网络安全与信息隐藏

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1、科技信息 IT 论坛 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 2009 年 第 21 期网络安全与信息隐藏兰 瑛 尚 新 萍（ 东 莞 理 工 学 院 城 市 学 院 广 东 东 莞 523106）【 摘 要 】 互 联 网 使 得 信 息 的 传 播 越 来 越 方 便 ， 同 时 也 带 来 了 信 息 的 安 全 问 题 。 加 密 技 术 对 信 息 的 保 密 能 起 到 一 定 作 用 ， 但 对 盗 版 问 题 和 版 权 纷 争 无 能 为 力 。 针 对 此 问 题 ， 采 用 了 一 种 新 的 方 法 进 行 信 息 隐 藏 ， 即 数 字 水

2、印 技 术 ； 并 简 要 介 绍 了 数 字 水 印 的 概 念 、 用 途 、 分 类 及 经 典 算 法 。【 关 键 词 】 网 络 ； 信 息 ； 安 全 ； 数 字 水 印Network Security and Information Hiding LAN Ying SHANG Xin-ping（City College of Dongguan Univercity of Technology,Dongguan Guangdong, 523106 ）【 Abstrac t】 The development of Internet makes it more and more ea

3、sy to transmit messages, but it brings the problem about messages security. Encryption technique s react on the secrecy of messages, while cant resolve these problems such as pirates and copyright. According the condition, there is a new mean (digital watermarking) to hide message in this paper. The

4、 notion, the uses, the sorts and classical algorithms of the digital watermarking are introduced briefly in the paper.【 Key words】 Network； Message； Security； Digital watermarking随 着 数 字 媒 体 和 计 算 机 网 络 的 迅 速 发 展 ， 人 们 方 便 快 捷 地 获 得 多 媒 体 信 息 的 同 时 原 始 数 据 也 被 精 确 复 制 ， 由 此 引 发 的 盗 版 问 题 和 版 权 纷 争 日

5、 益 严 重 ， 版 权 保 护 方 法 亟 需 改 进 。1.加 密 技 术 及 其 局 限 性为 了 保 证 网 络 传 输 中 信 息 的 安 全 性 ， 常 常 采 用 加 密 技 术 。 数 据 加 密 的 基 本 过 程 就 是 对 文 件 或 数 据 通 过 某 种 算 法 进 行 处 理 ， 使 其 成 为 不 可 读 的 代 码 ， 通 常 称 为 “密 文 ”， 并 只 有 在 输 入 相 应 密 钥 后 才 能 显 示 原 文 ， 达 到 保 护 数 据 、 防 止 非 法 窃 取 和 阅 读 的 目 的 。 加 密 技 术 通 常 分 为 两 大 类 ： “对 称 式

6、”和 “非 对 称 式 ”。对 称 式 加 密 是 指 加 密 和 解 密 使 用 同 一 个 密 钥 。 对 称 加 密 算 法 使 用 起 来 简 单 快 捷 ， 密 钥 较 短 ， 且 破 译 困 难 ， 这 种 加 密 技 术 目 前 被 广 泛 采 用 。非 对 称 式 加 密 是 指 加 密 和 解 密 使 用 一 对 不 同 的 密 钥 ， 分 别 称 为 “公 钥 ”和 “私 钥 ”。 非 对 称 式 加 密 方 法 有 两 个 密 钥 ， “公 钥 ”可 以 公 开 ， 收 件 人 解 密 时 只 要 用 自 己 的 私 钥 即 可 以 ， 这 样 就 保 证 了 密 文 传

7、 输 的 安 全 性 。 该 过 程 的 逆 过 程 为 解 密 ， 即 将 该 编 码 信 息 转 化 为 其 原 来 的 数 据 。加 密 技 术 也 有 一 定 的 局 限 性 。 它 只 是 一 种 事 先 防 范 手 段 ； 无 法 察 觉 信 息 在 经 过 加 密 之 后 传 播 时 内 容 是 否 改 变 ； 将 多 媒 体 数 据 文 件 加 密 成 不 可 理 解 的 密 文 后 ， 不 方 便 传 播 。2.数 字 水 印 技 术2.1 数 字 水 印 的 概 念 由 于 加 密 技 术 不 能 保 证 信 息 传 递 的 绝 对 安 全 和 解 决 版 权 纠 纷 ，

8、人 们 利 用 数 字 水 印 技 术 对 信 息 的 版 权 进 行 保 护 。 数 字 水 印 是 永 久 镶 嵌 在 宿 主 数 据 中 具 有 可 鉴 别 性 的 数 字 信 号 或 模 式 。 数 字 水 印 技 术 用 来 确 认 一 个 数 字 产 品 的 所 有 权 。2.2 原 理 我 们 从 两 个 方 面 来 理 解 :2.2.1 从 图 像 处 理 角 度 看 ， 嵌 入 水 印 可 视 为 强 背 景 (原 始 图 像 )下 叠 加 一 个 弱 信 号 (水 印 )。 只 要 叠 加 信 号 的 幅 度 低 于 人 的 视 觉 系 统 HVS (Human Visua

