信息隐藏技术综述

1信息隐藏技术综述2目录引言........................................................................31信息隐藏技术发展背景......................................................32信息隐藏的概念和模型......................................................32.1信息隐藏概念及其基本原理......................................................................................32.2信息隐藏通用模型......................................................................................................43信息隐藏技术特征及分类....................................................43.1信息隐藏技术的特征..................................................................................................43.2信息隐藏技术的分类..................................................................................................54信息隐藏技术方法..........................................................54.1隐写术..........................................................................................................................54.2数字水印......................................................................................................................64.3可视密码技术..............................................................................................................64.4潜信道..........................................................................................................................64.5匿名通信......................................................................................................................65信息隐藏技术算法..........................................................76信息隐藏技术应用领域......................................................76.1数据保密......................................................................................................................76.2数据的不可抵赖性......................................................................................................86.3数字作品的版权保护.................................................................................................86.4防伪..............................................................................................................................86.5数据的完整性..............................................................................................................87结语......................................................................8参考文献....................................................................93引言随着Internet技术和多媒体信息技术的飞速发展，多媒体、计算机网络、个人移动通信技术等进入寻常百姓家，数字化已深入人心。数字多媒体信息在网上传播与传输越来越方便，通过网络传递各种信息越来越普遍。但与此同时也带来了信息安全的隐患问题。信息隐藏是近年来信息安全和多媒体信号处理领域中提出的一种解决媒体信息安全的新方法[1]。它通过把秘密信息隐藏在可公开的媒体信息里，达到证实该媒体信息的数据完整性或传递秘密信息的目的，从而为数字信息的安全问题提供了一种新的解决方法。