PAGEPAGE9信息隱藏技術綜述

目錄引言 31信息隱藏技術發(fā)展背景 32信息隱藏的概念和模型 32.1信息隱藏概念及其基本原理 32.2信息隱藏通用模型 43信息隱藏技術特征及分類 43.1信息隱藏技術的特征 43.2信息隱藏技術的分類 54信息隱藏技術方法 54.1隱寫術 54.2數字水印 64.3可視密碼技術 64.4潛信道 64.5匿名通信 65信息隱藏技術算法 76信息隱藏技術應用領域 76.1數據保密 76.2數據的不可抵賴性 86.3數字作品的版權保護 86.4防偽 86.5數據的完整性 87結語 8參考文獻 9

引言隨著Internet技術和多媒體信息技術的飛速發(fā)展，多媒體、計算機網絡、個人移動通信技術等進入尋常百姓家，數字化已深入人心。數字多媒體信息在網上傳播與傳輸越來越方便，通過網絡傳遞各種信息越來越普遍。但與此同時也帶來了信息安全的隱患問題。信息隱藏是近年來信息安全和多媒體信號處理領域中提出的一種解決媒體信息安全的新方法[1]。它通過把秘密信息隱藏在可公開的媒體信息里，達到證實該媒體信息的數據完整性或傳遞秘密信息的目的，從而為數字信息的安全問題提供了一種新的解決方法。1信息隱藏技術發(fā)展背景信息隱藏的思想來源于古代的隱寫術，歷史上廣為流傳的“剃頭刺字”的故事就是信息隱藏技術的應用。大約在公元前440年，Histaieus為了通知他的朋友發(fā)動暴動來反抗米堤亞人和波斯人，將一個仆人的頭發(fā)剃光后在頭皮上刺上了信息，等那仆人頭發(fā)長出來后再將他送到朋友那里，以此實現(xiàn)他們之間的秘密通信。在16、17世紀還出現(xiàn)了許多關于隱秘術的著作，其中利用信息編碼的方法實現(xiàn)信息隱藏較為普遍。歷史上信息隱藏的例子還有很多。Willkins采用隱形墨水在特定字母上制作非常小的斑點來隱藏信息。二戰(zhàn)期間，德國人發(fā)明了微縮膠片，他們把膠片制作成句點大小的微粒來隱藏信息，放大后的膠片仍能有很好的清晰度[2]。如今，大量的多媒體信息在網絡中方便、快捷的傳輸，方便了人們的通信和交流，但是這些新技術在給人們帶來方便的同時也產生了嚴重的安全問題。為了解決這些問題，引入了加密技術，但是加密技術是將明文加密成一堆亂碼，這樣就容易激發(fā)攔截者破解機密文件的動機及欲望。為此，人們又引入了信息隱藏技術，即將秘密信息隱藏在不易被人懷疑的普通文件中，使秘密信息不易被別有用心的人發(fā)現(xiàn)，從而加強了消息在網絡上傳輸的安全性。2信息隱藏的概念和模型2.1信息隱藏概念及其基本原理信息隱藏是把一個有意義的秘密信息如軟件序列號、秘文或版權信息通過某種嵌入算法隱藏到載體信息中從而得到隱秘載體的過程[3]。它主要是研究如何將某一機密信息秘密隱藏于另一公開信息中，然后通過公開信息的傳輸來傳遞機密信息。通常載體可以是文字、圖像、聲音和視頻等,而嵌入算法也主要利用多媒體信息的時間或空間冗余性和人對信息變化的掩蔽效應。信息隱藏后,非法使用者無法確認該載體中是否隱藏其它信息，也難于提取或去除所隱藏的秘密信息。隱秘載體通過信道到達接收方后,接收方通過檢測器利用密鑰從中恢復或檢測出隱藏的秘密信息。2.2信息隱藏通用模型一個廣義的信息隱藏系統(tǒng)模型如圖1所示,它主要由四部分組成：(1)信息嵌入，即利用嵌入密鑰來實現(xiàn)嵌入對象的隱藏過程。(2)信息提取，即利用提取密鑰從隱藏對象或可能經過修改的隱藏對象中提取或恢復出嵌入對象。(3)密鑰生成，根據一些安全參數生成嵌入密鑰和提取密鑰。(4)隱藏分析，隱藏對象可能會被隱藏分析者截獲并進行處理。在密鑰未知的前提下,隱藏分析者很難從隱藏對象中得到、刪除或者發(fā)現(xiàn)嵌入對象。圖1信息隱藏通用模型從圖1中可以看到，隱藏者在嵌入過程中利用嵌入密鑰將嵌入對象添加到掩體對象中，生成隱藏對象，隱藏對象在傳送過程中可能會被隱藏分析者截獲并進行某些處理后再發(fā)送，提取過程則是在提取密鑰的參與下從所接收到的隱藏對象中提取出嵌入對象。3信息隱藏技術特征及分類3.1信息隱藏技術的特征信息隱藏在不同領域有不同的特征，但其基本的特征有：(1)不可感知性。