隐藏技术
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伪装式信息安全:
加密:对信息本身进行保护,但是信息的传递过程是暴露的。
伪装:掩盖信息存在的事实。
将密码学与伪装式信息安全相结合,就可以更好的保证信息本身的
安全和信息传递的安全。
实现信息隐藏的基本要求:
载体对象是正常的,不会引起怀疑
伪装对象是正常的,不会引起怀疑
信息隐藏的安全性取决于具体的应用!!
证明隐藏信息的存在
破坏隐藏信息
提取隐藏信息
信息隐藏的分类:
信息隐藏的应用领域主要有:
1.隐写术
A.基于技术的
B.基于语义的
2.数字水印和数字指纹
3.匿名技术
常见的颜色模型:
对于人来说,可以通过色调,饱和度和亮度来定义颜色(例如,
HSL颜色模型)
对于显示设备来说,可以用红绿蓝磷光体的发光量来描述颜色
(RGB颜色模型)
对于打印设备来说,可以使用青色,品红,黄色和黑色颜料的用量
来指定颜色(CMYK颜色模型,以打印油墨在纸张上的光线吸收特性
为基础)
图像质量的主观评价:
1.比较准确
2.受观察者的知识背景。情绪和疲劳程度等因素的影响
3.可重复性较差
LSB的计算:
217的二进制表示:11011001 LSB(217)=
Matlab:
提取lsb(x):
Mod(x,2)
把m嵌入x的lsb?
Bitset(x,1,m)
X的二进制表示:de2bi(x)
LSB算法的特点:
LSB方法使用的非常广泛
方法有一般性,可以用于变换域
非常简单
非常快
很高的容量和嵌入效率
安全性假设:
LSB位是随机的,与高位和其他点无关
嵌入效率:对载体的每位修改平均能嵌入的消息位数。
一个最优解问题: 给定3位可修改的载体数据(如:后3位或3个
最低位),在最多只能修改一位的要求下,请问最多能嵌入多少信
息 ?
设原载体位S,伪装载体位X,S和X只能有一位不同则有:S与或
属于{000,001,010,100}
方法2:用调色板的排序方式对信息进行编码
在图像的存储中,调色板不需要以任何方式排序,因此在以调色
板保存颜色时,可以选择对信息进行编码。因为有N!个不同的方式
对调色板进行排序,所以可以用来对一个短信息进行编码。 GifShuffle软件使用该方法。
对于256色的调色板可以嵌入的消息位数为: 1684
隐写方法3:EZstego方法
1.采用某种距离准则,对调色板进行排序,使调色板中的两个相邻颜色向量具有相似的颜色感觉(实现时的相对难点);
2.进行LSB替换;
3.最后把调色板进行还原。
EZstego软件采用该方法
有很多不同的排序方法
将颜色根据它们在色彩空间中的欧几里德距离进行排序
(EZstego软件):d2=R2+G2+B2
EZstego的嵌入方法举例
对调色板排序,然后相邻的颜色进行配对,最后根据消息
进行选择。如秘密消息为10110索引矩阵的前面几个系数为3,7,6,2,0问嵌入后的值为多少?