1信息隐藏技术发展背景信息隐藏的思想来源于古代的隐写术，历史上广为流传的“剃头刺字”的故事就是信息隐藏技术的应用。大约在公元前440年，Histaieus为了通知他的朋友发动暴动来反抗米堤亚人和波斯人，将一个仆人的头发剃光后在头皮上刺上了信息，等那仆人头发长出来后再将他送到朋友那里，以此实现他们之间的秘密通信。在16、17世纪还出现了许多关于隐秘术的著作，其中利用信息编码的方法实现信息隐藏较为普遍。历史上信息隐藏的例子还有很多。Willkins采用隐形墨水在特定字母上制作非常小的斑点来隐藏信息。二战期间，德国人发明了微缩胶片，他们把胶片制作成句点大小的微粒来隐藏信息，放大后的胶片仍能有很好的清晰度[2]。如今，大量的多媒体信息在网络中方便、快捷的传输，方便了人们的通信和交流，但是这些新技术在给人们带来方便的同时也产生了严重的安全问题。为了解决这些问题，引入了加密技术，但是加密技术是将明文加密成一堆乱码，这样就容易激发拦截者破解机密文件的动机及欲望。为此，人们又引入了信息隐藏技术，即将秘密信息隐藏在不易被人怀疑的普通文件中，使秘密信息不易被别有用心的人发现，从而加强了消息在网络上传输的安全性。2信息隐藏的概念和模型2.1信息隐藏概念及其基本原理信息隐藏是把一个有意义的秘密信息如软件序列号、秘文或版权信息通过某种嵌入算法隐藏到载体信息中从而得到隐秘载体的过程[3]。它主要是研究如何将某一机密信息秘密隐藏于另一公开信息中，然后通过公开信息的传输来传递机密信息。通常载体可以是文字、图像、声音和视频等,而嵌入算法也主要利用多媒体信息的时间或空间冗余4性和人对信息变化的掩蔽效应。信息隐藏后,非法使用者无法确认该载体中是否隐藏其它信息，也难于提取或去除所隐藏的秘密信息。隐秘载体通过信道到达接收方后,接收方通过检测器利用密钥从中恢复或检测出隐藏的秘密信息。2.2信息隐藏通用模型一个广义的信息隐藏系统模型如图1所示,它主要由四部分组成：(1)信息嵌入，即利用嵌入密钥来实现嵌入对象的隐藏过程。(2)信息提取，即利用提取密钥从隐藏对象或可能经过修改的隐藏对象中提取或恢复出嵌入对象。(3)密钥生成，根据一些安全参数生成嵌入密钥和提取密钥。(4)隐藏分析，隐藏对象可能会被隐藏分析者截获并进行处理。在密钥未知的前提下,隐藏分析者很难从隐藏对象中得到、删除或者发现嵌入对象。图1信息隐藏通用模型从图1中可以看到，隐藏者在嵌入过程中利用嵌入密钥将嵌入对象添加到掩体对象中，生成隐藏对象，隐藏对象在传送过程中可能会被隐藏分析者截获并进行某些处理后再发送，提取过程则是在提取密钥的参与下从所接收到的隐藏对象中提取出嵌入对象。3信息隐藏技术特征及分类3.1信息隐藏技术的特征信息隐藏在不同领域有不同的特征，但其基本的特征有：(1)不可感知性。对信息隐藏系统的一个最重要的要求是隐藏信息的不可感知性，这是信息隐藏系统的必要条件。如果在信息嵌入过程使载体引入了人为痕迹，给图像的质量带来了可视性的下降，就会减少已嵌入信息的图像的价值，破坏信息隐藏系统的安5全性。(2)鲁棒性。鲁棒性指的是加入载体中的隐藏信息必须能够承受施加于载体的变换操作。在载体产生失真的情况下，隐藏信息仍然能够保持一定的完整性，并能以一定的正确概率被检测到[4]。(3)容量。容量指的是载体中能够容纳的隐藏信息位的最大值，它与系统要达到的不可见性、鲁棒性、载体分布等因素有关。与容量相关的是信息隐藏率，它指的是隐藏信息的长度与载体长度的比值。(4)安全性。安全性指的是信息隐藏系统难于被伪造或加工，攻击者不能阅读和修改隐藏的信息。最理想的安全状况是攻击者不能检测到信息载体中是否包含隐藏信息。(5)透明性。透明性是信息隐藏的基本要求，它利用人类视觉系统获人类听觉系统属性，经过一系列隐藏处理，使目标数据没有明显的降质现象，而第三方不易察觉信息的存在。3.2信息隐藏技术的分类按密钥分类：若嵌入和提取采用相同密钥，则称为对称隐藏算法，否则称为公钥隐藏算法。按隐藏的载体分类：可分为基于图像、音频、视频、文本等技术的信息隐藏。按隐藏目的分类：可分为秘密消息隐藏和数字水印，其中秘密消息是用来进行秘密传输，数字水印是用来版权保护。按嵌入域分类：可分为空域和变换域隐藏。空域法是用待隐藏消息位替换载体中的冗余部分,变换域法是把待隐藏的信息嵌入到载体的某个变换空间中。按提取要求分类：若在提取隐藏信息时不需要利用原始载体，称为盲隐藏，否则为非盲隐藏。按保护对象分类：主要可分为隐秘术和水印技术。隐秘术主要用于保密通信，它所要保护的是隐藏的信息，水印技术主要用于版权保护及真伪鉴别等，它最终所要保护的是载体。4信息隐藏技术方法近年来信息隐藏技术发展很快，已经提出了各种各样的实现方法。信息隐藏技术的方法主要有隐写术、数字水印、可视密码、潜信道、隐匿协议等。4.1隐写术隐写术是将秘密信息隐藏在某些宿主对象中，且信息传输或存储过程中不被发现和引起注意，接收者获得隐藏对象后按照约定规则可读取秘密信息的技术[4]。现有的隐写术方法主要有利用高空间频率的图像数据隐藏信息、采用最低有效位方法将信息隐藏6到宿主信号中、使用信号的色度隐藏信息的方法、在数字图像的像素亮度的统计模型上隐藏信息的方法、Patchwork方法等等。4.2数字水印信息隐藏的一个重要分支是数字水印，数字水印是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体(包括多媒体、文档、软件等)当中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统(如视觉或听觉系统)觉察或注意到。目前主要有两类数字水印，一类是空间数字水印，另一类是频率数字水印。空间数字水印的典型代表是最低有效位(LSB)算法，其原理是通过修改表示数字图像的颜色或颜色分量的位平面，调整数字图像中感知不重要的像素来表达水印的信息，以达到嵌入水印的目的。频率数字水印的典型代表是扩展频谱算法，其原理是通过时频分析，根据扩展频谱特性，在数字图像的频率域