信息隐藏技术信息隐藏技术 (5).ppt

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1、信息隐藏技术信息隐藏技术第一第一章：绪论章：绪论1.4 1.4 学习重点学习重点1.4.1 1.4.1 信息信息隐藏隐藏算法算法1.4.2 1.4.2 信息信息隐藏隐藏系统系统1.4.3 1.4.3 信息信息隐藏系统安全性分析隐藏系统安全性分析n（1）信息隐藏的可行性分析）信息隐藏的可行性分析n（2）信息隐藏的算法分类）信息隐藏的算法分类1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.1 信息信息隐藏算法隐藏算法基基于于数数字字图图像像和和三三维维模模型型的的信信息息隐隐藏藏技技术术的的可可行行性性来来自自于于数数字图像和三维模型信号相对于人类视觉的字图像和三维模型信号相对于人类视觉的

2、冗余；冗余；在在人人眼眼无无法法感感知知的的数数据据成成分分中中通通过过修修改改信信号号数数据据进进行行秘秘密密信信息息的的隐隐藏藏，通通常常是是对对部部分分数数据据（空空间间域域）或或描描述述参参数数（变变换换域域）做做一一定定的的修修改改或或替替换换来来实实现现一一种种“非非加加密密”方方式式的的信信息息隐藏。隐藏。JPEG方法压缩方法压缩 2083-92=1991K？2083K 92K 原始三维模型原始三维模型部分修改后的三维模型部分修改后的三维模型原始三维模型原始三维模型部分修改后的三维模型部分修改后的三维模型局局部部放放大大图图像像，借借助助计计算算机机进进行行局局部部放放大大，才才

3、能能看看到到较较为为明明显的区别。显的区别。n（1）信息隐藏的）信息隐藏的可行性分析可行性分析1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.1 信息信息隐藏算法隐藏算法从从视视觉觉科科学学与与信信号号处处理理的的角角度度，信信息息隐隐藏藏可可以以视视为为在在原原始始图图像下（强背景）叠加隐藏信息（弱信号）像下（强背景）叠加隐藏信息（弱信号）。由由于于人人的的视视觉觉系系统统（Human visual system，HVS）分分变变率率的的限限制制，只只要要叠叠加加的的弱弱信信号号的的信信息息特特性性低低于于HVS门门限限值值（对对比比门门限限等等），HVS就就无无法法感感受受到到信信

4、号号的的存存在在，达达到到信信息息嵌嵌入入的的目的。目的。n（1）信息隐藏的可行性分析）信息隐藏的可行性分析n（2）信息隐藏的算法分类）信息隐藏的算法分类1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.1 信息信息隐藏算法隐藏算法信信息息隐隐藏藏算算法法的的分分类类方方法法众众多多，而而基基于于数数字字图图像像的的信信息息隐隐藏藏嵌入算法分类，典型的大致有以下嵌入算法分类，典型的大致有以下4类类：n按应用对象分类按应用对象分类n按密钥分类按密钥分类n按隐藏嵌入域分类按隐藏嵌入域分类n按提取要求分类按提取要求分类n按按应用对象分类应用对象分类1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重

5、点1.4.1 信息信息隐藏算法隐藏算法按按照照应应用用对对象象分分类类，主主要要分分成成秘秘密密通通信信技技术术、载载体体标标记记技技术术以以及及额额外外的的信信息息服服务务技技术术。秘秘密密通通信信技技术术是是完完成成信信息息的的秘秘密密传传输输；载载体体标标记记技技术术是是对对载载体体的的注注释释，例例如如媒媒体体的的所所有有权权或或版版权权等等相相关关信信息息；额额外外信信息息服服务务技技术术是是在在载载体体中中嵌嵌入入一一些些与与载载体体和和载载体体功功能能有有关关的的信信息息数数据据，使使媒媒体体工工具具（如如图图像像播播放放器器、游游览览器器）可可以以提提取取和和执执行行额额外外的

