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1、引 言信息隐藏将在未来网络中保护信息不受破坏方面起到重要作用,信息隐藏是把机密信息隐藏在大量信息中不让对手发觉的一种方法。信息隐藏的方法有很多种，基于图象的信息隐藏检测技术是隐写分析技术的基础，对于保障网络信息安全和提高信息隐藏算法的安全性具有重要意义。最低有效位算法LSB（Least significant bit）是一种简单而通用的信息隐藏方法，大部分的多媒体文件（如图像、音频和视频文件等）都可作为LSB算法中的载体。本文讨论以图像为载体的LSB隐藏算法。第一章 绪论1.1 信息隐藏技术的来源随着互联网的迅速发展，网上提供服务越来越丰富，人们如今可以通过因特网发布自己的作品、重要信息和进行
2、网络贸易等，但是随之而出现的问题也十分严重：如作品侵权更加容易，篡改也更加方便。计算机和通信网技术的发展与普及，数字音像制品以及其他电子出版物的传播和交易变得越来越便捷，但随之而来的侵权盗版活动也呈日益猖獗之势。因此如何既充分利用因特网的便利，又能有效地保护知识产权，已受到人们的高度重视。信息隐藏技术作为网络安全技术的一个重要新兴课题，内容涉及数据隐藏、保密通信、密码学等相关学科领域，作为隐蔽通信和知识产权保护等的主要手段，正得到广泛的研究与应用。为了打击犯罪，一方面要通过立法来加强对知识产权的保护，另一方面必须要有先进的技术手段来保障法律的实施。信息隐藏技术以其特有的优势，引起了人们的好奇和
3、关注。人们首先想到的就是在数字产品中藏入版权信息和产品序列号，某件数字产品中的版权信息表示版权的所有者，它可以作为侵权诉讼中的证据，而为每件产品编配的唯一产品序列号可以用来识别购买者，从而为追查盗版者提供线索。此外，保密通信、电子商务以及国家安全等方面的应用需求也推动了信息隐藏研究工作的开展。中国自古就有这样的谚语，叫做“耳听是虚，眼见为实”，“百闻不如一见”，英语中也有“Seeing is believing”的说法。这些都表明人们往往过分相信自己的眼睛，而这正是信息隐藏技术得以存在和发展的重要基础，在这一研究领域，大量事实告诉人们：眼见不一定为实！1.2信息隐藏技术的发展1.2.1历史上的
4、隐写术现代信息隐藏技术是由古老的隐写术(Steganography)发展而来的，隐写术一词来源于希腊语，其对应的英文意思是“Covered writing”。隐写术的应用实例可以追溯到非常久远的年代。被人们誉为历史学之父的古希腊历史学家希罗多德(Herodotus, 486425)，在其著作1中讲述了这样一则故事：一个名叫Histaieus的人筹划着与他的朋友合伙发起叛乱，里应外合，以便推翻波斯人的统治。他找来一位忠诚的奴隶，剃光其头发并把消息文刺在头皮上，等到头发又长起来了，把这人派出去送“信”，最后叛乱成功了。历史上诸如此类的隐写方法还有多种。17世纪，英国的Wilkins(1614167