對信息隱藏系統(tǒng)的一個最重要的要求是隱藏信息的不可感知性，這是信息隱藏系統(tǒng)的必要條件。如果在信息嵌入過程使載體引入了人為痕跡，給圖像的質量帶來了可視性的下降，就會減少已嵌入信息的圖像的價值，破壞信息隱藏系統(tǒng)的安全性。(2)魯棒性。魯棒性指的是加入載體中的隱藏信息必須能夠承受施加于載體的變換操作。在載體產生失真的情況下，隱藏信息仍然能夠保持一定的完整性，并能以一定的正確概率被檢測到[4]。(3)容量。容量指的是載體中能夠容納的隱藏信息位的最大值，它與系統(tǒng)要達到的不可見性、魯棒性、載體分布等因素有關。與容量相關的是信息隱藏率，它指的是隱藏信息的長度與載體長度的比值。(4)安全性。安全性指的是信息隱藏系統(tǒng)難于被偽造或加工，攻擊者不能閱讀和修改隱藏的信息。最理想的安全狀況是攻擊者不能檢測到信息載體中是否包含隱藏信息。(5)透明性。透明性是信息隱藏的基本要求，它利用人類視覺系統(tǒng)獲人類聽覺系統(tǒng)屬性，經過一系列隱藏處理，使目標數據沒有明顯的降質現(xiàn)象，而第三方不易察覺信息的存在。3.2信息隱藏技術的分類按密鑰分類：若嵌入和提取采用相同密鑰，則稱為對稱隱藏算法，否則稱為公鑰隱藏算法。按隱藏的載體分類：可分為基于圖像、音頻、視頻、文本等技術的信息隱藏。按隱藏目的分類：可分為秘密消息隱藏和數字水印，其中秘密消息是用來進行秘密傳輸，數字水印是用來版權保護。按嵌入域分類：可分為空域和變換域隱藏?？沼蚍ㄊ怯么[藏消息位替換載體中的冗余部分,變換域法是把待隱藏的信息嵌入到載體的某個變換空間中。按提取要求分類：若在提取隱藏信息時不需要利用原始載體，稱為盲隱藏，否則為非盲隱藏。按保護對象分類：主要可分為隱秘術和水印技術。隱秘術主要用于保密通信，它所要保護的是隱藏的信息，水印技術主要用于版權保護及真?zhèn)舞b別等，它最終所要保護的是載體。4信息隱藏技術方法近年來信息隱藏技術發(fā)展很快，已經提出了各種各樣的實現(xiàn)方法。信息隱藏技術的方法主要有隱寫術、數字水印、可視密碼、潛信道、隱匿協(xié)議等。4.1隱寫術隱寫術是將秘密信息隱藏在某些宿主對象中，且信息傳輸或存儲過程中不被發(fā)現(xiàn)和引起注意，接收者獲得隱藏對象后按照約定規(guī)則可讀取秘密信息的技術[4]?，F(xiàn)有的隱寫術方法主要有利用高空間頻率的圖像數據隱藏信息、采用最低有效位方法將信息隱藏到宿主信號中、使用信號的色度隱藏信息的方法、在數字圖像的像素亮度的統(tǒng)計模型上隱藏信息的方法、Patchwork方法等等。4.2數字水印信息隱藏的一個重要分支是數字水印，數字水印是將一些標識信息(即數字水印)直接嵌入數字載體(包括多媒體、文檔、軟件等)當中，但不影響原載體的使用價值，也不容易被人的知覺系統(tǒng)(如視覺或聽覺系統(tǒng))覺察或注意到。目前主要有兩類數字水印，一類是空間數字水印，另一類是頻率數字水印。空間數字水印的典型代表是最低有效位(LSB)算法，其原理是通過修改表示數字圖像的顏色或顏色分量的位平面，調整數字圖像中感知不重要的像素來表達水印的信息，以達到嵌入水印的目的。頻率數字水印的典型代表是擴展頻譜算法，其原理是通過時頻分析，根據擴展頻譜特性，在數字圖像的頻率域上選擇那些對視覺最敏感的部分，使修改后的系數隱含數字水印的信息。4.3可視密碼技術可視密碼技術是Naor和Shamir于1994年首次提出的，其主要特點是恢復秘密圖像時不需要任何復雜的密碼學計算，而是以人的視覺即可將秘密圖像辨別出來。其做法是產生n張不具有任何意義的膠片，任取其中t張膠片疊合在一起即可還原出隱藏在其中的秘密信息。其后，人們又對該方案進行了改進和發(fā)展[4]。主要的改進辦法辦法有：使產生的n張膠片都有一定的意義，這樣做更具有迷惑性;改進了相關集合的方法，將針對黑白圖像的可視秘密共享擴展到基于灰度和彩色圖像的可視秘密共享。4.4潛信道又稱閾下信道，閾下信道的概念是GustavusJSimmons于1978年在美國圣地亞國家實驗室提出的，之后又做了大量的研究工作。閾下信道是指在公開信道中所建立的一種實現(xiàn)隱蔽通信的信道，這是一種隱蔽的信道。