6、的相相关关功功能能，完完成成分分级级控控制、图像注释以及权限播放等功能制、图像注释以及权限播放等功能。本次主要讲授的是本次主要讲授的是面向秘密通信的应用。面向秘密通信的应用。n按密钥分类按密钥分类1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.1 信息信息隐藏算法隐藏算法按密钥分类，可分为按密钥分类，可分为无密钥信息隐藏无密钥信息隐藏和有和有密钥信息隐藏密钥信息隐藏两大类两大类。无无密密钥钥的的信信息息隐隐藏藏是是指指秘秘密密信信息息在在嵌嵌入入到到隐隐秘秘载载体体之之前前不不做做任任何何加加密密处处理理，同同时时信信息息嵌嵌入入过过程程也也无无密密钥钥控控制制，秘秘密密信信息息的的安

7、安全保障完全依赖信息隐藏系统的安全性全保障完全依赖信息隐藏系统的安全性。有有密密钥钥的的信信息息隐隐藏藏可可以以根根据据加加密密理理论论进进行行信信息息和和嵌嵌入入的的加加密密。有有密密钥钥的的信信息息隐隐藏藏在在嵌嵌入入和和提提取取采采用用相相同同的的密密钥钥时时，称称其其为为对对称信息称信息隐藏技术隐藏技术，反之称为非对称信息，反之称为非对称信息隐藏技术隐藏技术。n按隐藏嵌入域分类按隐藏嵌入域分类1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.1 信息信息隐藏算法隐藏算法按按照照隐隐藏藏算算法法所所基基于于的的嵌嵌入入域域进进行行分分类类，主主要要可可分分为为基基于于空空间间域域的

8、信息隐藏算法的信息隐藏算法和和基于变换域的信息隐藏算法基于变换域的信息隐藏算法。空空间间域域方方法法是是在在数数字字图图像像的的空空间间范范围围内内（例例如如像像素素值值、颜颜色色空空间间分量、位平面等）直接用隐藏信息来替换载体信息中的冗余部分分量、位平面等）直接用隐藏信息来替换载体信息中的冗余部分。变变换换域域方方法法是是把把欲欲隐隐藏藏的的信信息息嵌嵌入入到到载载体体的的一一个个变变换换空空间间（例例如如离散余弦变换的系数矩阵等）中离散余弦变换的系数矩阵等）中。当当然然，现现在在的的一一些些算算法法同同时时基基于于空空间间域域与与变变换换域域。本本次次算算法法的的讲讲解是按照隐藏域进行分类

9、展开的解是按照隐藏域进行分类展开的。n按提取要求分类按提取要求分类1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.1 信息信息隐藏算法隐藏算法根根据据提提取取是是否否利利用用原原始始载载体体可可以以分分成成两两种种信信息息隐隐藏藏算算法法，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，则则称称为为盲盲信信息息隐隐藏藏算法算法，否则称为，否则称为非盲信息隐藏算法非盲信息隐藏算法。考考虑虑到到安安全全以以及及应应用用方方便便的的需需要要，目目前前的的信信息息隐隐藏藏算算法法大大都都采采用用盲盲信信息息隐隐藏藏算算法法，本本次次授授涉涉及及的的信信息息隐隐藏藏算算

10、法法全全部部为为盲盲信息隐藏算法。信息隐藏算法。n信信息息隐隐藏藏技技术术是是一一项项复复杂杂的的系系统统工工作作，技技术术的的实实现现涉涉及及到到包包括括嵌嵌入入信信息息本本身身、载载体体、嵌嵌入入算算法法和和传传输输条条件件等各个因素以及综合运作的等各个因素以及综合运作的问题问题.n此次授课从以下此次授课从以下3个方面进行：个方面进行：（1）信息）信息隐藏系统的隐藏系统的特性特性（2）信息隐藏系统的组成要素）信息隐藏系统的组成要素（3）要素特性）要素特性1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.2 信息信息隐藏系统隐藏系统n（1）信息隐藏系统的特性）信息隐藏系统的特性1.4

