2i改为2i+1，或者将2i+1改为2i，也可以将2i改为2i-1，或者将2i-1改为2i。抗RS分析的隐写方法33抗RS分析的隐写方法设秘密信息为w，对应隐藏该位的像素灰度值为x(i,j)。如果w与x(i,j)的最后一位相同，那么不改变原始数据。当w与x(i,j)的最后一位不同，对x(i,j)进行调整。(,)1,0,0(,)255(,)1,0,0(,)255(,)(,)1,(,)255(,)1,(,)0xijTxijxijTxijxijxijxijxijxij1111(,)9(,)jiuivjTxuvxij34抗RS分析的隐写方法改进的方案与原有的LSB隐写技术相比，修改的幅度并没有增大，所以图像的失真度还是相同的。对秘密信息的提取非常简单，只要将秘密信息的灰度最低位取出即可。会有大约一半像素的最低比特位与秘密信