信息隐藏技术与应用精.ppt

信息隐藏技术与应用2022/10/4第1页，本讲稿共26页第一章第一章 信息隐藏技术概论信息隐藏技术概论 n1.1信息隐藏的概念、分类及特点信息隐藏的概念、分类及特点 1.1.1什么是信隐什么是信隐藏藏 1.1.2信息隐藏的分类信息隐藏的分类 1.1.3信息隐藏技术特点信息隐藏技术特点n1.2信息隐藏模型信息隐藏模型n1.3信息隐藏的算法信息隐藏的算法n1.4信息隐藏技术的发展信息隐藏技术的发展n1.5信息隐藏技术的应用领域信息隐藏技术的应用领域 2022/10/4第3页，本讲稿共26页1.1信息隐藏的概念、分类及特点信息隐藏的概念、分类及特点1.1.1什么是信息隐藏什么是信息隐藏n信信息息隐隐藏藏是是把把一一个个有有意意义义的的信信息息隐隐藏藏在在另另一一个个称称为为载载体体(Cover)(Cover)的的信信息息中中得得到到隐隐蔽蔽载载体体(Stego(Stego Cover)S.Cover)S.如如图图1.1 1.1 所所示示，非非法法者者不不知知道道这这个个普普通通信信息息中中是是否否隐隐藏藏了了其其它的信息，而且即使知道也难以提取或去除隐藏的信息。它的信息，而且即使知道也难以提取或去除隐藏的信息。n所所用用的的载载体体可可以以是是文文字字、图图象象、声声音音及及视视频频等等。为为增增加加攻攻击击的的难难度度，也也可可以以把把加加密密与与信信息息隐隐藏藏技技术术结结合合起起来来，即即先先对对消消息息M M加加密密得得到到密密文文消消息息M M，再再把把M M隐隐藏藏到到载载体体C C中中。这这样样攻攻击击者者要要想想获获得得消消息息，就就首首先先要要检检测测到到消消息息的的存存在在，并并知知道道如如何何从从隐隐蔽蔽的的载载体体S S中中提提取取M M及及如如何何对对M M解解密密以以恢恢复复消息消息M.M.2022/10/4第4页，本讲稿共26页2022/10/4第5页，本讲稿共26页1.1.2信息隐藏的分类信息隐藏的分类 p按按载载体体类类型型分分类类：包包括括基基于于文文本本，图图像像，声声音音和和视视频频的信息隐藏技术。的信息隐藏技术。p按按密密钥钥分分类类：若若嵌嵌入入和和提提取取采采用用相相同同密密钥钥，则则称称其其为为对对称称隐藏算法，否则称为公钥隐藏算法。隐藏算法，否则称为公钥隐藏算法。p按按嵌嵌入入域域分分类类：主主要要可可分分为为空空域域（或或时时域域）方方法法及及变变换换域方法。域方法。p按按提提取取的的要要求求分分类类：若若在在提提取取隐隐藏藏信信息息时时不不需需要要利利用用原原始始载载体体C，则称为盲隐藏；否则称为非盲隐藏。，则称为盲隐藏；否则称为非盲隐藏。2022/10/4第6页，本讲稿共26页p按保护对象分类按保护对象分类 主要可分为隐写术和水印技术。主要可分为隐写术和水印技术。隐写术隐写术的目的是在不引起任何怀疑的情况下秘密传送消息，的目的是在不引起任何怀疑的情况下秘密传送消息，因此它的主要要求是不被检测到和大容量等。因此它的主要要求是不被检测到和大容量等。数数字字水水印印是是指指嵌嵌在在数数字字产产品品中中的的数数字字信信号号，可可以以是是图图像像，文文字字，符符号号，数数字字等等一一切切可可以以作作为为标标识识和和标标记记的的信信息息，其其目目的的是是进进行行版版权权保保护护、所所有有权权证证明明、指指纹纹（追追踪踪发发布布多多份份拷拷贝贝）和完整性保护等。和完整性保护等。