11、信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.2 信息信息隐藏系统隐藏系统此此次次讲讲授授的的信信息息隐隐藏藏技技术术主主要要面面向向秘秘密密通通信信应应用用，信信息息隐隐藏藏系系统统是是支支撑撑秘秘密密通通信信的的专专有有应应用用系系统统，所所以以秘秘密密性性与与通通信信性性是衡量信息隐藏系统的根本是衡量信息隐藏系统的根本特性。特性。两性两性中分别包括不可见性、抗分析性以及鲁棒性和容量性。中分别包括不可见性、抗分析性以及鲁棒性和容量性。n（1）信息隐藏系统的特性）信息隐藏系统的特性1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.2 信息信息隐藏系统隐藏系统秘秘密密性性：是是要要求求

12、信信息息隐隐藏藏系系统统可可以以秘秘密密的的传传输输信信息息，使使有有意意进进行行信信息息截截取取和和破破坏坏者者无无法法找找到到信信息息传传输输迹迹象象，或或者者无无法法分分析析和和提提取取秘秘密密信信息息，具具体体可可以以概概括括为为系系统统的的不不可可见见性性和和抗抗分分析性，详细概念见析性，详细概念见表表1-1所示：所示：秘密性要求概念不可见性要求不影响对原始载体的理解，即人的生理感官和计算机检测都无法发现宿主信息内包含了其他信息，同时不影响宿主信息的感觉效果和使用价值。抗分析性指信息隐藏系统要抵御信息隐藏检测技术，防止攻击者有效的判断是否存在隐藏信息、分析出隐藏的信息内容。表表1-1

13、 信息隐藏系统的秘密性概念信息隐藏系统的秘密性概念n注注意意，不不可可见见性性是是信信息息隐隐藏藏系系统统的的最最基基础础要要求求，也也是是抗抗分分析析性性的的基基础础。而而抗抗分分析析性性是是信信息息隐隐藏藏系系统统的的最最高高性性能能要要求求，整整体制约着通信性能。体制约着通信性能。n（1）信息隐藏系统的特性）信息隐藏系统的特性1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.2 信息信息隐藏系统隐藏系统通通信信性性：系系统统的的通通信信性性是是应应用用层层面面上上的的一一个个要要求求。针针对对这这个个要要求求，信信息息隐隐藏藏系系统统要要求求要要满满足足鲁鲁棒棒性性和和容容量量性性

14、，具具体体概概念念见表见表1-2所示。所示。通信性要求概念鲁棒性指不因载体文件的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力。这里所谓的“改动”是指传输过程中可能经历的处理（如信号处理、有损压缩、滤波、调制等）、恶意攻击或者信道中随机噪声的影响。容量性指载体图像和三维模型能够嵌入的欲隐藏信息的大小。表表1-2 信息信息隐藏系统的通信性概念隐藏系统的通信性概念n鲁鲁棒棒性性与与不不可可见见性性是是信信息息隐隐藏藏系系统统的的对对立立因因素素，因因为为我我们们往往往往使使用用冗冗余余嵌嵌入入，即即重重复复嵌嵌入入相相同同的的信信息息来来增增强强鲁鲁棒棒性性，这这样样就就会会造造成成信信息息嵌嵌入入过过多多，影

15、影响响不不可可见见性性。解解决决这这一一对对立立因因素素是是信信息息隐隐藏藏技技术术的的难难点点，信信息息隐隐藏藏系系统统的的设设计计要要均均衡衡考考虑虑系系统要求。统要求。n与与隐隐藏藏容容量量密密切切相相关关的的一一个个概概念念是是信信息息隐隐藏藏率率，信信息息隐隐藏藏率率是是指指欲欲隐隐藏藏的的信信息息长长度度与与载载体体长长度度的的比比值值。在在保保证证不不可可见见性性的的前前提提下下，应应尽尽量量在在载载体体中中传传输输更更多多的的信信息息，提提高高信信息传输的效率。息传输的效率。n（2）信息隐藏系统的组成要素信息隐藏系统的组成要素1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.