5、2)是资料记载中最早使用隐写墨水进行秘密通信的人，在20世纪的两次世界大战中德国间谍都使用过隐写墨水1。早期的隐写墨水是由易于获得的有机物(例如牛奶、果汁或尿)制成，加热后颜色就会变暗从而显现出来。后来随着化学工业的发展，在第一次世界大战中人们制造出了复杂的化合物做成隐写墨水和显影剂。在中国古代，人们曾经使用挖有若干小孔的纸模板盖在信件上，从中取出秘密传递的消息，而信件的全文则是为打掩护用的。1.2.2现代信息隐藏技术现代又发明了很多方法用于信息隐藏：高分辨率缩微胶片、扩频通信、流星余迹散射通信、语义编码(Semagram)等。其中，扩频通信和流星余迹散射通信多用于军事上，使敌手难以检测和干扰
6、通信信号；语义编码是指用非文字的东西来表示文字消息的内容，例如把手表指针拧到不同的位置可表示不同的含义，用图画、乐谱等都可以进行语义编码。上述各种隐藏消息的手段都有一个共同的特点，就是为了不引起人们的注意和怀疑。1.3信息隐藏技术的意义及发展前景Internet上的保密通信和数字产品版权保护方面的强烈需求，已成为信息隐藏技术研究的强大推动力。在国家安全和军事领域，信息隐藏技术的应用前景也不可估量。早在80年代初，美苏冷战时期，信息隐匿技术就曾被美国军方所利用，然而如果犯罪分子利用这些技术从事破坏活动，就会给社会安定埋下很大的隐患。由此可见，信息隐藏技术是一把名副其实的双刃剑。目前，由于网络通信
7、在发达国家发展较快，信息隐匿技术在国外已经有较广泛的应用，许多大公司都在从事这方面的研究和开发，如IBM公司、NEC公司等，各国的许多大学和研究机构也都在这一领域进行着积极的探索，并且已有大量有价值的文章公开发表，一些用于信息隐藏和分析的软件也已商品化。今后，随着Internet的快速发展，信息隐藏技术将会更大范围地应用于民用与商用，这也是各大公司、部门投资开发该技术的主要原因。第二章 信息隐藏技术2.1信息隐藏的基本概念和特征一、信息隐藏技术的基本概念信息隐藏技术（Information Hiding）是利用载体信息的冗余性，将秘密信息隐藏于普通信息之中，通过普通信息的发布而将秘密信息发布出
8、去，可以避免引起其他人注意，从而具有更大的隐蔽性和安全性，十分容易逃过拦截者的破解。二、信息隐藏技术的特征 信息隐藏的特征主要有鲁棒性、不可感知性、安全性、无歧义性、隐藏能力等。其中鲁棒性是指抗拒各种信号处理操作和恶意攻击的能力，在隐蔽载体不产生明显降质的前提下，所隐藏的信息仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。无歧义性是指数字水印所确定的版权信息能够被惟一确定地鉴别，不会发生多重所有权的纠纷，以判定数字作品的真正所有者。在满足鲁棒性和不可感知性的前提下，信息隐藏容量足够大。 信息隐藏和信息加密都有着显著的区别。信息加密是利用单钥或双钥密码算法把明文变换成密文通过公开信道送到接收者手中。非授权者无法
9、获知保密信息的具体内容，却能意识到保密信息的存在。信息隐藏则使攻击者无法直观地判断他所监视的信息中是否含有秘密信息。 密码术和信息隐藏技术不是互相矛盾、互相竞争，而是相互补充的技术，他们的区别在于应用的场合不同，对算法的要求不同，但在实际应用中需要互相配合。将加密技术融合到信息隐藏技术中来，并将信息隐藏中数字水印的经典算法加以改进也融合进信息隐藏技术，可使整个信息隐藏过程达到理论上的最高安全级别。 信息隐藏的基本模型分为四个阶段：预处理阶段、嵌入阶段、传输阶段和提取阶段。如图1。 通信管道嵌入算法提取算法预处理秘密信道（M）载体（C）秘密信息（M）预处理载体（C）密钥（K）密钥（K） 图1.
