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。