16、4.2 信息信息隐藏系统隐藏系统根根据据信信息息隐隐藏藏技技术术的的应应用用目目标标，一一套套完完整整的的信信息息隐隐藏藏系系统统应该包括应该包括2个子系统和个子系统和9个功能模块个功能模块。n（2）信息隐藏系统的组成要素信息隐藏系统的组成要素1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.2 信息信息隐藏系统隐藏系统信息隐藏系统中，信息隐藏系统中，9个模块各自发挥其中的作用，简言之见表个模块各自发挥其中的作用，简言之见表1-3所示。所示。表表1-3 信息隐藏系统的信息隐藏系统的9模块功能介绍（简述）模块功能介绍（简述）信息隐藏系统信息隐藏系统功能介绍功能介绍预预处处理理子子系系统统信

17、息加密模块信息加密模块将欲隐藏的信息进行加密处理将欲隐藏的信息进行加密处理信息模块信息模块将欲隐藏的信息转化成为符合嵌入和系统性能条件的信息将欲隐藏的信息转化成为符合嵌入和系统性能条件的信息载体图像模块载体图像模块根据所要隐藏的信息特性、容量等进行载体图像的选取根据所要隐藏的信息特性、容量等进行载体图像的选取算法选择模块算法选择模块根据预隐藏信息和载体图像的特性进行隐藏算法的选择根据预隐藏信息和载体图像的特性进行隐藏算法的选择载体解析模块载体解析模块根据隐藏规则解析出载体自身所隐含的信息根据隐藏规则解析出载体自身所隐含的信息置乱模块置乱模块对信息进行置乱处理对信息进行置乱处理优化模块优化模块从

18、调整隐藏顺序（置乱参数）入手对隐藏信息进行优化从调整隐藏顺序（置乱参数）入手对隐藏信息进行优化嵌入嵌入子系统子系统补丁模块补丁模块根据需要额外嵌入一些附加信息根据需要额外嵌入一些附加信息信息嵌入模块信息嵌入模块实现信息的嵌入实现信息的嵌入n信信息息隐隐藏藏技技术术是是一一门门安安全全学学科科，应应该该有有统统一一的的性性能能分分析析体体系系，使使信信息息隐隐藏藏系系统统的的设设计计者者和和使使用用者者可可以以预预测测和了解系统的安全程度和了解系统的安全程度。n目目前前，信信息息隐隐藏藏系系统统的的安安全全性性分分析析结结果果不不能能按按照照不不可可见见性性、鲁鲁棒棒性性、抗抗分分析析性性和和嵌

19、嵌入入容容量量进进行行等等级级划划分分，分分析析结结果果的的指指导导性性受受到到一一定定的的限限制制，实实际际的的安安全全性性保保障障是是依依靠靠实实验验仿仿真真验验证证，这这给给信信息息隐隐藏藏系系统统的的设设计计和和使用者带来很多设计问题和使用隐患使用者带来很多设计问题和使用隐患。1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.3 信息信息隐藏系统安全性分析隐藏系统安全性分析n判判断断信信息息隐隐藏藏系系统统是是否否达达到到预预期期的的性性能能要要求求，以以及及系系统统可可否否安安全全的的使使用用，是是系系统统使使用用者者最最为为关关心心的的问问题题，信信息息隐隐藏藏系系统统安安全