隐写方法六:Hide&Seek方法
思想:复制调色板的颜色
把颜色通过复制增加一倍,最后进行某种方法嵌入,例如LSB,
或者按大小进行编码等。
可能需要减少颜色和修改索引矩阵
Hide&Seek软件使用该方法
缺点:
质量可能有较大降低
容易从调色板中发现
DCT系数矩阵的性质
当p,q不断增大时,相应的余弦函数的频率也不断增大,得
到的系数可认为就是原始图像信号在频率不断增大的余弦函数
上的投影,所以也被称为低频系数、中频系数和高频系数。可
以发现:大体上,沿左上到右下的方向DCT系数(绝对值)是依
次递减的。
对DCT变换来说,图像的主要能量是集中在其DCT系数的一小部分。这所谓的“一小部分”就是指的低频部分。
直流(DC)系数是图像抽样信号的均值,也是最大的一个值,
其它的频率系数都由余弦函数参与得到,所以被称为交流(AC)
系数。AC系数相互之间没有关系。
高频系数是在众多正交的余弦函数上投影的加权,图像信号在
两组正交函数上的投影值出现了大量的正负相抵消的情景,从
而导致了得到的频率系数在数值(绝对值)上的不断减小。这
些不同频率的余弦信号一起来刻画原始信号的结果,图像近似
的部分在这些函数上被相互抵消了,剩下的就是图像的细节部
分了。 JPEG编码标准的主要过程
JPEG有损顺序编码算法的主要计算步骤如下:
1.将源图像转化成YCbCr模型,对CbCr分量进行降质重取样;
2.分成8×8数据块对每块进行离散余弦变换;
3.量化(quantization);
4.Z字形排列量化结果后进行熵编码(entropy coding)。
步骤一:降质重取样
先把RGB图像转化为YCbCr图像,每个颜色信道是独立处理的。
根据HVS,人眼对CbCr分量的分辨力较弱
设图像的大小为:M×N
Cb和Cr分量的大小一般为M/2×N/2
Y分量的大小不变
问这样处理后的压缩率为多少
步骤二:分块后进行DCT变换
对每个单独的彩色图像分量,把整个分量图像分成8×8的图像
子块,每个子块独立处理,如图所示。
把每个子块进行二维的DCT变换,把能量集中在少数几个系数
上。 DCT域中的编码算法概述
一种在频域中流行的对秘密信息进行编码的方法在对图像
进行分块后,通过对选取的图像块中调整两个(或多个)DCT系
数的相对大小来嵌入一位的秘密消息。
在秘密通信开始前,发送者和接收者必须对嵌入过程中使用的
一对或多对DCT系数的位置达成一致,让我们用(u1,v1)和(u2,v2)来表示这两个位置。
嵌入思想:
嵌入秘密信息的载体的亮度为3的倍数,如果是3的偶数倍,则
嵌入的是0,如果是3的基数倍则嵌入的是1.
数字水印技术:是指在数字化的数据内容中嵌入的标识
信息的技术。被嵌入的记号通常是不可见或不可察觉的,但是
通过一些计算操作可以被检测或被提取。水印与源数据(如图
像、音频、视频数据)紧密结合并隐藏其中,成为不可分离的
一部分。
隐写术与数字水印的区别
隐写术 数字水印 用途 保密通信 版权标识或防伪 与载体内容的关系 无关系 一般有关系
容量 很大 很小,一般为8-128位
特性 不可察觉性 透明性(不可区分) ,或水印可见 安全性 抵抗统计分析 抵抗恶意攻击 Patchwork数字水印算法
“Patchwork”一词原指一种用各种颜色和形状的碎布片拼接
而成的布料,它形象地说明了该算法的核心思想,即在图像域
上通过大量的模式冗余来实现鲁棒数字水印。
与LSB算法不同,Patchwork是将水印信息隐藏在图像数据的亮
度统计特性中,给出了一种简单的扩频调制机制。 Patchwork算法是一种容量很小、隐蔽性很好、鲁棒性很强的数
字水印算法,其生成的水印能够抗图像剪裁、模糊化和色彩抖
动。 Cox数字水印算法的主要思想:
采用了扩展频谱的技术
以密钥为种子来产生伪随机序列,该序列具有高斯N(0,1)分
布,且该序列为实际嵌入的水印。
在视觉系统感觉上最重要的分量上(对应于DCT域中的低频系
数)。
其理由是感觉上重要的分量是图像信号的主要成分,携带较多
的信号能量,在图像有一定失真的情况下,仍能保留主要成分。 Cox嵌入算法的主要步骤
以密钥为种子,产生满足正态分布N(0,1)的长度为N(原始值为1000)的水印w
现对载体图像C进行dct2变换
在低频系数中选取最大的|w|个系数(去掉直流分量)进行嵌
入:
yw=y0(1+aw)
最后进行idct2变换,得到嵌入水印后的图像S
相似性判断算法
使用线性相关性技术,为简单起见,假设w∈ {-1,1}N
w和w*的线性相关性的定义为:
Zlc(W,W*)=N-1W*W*=N-1∑W(i)W*(i)
显然,其取值范围为[-1,1],而且越接近1, 则越相似。定义
某个门限值T。