9、l System)对 比 度 门 限 ， HVS 就 无 法 感 觉 到 信 号 的 存 在 。 因 此 ， 通 过 对 原 始 图 像 做 一 定 的 调 整 ， 可 以 在 不 改 变 视 觉 效 果 的 情 况 下 嵌 入 一 些 信 息 。2.2.2 从 数 字 通 信 的 角 度 看 ， 水 印 编 码 (嵌 入 )可 以 理 解 为 在 一 个 宽 信 道 (原 始 图 像 )上 ， 用 扩 频 技 术 传 送 一 个 窄 带 信 号 (水 印 )。 尽 管 水 印 信 号 具 有 一 定 的 能 量 ， 但 分 布 到 信 道 中 任 一 个 频 率 上 的 能 量 是 难 以

10、检 测 的 。 水 印 译 码 (检 测 )则 是 在 一 个 有 噪 声 信 道 中 检 测 弱 信 号 的 问 题 。2.3 模 型 我 们 把 待 隐 藏 的 信 息 称 为 秘 密 信 息 号 ， 而 公 开 信 息 称 为 载 体 信 息 。 信 息 隐 藏 过 程 一 般 由 密 钥 来 控 制 ,通 过 嵌 入 算 法 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 传 递 ， 然 后 检 测 器 利 用 密 钥 从 隐 蔽 载 体 中 恢 复 /检 测 出 秘 密 信 息 。

11、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 发 现 秘 密 信 息 。2.4 分 类 数 字 水 印 根 据 不 同 的 标 准 ， 可 分 成 不 同 的 类 别 。 一 般 从按 隐 藏 位 置 的 角 度 出 发 可 划

12、分 为 空 间 域 数 字 水 印 、 变 换 域 数 字 水 印 两 大 类 。图 1 信 息 隐 藏 模 型2.5 数 字 水 印 的 特 性 通 常 ， 数 字 水 印 应 具 有 安 全 性 、 不 可 见 性 、 鲁 棒 性 、 确 定 性 等 基 本 特 性 。 数 字 水 印 的 安 全 性 指 数 字 水 印 抗 攻 击 性 好 ， 不 易 复 制 和 伪 造 ； 数 字 水 印 的 不 可 见 性 是 指 视 觉 上 的 不 可 见 性 和 用 统 计 方 法 无 法 提 取 水 印 或 确 定 水 印 的 存 在 ； 数 字 水 印 的 鲁 棒 性 是 指 一 个 数 字

13、水 印 承 受 大 量 的 和 不 同 的 物 理 和 几 何 失 真 操 作 后 仍 能 从 水 印 图 像 中 提 取 出 嵌 入 的 水 印 或 证 明 水 印 的 存 在 ； 数 字 水 印 的 确 定 性 是 指 恢 复 出 的 水 印 或 水 印 判 决 的 结 果 能 够 确 定 地 表 明 所 有 权 。2.6 数 字 水 印 技 术 的 典 型 算 法 数 字 水 印 技 术 涉 及 信 号 处 理 、 数 字 通 信 、 密 码 学 、 模 式 识 别 众 多 学 科 ， 下 面 是 基 于 空 间 域 和 变 换 域 的 一 些 典 型 算 法 。2.6.1 空 间 域

14、数 字 水 印 算 法(1)Rgvan Schyndel 等 人 提 出 的 第 一 个 数 字 水 印 算 法 最 低 有 效 位 算 法 1(LSB)， LSB 算 法 是 一 种 典 型 的 空 间 域 信 息 隐 藏 算 法 ， 使 用 特 定 的 密 钥 通 过 m 序 列 发 生 器 产 生 随 机 信 号 ， 然 后 按 一 定 的 规 则 排 列 成 二 维 水 印 信 号 ， 并 逐 一 插 入 到 原 始 图 像 相 应 像 素 值 的 最 低 几 位 。 由 于 水 印 信 号 隐 藏 在 最 低 位 ， 因 而 在 视 觉 和 听 觉 上 很 难 察 觉 。 LSB 算

15、 法 可 以 隐 藏 信 息 多 ， 鲁 棒 性 差 。(2)麻 省 理 工 学 院 媒 体 实 验 室 Water Bander 等 人 提 出 Patchwork 算 法 和 纹 理 块 映 射 编 码 算 法 2。 Patchwork 方 法 是 随 机 选 择 N 对 像 素 点 (ai， bi)然 后 将 每 个 ai 点 的 亮 度 值 加 1,每 个 bi 点 的 亮 度 值 减 1,整 个 图 像 的 亮 度 保 持 不 变 。 适 当 调 整 参 数 ， Patchwork 法 对 JPEG 压 缩 、 FIR 滤 波 及 图 像 裁 剪 都 有 一 定 的 抵 抗 力 ,嵌 入 的 信 息 量 有 限 ， 对 仿 射 变 换 敏 感 及 对 多 拷 贝 平 均 攻 击 的 抵 抗 力 较 弱 。 纹 理 块 映 射 法 将 水 印 隐 藏 在 图 像 的 随 机 纹 理 区 域 中 ， 利 用 纹 理 间 的 相 似 性 掩 盖 水 印 信 息 。 该 算 法 隐 蔽 性 较 好 ， 对 滤 波 、 压 缩 和 扭 转 等 操 作 具 有 抵 抗 能 力 ， 但 仅 适 用 于 具 有 大 量 任 意 纹 理 区 域 的 图 像 ， 且 需 人 工 干 预 。2.6.2 变 换 域 数 字 水 印 算 法 变 换 域 中