絕大多數數字簽名方案都可包含閾下信道的通信，其最大特點是閾下信息包含于數字簽名之中，但對數字簽名和驗證的過程無任何影響，這正是其隱蔽性所在。閾下信道在國家安全方面的應用價值很大。如果采用全球性標準，那么世界上任何地方的用戶檢查點都能即時檢查出數字證件上的信息完整性，并能確定持證人是否是合法持證人。4.5匿名通信匿名通信就是尋找各種途徑來隱藏信息的發(fā)送者和接受者，其中使用的技術包括匿名重發(fā)和網絡代理等。在網絡通信中，人們可以通過跟蹤對方的數據包來進行業(yè)務量分析和判斷通信雙方的身份，而采用匿名技術就是為了保護通信信道不被別人竊聽和進行業(yè)務量分析。這種技術由第一層路由進行多層加密，以后每層路由除去一層加密，這樣使每層路由處理的數據都不同，令敵手無從跟蹤，并且每層路由器都只能識別最臨近的一層路由，不知道信息的傳輸路徑。它廣泛適用于軍事和商業(yè)領域，如E-mail的發(fā)送和Web瀏覽。還可以用在電子選舉和電子現(xiàn)金方案中來保證選舉人或購買者的身份不被泄露。5信息隱藏技術算法信息隱藏的主要研究方向是信息隱藏算法研究和隱蔽通信。對于信息隱藏算法的研究主要有兩個方面：專項檢測和通用檢測。專項檢測主要是對隱藏軟件的漏洞進行分析，包括有源代碼和無源代碼的隱藏軟件分析；通用檢測需要理論支持，是當前研究的重點。在信息隱藏算法中，根據算法的工作域不同，主要分為空間域算法和變換域算法[5]：(1)空域隱藏算法是直接改變圖像元素的值，在圖像元素的亮度或色度中加入隱蔽的內容?？沼蝾愃惴ǖ奶攸c是只需對隱蔽載體進行很小的、不易察覺的改變就能隱蔽很大的信息量，計算速度較快，但該算法所隱蔽的信息是極為脆弱的，若載體圖像有微小的改變，隱蔽信息就可能丟失。(2)變換域隱蔽算法是利用某種數學變換，將圖像用變換域(或頻域)表示，通過更改圖像的某些變換域系數來嵌入數據，然后利用反變換來生成隱蔽有其他信息的圖像。例如：傅立葉變換(FFT)域、離散余弦變換(DCT)域、離散小波變換(DWT)域等上實現(xiàn)信息的嵌入。這類技術主要是通過修改主信號某些指定的頻域系數來嵌入數據。考慮到非法者如果對低頻區(qū)域系數的改動可能會影響到主信號的感知效果，而高頻系數容易被破壞，并且并不影響主信號的感知效果(有損數據壓縮就可以將高頻信號除去)。因此，信息隱藏技術一般選取信號中頻區(qū)域上的系數來嵌入簽字信號，從而使之既滿足不可感知性，又滿足對諸如失真壓縮等操作的魯棒性。6信息隱藏技術應用領域信息隱藏技術的應用領域十分寬廣，現(xiàn)列出以下幾個方面：6.1數據保密在因特網上傳輸一些數據要防止非授權用戶截獲并使用，這是網絡安全的一個重要內容。隨著經濟的全球化，這一點不僅將涉及政治、軍事，還將涉及到商業(yè)、金融和個人隱私。而我們可以通過使用信息隱藏技術來保護在網上交流的信息，如：電子商務中的敏感信息、談判雙方的秘密協(xié)議和合同、網上銀行交易中的敏感數據信息、重要文件的數字簽名和個人隱私等。另外，還可以對一些不愿為別人所知道的內容使用信息隱藏的方式進行隱藏存儲。6.2數據的不可抵賴性在網上交易中，交易雙方的任何一方不能抵賴自己曾經做出的行為也不能否認曾經接收到對方的信息，這是交易系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。這可以使用水印技術，在交易體系的任何一方發(fā)送或接收信息時，將各自的特征標記以水印的形式加入到傳遞的信息中，以達到確認其行為的目的，這種水印應是不能被去除的。6.3數字作品的版權保護版權保護是信息隱藏技術中水印技術所試圖解決的一個重要問題。隨著網絡和數字技術的快速普及，通過網絡向人們提供的數字服務也會越來越多，如數字圖書館、數字圖書出版、數字電視、數字新聞等。這些服務提供的都是數字作品，數字作品具有易修改、易復制的特點，已經成為迫切需要解決的實際問題。數字水印技術可以成為解決此難題的一種方案，服務提供商在向用戶發(fā)放作品的同時，將雙方的信息代碼以水印的形式隱藏在作品中，這種水印從理論上講應該是不被破壞的。當發(fā)現(xiàn)數字作品在非法傳播時，可以通過提取出的水印代碼追查非法散播者。6.4防偽商務活動中的各種票據的防偽也是信息隱藏技術可用武之地。