10、信息隐藏的基本模型2.2信息隐藏技术的方法信息隐藏的方法主要有隐写术、数字水印技术、可视密码、潜信道、隐匿协议等。隐写术(Steganography):隐写术就是将秘密信息隐藏到看上去普通的信息(如数字图像)中进行传送。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。当前很多隐写方法是基于文本及其语言的隐写术，如基于同义词替换的文本隐写术，an efficient linguistic steganography for chinese t
11、ext一文就描述采用中文的同义词替换算法。其他的文本的隐写术有基于文本格式隐写术等。数字水印技术(Digital Watermark):技术是将一些标识信息(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
12、,根据扩展频谱特性,在数字图像的频率域上选择那些对视觉最敏感的部分,使修改后的系数隐含数字水印的信息。可视密码技术:可视密码技术是Naor和Shamir于1994年首次提出的,其主要特点是恢复秘密图像时不需要任何复杂的密码学计算,而是以人的视觉即可将秘密图像辨别出来。其做法是产生n张不具有任何意义的胶片,任取其中t张胶片叠合在一起即可还原出隐藏在其中的秘密信息。其后,人们又对该方案进行了改进和发展。主要的改进办法有：使产生的n张胶片都有一定的意义,这样做更具有迷惑性;改进了相关集合的造方法;将针对黑白图像的可视秘密共享扩展到基于灰度和彩色图像的可视秘密共享。现代应用：载体文件（cover fi
13、le）相对隐秘文件的大小（指数据含量，以比特计）越大，隐藏后者就越加容易。因为这个原因，数字图像（包含有大量的数据）在因特网和其他传媒上被广泛用于隐藏消息。这种方法使用的广泛程度无从查考。例如：一个24位的位图中的每个像素的三个颜色分量（红，绿和蓝）各使用8个比特来表示。如果我们只考虑蓝色的话，就是说有2种不同的数值来表示深浅不同的蓝色。而像11111111和11111110这两个值所表示的蓝色，人眼几乎无法区分。因此，这个最低有效位就可以用来存储颜色之外的信息，而且在某种程度上几乎是检测不到的。如果对红色和绿色进行同样的操作，就可以在差不多三个像素中存储一个字节的信息。更正式一点地说，使隐写
14、的信息难以探测的，也就是保证“有效载荷”（需要被隐蔽的信号）对“载体”（即原始的信号）的调制对载体的影响看起来（理想状况下甚至在统计上）可以忽略。这就是说，这种改变应该无法与载体中的噪声加以区别。从信息论的观点来看，这就是说信道的容量必须大于传输“表面上”的信号的需求。这就叫做信道的冗余。对于一幅数字图像，这种冗余可能是成像单元的噪声；对于数字音频，可能是录音或者放大设备所产生的噪声。任何有着模拟放大级的系统都会有所谓的热噪声（或称“1/f”噪声)，这可以用作掩饰。另外，有损压缩技术（如JPEG）会在解压后的数据中引入一些误差，利用这些误差作隐写术用途也是可能的。隐写术也可以用作数字水印，这里
15、一条消息（往往只是一个标识符）被隐藏到一幅图像中，使得其来源能够被跟踪或校验。2.3版权保护中的几种信息隐藏技术一、数据锁定出版商从降低成本的角度出发，可以把多个软件或电子出版物集成到一张光盘上出售，盘上所有的内容均被分别进行加密锁定，不同的用户买到的均是相同的光盘，每个用户只需付款买他所需内容的相应密钥，即可利用该密钥对所需内容解除锁定，而其余不需要的内容仍处于锁定状态，用户是看不到的。这样，拥有相同光盘的不同用户，由于购买了不同的密钥，便可各取所需地得到光盘上相应的内容，这为用户和商家都提供了极大的便利。同理，在Internet上数据锁定可以应用于FTP(文件传送协议)服务器或一个Web站
16、点上的大量数据，付费用户可以利用特定的密钥对所需要的内容解除锁定。但随之而来的问题是，解除锁定后存于硬盘上的数据便可以被共享、拷贝，因此，仅仅依靠使用数据锁定技术还无法阻止加密锁定的数据被非法扩散。密码在数据锁定技术中扮演着重要的角色，如果能做到破译密码的代价高于被保护数据的价值，那么我们就有理由认为数据锁定技术能够使出版商的利益得到可靠的加密保护。二、隐匿标记这里主要介绍如何利用文字间隔的改变来嵌入隐匿标记。(1)在文本文件中，字与字间、行与行间均有一定的空白间隔，把这些空白间隔精心改变后可以隐藏某种编码的标记信息以识别版权所有者，而文件中的文字内容不需作任何改动。 (2)现在的激光打印机具有很高的解析度，可以控制字符使之发生微小的位移，人眼对字间距、行间距的微小差别并不十分敏