20、全性性分分析是本门课程的一个重要学习点析是本门课程的一个重要学习点。n从以下两个方面进行学习从以下两个方面进行学习（1）信息隐藏系统安全性分析的理论基础）信息隐藏系统安全性分析的理论基础（2）信息隐藏系统安全性分析的学习思路）信息隐藏系统安全性分析的学习思路1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.3 信息信息隐藏系统安全性分析隐藏系统安全性分析n（1）信息隐藏系统安全性分析的理论）信息隐藏系统安全性分析的理论基础基础目目前前，信信息息隐隐藏藏系系统统安安全全性性分分析析是是系系统统评评估估理理论论的的一一个个应应用用分分支支，与系统评估理论相同，其基础理论是各种系统评估方法与系

21、统评估理论相同，其基础理论是各种系统评估方法。n1）定性评估）定性评估n2）定量评估）定量评估1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.3 信息信息隐藏系统安全性分析隐藏系统安全性分析n1）定性评估方法）定性评估方法定定性性评评估估方方法法是是最最广广泛泛使使用用的的评评估估分分析析方方法法，它它有有很很强强的的主主观观性性，需需要要凭凭借借分分析析者者的的经经验验、直直觉觉或或者者业业界界的的标标准准和和惯惯例例，为为系系统统诸诸要要素素的的大大小小或或高高低低程程度度定定性性分分级级。定定性性分分析析操操作作简简单单，通通常常不不使使用用具具体的数据，而是以制定期望值进行操作

22、。体的数据，而是以制定期望值进行操作。1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.3 信息信息隐藏系统安全性分析隐藏系统安全性分析如表如表1-4 给出定性方法在定义信息隐藏系统不可见性的示例。给出定性方法在定义信息隐藏系统不可见性的示例。表表1-4 不不可见性的定性描述可见性的定性描述等级描述详细描述（有原始参考图像）1可以忽略含密载体几乎没有改变，凭借计算机也难以发现2较小含密载体有极小的改动痕迹，计算机可以发现，肉眼很难区分3中等含密载体有改动，肉眼感知不明显4较大含密载体修改痕迹比较明显，肉眼可以感知5灾难性含密载体修改痕迹明显，肉眼可以清楚看出n2）定量评估方法）定量评估方

23、法定定量量分分析析就就是是试试图图以以数数值值对对系系统统进进行行分分析析评评估估和和衡衡量量的的一一种种方方法法。定定量量分分析析方方法法的的思思想想很很明明确确，对对构构成成系系统统安安全全威威胁胁的的各各个个要要素素、潜潜在影响和损失等赋予数值或货币金额在影响和损失等赋予数值或货币金额。基基于于定定量量评评估估方方法法的的信信息息隐隐藏藏系系统统的的安安全全性性分分析析方方法法中中，当当系系统统的的各各个个功功能能模模块块（2个个子子系系统统和和9个个模模块块）、应应用用要要素素（涉涉密密等等级级、泄泄密密影影响响、信信息息价价值值以以及及传传输输要要求求）以以及及度度量量系系统统的的所

24、所有有要要素素（不不可可见见性性、鲁鲁棒棒性性、抗抗分分析析性性以以及及容容量量性性）等等都都被被赋赋值值时时，评评估估的的整整个个过程和结果均可以被量化。过程和结果均可以被量化。1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.3 信息信息隐藏系统安全性分析隐藏系统安全性分析n（2）信息）信息隐藏系统安全性分析的学习隐藏系统安全性分析的学习思路思路此此次次授授课课以以信信息息安安全全评评估估方方法法为为基基础础，讲讲授授适适应应于于信信息息隐隐藏藏系系统统的的安安全全分分析析方方法法，并并根根据据方方法法所所需需要要的的信信息息与与结结构构，提提取取相相关关的的信信息息隐隐藏藏系统的分析要素，对信息隐藏系统的安全性分析进行研究，如系统的分析要素，对信息隐藏系统的安全性分析进行研究，如图所图所示。示。1.4 信息隐藏技术学习重点信息隐藏技术学习重点1.4.3 信息信息隐藏系统安全性分析隐藏系统安全性分析信息隐藏系统安全性分析的学习导图信息隐藏系统安全性分析的学习导图