数据隐藏和数据嵌入：数据隐藏和数据嵌入：指纹和标签：指纹和标签：2022/10/4第7页，本讲稿共26页2022/10/4第8页，本讲稿共26页1.1.3信息隐藏技术特点信息隐藏技术特点 p透透明明性性：(robustness)指指不不因因图图象象文文件件的的某某种种改改动动而而导导致致隐隐藏藏信信息息丢丢失失的的能能力力。这这里里所所谓谓改改动动包包括括传传输输过过程程中中的的信信道道噪噪音音、滤滤波操作、重采样、有损编码压缩、波操作、重采样、有损编码压缩、D/A或或 A/D转换等转换等 p鲁棒性：（鲁棒性：（invisibility)利用人类视觉系统或人类听觉系统属性，利用人类视觉系统或人类听觉系统属性，经过一系列隐藏处理经过一系列隐藏处理，使目标数据没有明显的降质现象，使目标数据没有明显的降质现象，而隐藏的，而隐藏的数据却无法人为地看见或听见数据却无法人为地看见或听见 p不不可可检检测测性性:(undetectability)指指隐隐蔽蔽载载体体与与原原始始载载体体具具有有一一致致的的特特性性。如如具具有有一一致致的的统统计计噪噪声声分分布布等等，以以便便使使非非法法拦拦截截者者无无法判断是否有隐蔽信息法判断是否有隐蔽信息。2022/10/4第9页，本讲稿共26页n安全性：安全性：(security)指隐藏算法有较强的抗攻击能力，即指隐藏算法有较强的抗攻击能力，即它必须能够承受一定程度的人为攻击它必须能够承受一定程度的人为攻击，而使隐藏信息不会，而使隐藏信息不会被破坏。被破坏。n自恢复性：由于经过一些操作或变换后自恢复性：由于经过一些操作或变换后，可能会使原图产生，可能会使原图产生较大的破坏，如果只从留下的片段数据较大的破坏，如果只从留下的片段数据，仍能恢复隐藏信号，仍能恢复隐藏信号，而且恢复过程不需要宿主信号，而且恢复过程不需要宿主信号，这就是所谓的自恢复性。，这就是所谓的自恢复性。n对称性：信息的隐藏和提取过程具有对称性，包括编码、加密对称性：信息的隐藏和提取过程具有对称性，包括编码、加密方式，以减少存取难度。方式，以减少存取难度。n可纠错性：通常采取纠错编码方法可纠错性：通常采取纠错编码方法2022/10/4第10页，本讲稿共26页1.2信息隐藏模型信息隐藏模型n秘密信息(secret message)：待隐藏的信息，它可以是版权信息或秘密数据，也可以是一个序列号；n载体信息(cover message)：公开信息，如视频、音频片段。n信息隐藏过程：一般由密钥(Key)来控制，即通过嵌入算法(Embedding algorithm)将秘密信息隐藏于公开信息中，而隐蔽载体(隐藏有秘密信息的公开信息)则通过信道(Communication channel)传递，然后检测器(Detector)利用密钥从隐蔽载体中恢复/检测出秘密信息。n信息隐藏技术主要由下述两部分组成:(1)信息嵌入算法，它利用密钥来实现秘密信息的隐藏。(2)隐蔽信息检测/提取算法(检测器)，它利用密钥从隐蔽载体中检测/恢复出秘密信息。在密钥未知的前提下，第三者很难从隐秘载体中得到或删除，甚至发现秘密信息 2022/10/4第11页，本讲稿共26页n信息隐藏技术主要由下述两部分组成 n(1)信息嵌入算法，它利用密钥来实现秘密信息的隐藏。n(2)隐蔽信息检测/提取算法(检测器)，它利用密钥从隐蔽载体中检测/恢复出秘密信息。在密钥未知的前提下，第三者很难从隐秘载体中得到或删除，甚至发现秘密信息 2022/10/4第12页，本讲稿共26页1.2信息隐藏模型信息隐藏模型2022/10/4第13页，本讲稿共26页1.3信息隐藏的算法信息隐藏的算法(1)空域算法：空域算法：p LSB算法算法该该类类算算法法中中典典型型的的算算法法是是将将信信息息嵌嵌入入到到随随机机选选择择的的图图像像点点中中最最不不重重要要的的像像素素位位(LSB)上上，这这可可保保证证嵌嵌入入的的水水印印是是不不可可见见的。的。优优点点：LSB算算法法的的主主要要优优点点是是可可以以实实现现高高容容量量和和较较好好的的不可见性，不可见性，缺缺点点：但但是是该该算算法法的的鲁鲁棒棒性性差差，容容易易被被第第三三方方发发现现和和得得到到，遭遭到到破破坏坏，对对图图像像的的各各种种操操作作如如压压缩缩，剪剪切切等等都都会会使使算算法的可靠性受到影响。法的可靠性受到影响。2022/10/4第14页，本讲稿共26页空域算法空域算法pLSB改进方法改进方法:利用伪随机序列，以随机的顺序修改图像的利用伪随机序列，以随机的顺序修改图像的LSB；在使用密钥的情况下，才能得到正确的嵌入序列。在使用密钥的情况下，才能得到正确的嵌入序列。是利用像素的统计特征将信息嵌入像素的亮度值中。是利用像素的统计特征将信息嵌入像素的亮度值中。2022/10/4第15页，本讲稿共26页空域算法空域算法p Patchwork算法算法随随机机选选择择对对像像素素点点(ai，bi)，然然后后将将每每个个ai点点的的亮亮度度值值加加 1，每每个个bi点点的的亮亮度度值值减减1，这这样样整整个个图图像像的的平平均均亮亮度度保保持持不变。不变。适适当当地地调调整整参参数数，Patchwork方方法法对对JPEG压压缩缩、FIR滤滤波波以以及及图图像像裁裁剪剪有有一一定定的的抵抵抗抗力力，但但该该方方法法嵌嵌入入的的信信息息量量有有限限。为为了了嵌嵌入入更更多多的的水水印印信信息息，可可以以将将图图像像分分块块，然然后后对对每每一一个图像块进行嵌入操作。个图像块进行嵌入操作。2022/10/4第16页，本讲稿共26页(2)频域算法频域算法 DCT域算法域算法n扩扩展展频频谱谱通通信信(spread spectrum communication)技技术术。算算法法实实现现过过程程为为：先先计计算算图图像像的的离离散散余余弦弦变变换换(DCT)，然然后后将将水水印印叠叠加加到到DCT域域中中幅幅值值最最大大的的前前系系数数上上(不不包包括括直直流流分分量量)，通通常常为为图像的低频分量。图像的低频分量。n若若DCT系数的前个最大分量表示为系数的前个最大分量表示为=di，i=1，水印是服从高斯分布的随机实数序列水印是服从高斯分布的随机实数序列=wi，i=1，水印的嵌入算法为水印的嵌入算法为di=di(1+awi)其其中中常常数数a为为尺尺度度因因子子，控控制制水水印印添添加加的的强强度度。然然后后用用新新的的系系数数做做反反变变换换得得到到水印图像水印图像I*。2022/10/4第17页，本讲稿共26页NEC算法：算法：由由NEC实实验验室室的的Cox等等人人提提出出，该该算算法法在在数数字字水水印印算算法法中中占占有有重重要要地地位位，其其实实现现方方法法是是，首首先先以以密密钥钥为为种种子子来来产产生生伪伪随随机机序序列列，该该序序列列具具有有高高斯斯N(0，1)分分布布，密密钥钥一一般般由由作作者者的的标标识识码码和和图图像像的的哈哈希希值值组组成成，其其次次对对图图像像做做DCT变变换换，最最后后用用伪伪随随机机高高斯斯序序列列来来调调制制(叠加叠加)该图像除直流该图像除直流(DC)分量外的分量外的1000个最大的个最大的DCT系数。系数。该该算算法法具具有有较较强强的的鲁鲁棒棒性性、安安全全性性、透透明明性性等等。该该算算法法还还提提出出了了增增强强水水印印鲁鲁棒棒性性和和抗抗攻攻击击算算法法的的重重要要原原则则，即即水水印印信信号号应应该该嵌嵌入入源源数数据据中中对对人人感感觉觉最最重重要要的的部部分分，这这种种水水印印信信号号由由独独立立同同分分布布随随机机实实数数序列构成，且该实数序列应该具有高斯分布序列构成，且该实数序列应该具有高斯分布N(0，1)的特征。的特征。2022/10/4第18页，本讲稿共26页n还还可可以以将将数数字字图图象象的的空空间间域域数数据据通通过过离离散散傅傅里里叶叶变变换换(DFT)或离散小波变换或离散小波变换(DWT)转化为相应的频域系数转化为相应的频域系数 2022/10/4第19页，本讲稿共26页（3）生理模型算法）生理模型算法n人人的的生生理理模模型型包包括括人人类类视视觉觉系系统统HVS(Human Visual System)和和人人类类听听觉觉系系统统HAS。该该模模型型不不仅仅被被多多媒媒体体数数据据压压缩缩系系统统利利用用，同同样样可可以以供供数数字字水水印印系系统统利利用用。利利用用视视觉觉模模型型的的基基本本思思想想均均是是利利用用从从视视觉觉模模型型导导出出的的JND(Just Noticeable Difference，最最小小可可觉觉差差)描描述述来来确确定定在在图图像像的的各各个个部部分分所所能能容容忍忍的的数数字字水水印印信信号号的的最最大大强强度度，从从而而能能避避免免破破坏坏视视觉觉质质量量。也也就就是是说说，利利用用视视觉觉模模型型来来确确定定与与图图像像相相关关的的调调制制掩掩模模，然然后后再再利利用用其其来来插插入入水水印印。这这一一方方法法同同时时具有好的透明性和强健性。具有好的透明性和强健性。2022/10/4第20页，本讲稿共26页1.信息隐藏技术的发展信息隐藏技术的发展n(1)传统的信息隐藏技术传统的信息隐藏技术2022/10/4第21页，本讲稿共26页信息隐藏的历史n公元前440年出现用头发掩盖信息的方法n将信函隐藏在信使的鞋底、衣服的皱褶，妇女的头饰、首饰中n在信函中改变字母笔画的高度，或在字母上（下）面挖非常小的孔n17世纪的无形墨水：在特定的字母上制作非常小的斑点n19世纪的微缩胶片n化学方式实现的高级隐写术n用笔蘸淀粉水写在白纸上，喷上碘水后显示棕色字体n艺术作品中隐写术n变形夸张的绘画作品n二次大战女钢琴家的慰问演出n藏头诗2022/10/4第22页，本讲稿共26页藏头诗我闻西方大力士，为人了却凡心。秋来明月照蓬门，香满禅房幽径。屈指灵山会后，居然紫竹成林。童男童女拜观音，仆仆何嫌荣顿？我画蓝江水悠悠，爱晚厅上枫叶愁。秋月溶溶照佛寺，香烟袅袅绕经楼。2022/10/4第23页，本讲稿共26页 七律问缘我常夜半询姻命，与月为邻爱晚星。秋槿含情风后落，香獐有意谷间鸣。天街雨过涤新树，长路云收现旧亭。地老皆缘蕃草木，久愁比翼痛风铃。施耐庵水浒传第61回吴用诱使卢俊义将离合诗卢花潭上有扁舟，俊杰黄昏独自游。义到尽头原有命，反弓逃难必无忧。题于墙上，使卢俊义遭官府迫害逼上梁山离合诗（Acrostic）2022/10/4第24页，本讲稿共26页2022/10/4第25页，本讲稿共26页1.信息隐藏技术的应用领域信息隐藏技术的应用领域 n1)1)数据保密数据保密 n2 2）数据的不可抵赖性）数据的不可抵赖性 n3 3）数字作品的版权保护）数字作品的版权保护 n4 4）防伪）防伪 n5 5）数据的完整性）数据的完整性 2022/10/4第26页，本讲稿共26页