PAGEPAGE1-網(wǎng)絡(luò)與信息安全專題研究題目信息隱藏與數(shù)字水印原理與matlab實(shí)現(xiàn)姓名XXX院系信息與技術(shù)學(xué)院年級專業(yè)XX級計(jì)本班指導(dǎo)教師XXX2015年6月15日

目錄第一章摘要 2第二章信息隱藏原理 32.1信息隱藏技術(shù)的特點(diǎn) 32.1.1不可感知性 32.1.2魯棒性 32.1.3隱藏容量 42.2數(shù)字水印的特點(diǎn) 52.2.1安全性： 52.2.2隱蔽性： 52.2.3魯棒性： 52.2.4水印容量： 52.3數(shù)字水印的基本原理 6第三章數(shù)字水印實(shí)現(xiàn) 73.1matlab實(shí)現(xiàn)程序 73.2水印前圖片 83.3嵌入文件后的圖片 93.4RSA的MATLAB實(shí)現(xiàn)第四章結(jié)語 11【參考文獻(xiàn)】 12【特別致謝】 13信息隱藏的原理2.1信息隱藏技術(shù)的特點(diǎn)2.1.1不可感知性信息隱藏技術(shù)利用信源數(shù)據(jù)的自相關(guān)性和統(tǒng)計(jì)冗余特性，將秘密信息嵌入數(shù)字載體中，而不會(huì)影響原載體的主觀質(zhì)量，不易被觀察者察覺。如果載體是圖像，所做的修改對人類的視覺系統(tǒng)應(yīng)該是不可見的；如果載體是聲音，所做的修改對人類的聽覺系統(tǒng)應(yīng)該是聽不出來的。秘密信息的嵌入在不改變原數(shù)字載體的主觀質(zhì)量的基礎(chǔ)上，還應(yīng)不改變其統(tǒng)計(jì)規(guī)律，使得運(yùn)用統(tǒng)計(jì)檢查工具檢查到隱秘載體文件中秘密信息的存在性也是非常困難的。2.1.2魯棒性魯棒性反映了信息隱藏技術(shù)的抗干擾能力，它是指隱藏信息后數(shù)字媒體在傳遞過程中，雖然經(jīng)過多重?zé)o意或有意的處理信號，但仍能夠在保證較低錯(cuò)誤率的條件下將秘密信息加以恢復(fù)，保持原有信息的完整性和可靠性，它也稱為自恢復(fù)性或可糾錯(cuò)性對隱藏信息的處理過程一般包括數(shù)/模、模/數(shù)轉(zhuǎn)換；再取樣、再量化和低通濾波；剪切、位移；對圖像進(jìn)行有損壓縮編碼，如變換編碼、矢量量化；對音頻信號的低頻放大，等等。2.1.3隱藏容量將信息隱藏技術(shù)應(yīng)用于隱蔽通信中時(shí)，為了提高通信的效率，往往希望每一個(gè)數(shù)字載體文件能夠攜帶更多的秘密數(shù)據(jù)。隱藏容量是反映這種能力的一個(gè)指標(biāo)，它是指在隱藏秘密數(shù)據(jù)后仍滿足不可感知性的前提下，數(shù)字載體中可以隱藏秘密信息的最大比特?cái)?shù)。隨著數(shù)字隱藏技術(shù)的發(fā)展，在特定的應(yīng)用方面對其技術(shù)性能又提出了更高、更具體的要求。在一般的信息隱藏方法中，這些特性都是相互沖突、互相矛盾的。例如，有的方法隱藏容量大，但魯棒性較差；有的方法魯棒性很好，但不可感知性較差；有的方法魯棒性較差，但運(yùn)算量較小，等等。應(yīng)根據(jù)實(shí)際的需求對各種性能做出選擇和擇中，從而找到最合適的信息隱藏方法。在信息隱藏算法中，主要有空間域算法和變換域算法。最典型的空間域信息隱藏算法為LSB算法。LFTurnet與RGVan利用LSB算法將信息隱藏在音頻和數(shù)字圖像中。Bender提出了通過修改調(diào)色板統(tǒng)計(jì)信息來嵌入秘密數(shù)據(jù)庫的隱藏算法。Patchwork方法采用隨機(jī)技術(shù)選擇若干對像素，通過調(diào)節(jié)每對像素的亮度和對比度來隱藏信息，并保證這種調(diào)整不影響圖像的整體觀感。丁瑋從數(shù)字圖像的透明疊加方法出發(fā)，提出了基于融合的數(shù)字圖像信息隱藏算法。并根據(jù)七巧板的游戲原理，提出了隱藏?cái)?shù)字圖像的Tangram算法，Marvel將數(shù)字圖像看作嗓聲，提出了空間域中的擴(kuò)頻數(shù)據(jù)隱藏方法。Lippman使用信號的色度，提出了在國家電視委員會(huì)的色度信道中隱藏信息的方法。Liaw和Chen提出了將秘密圖像嵌入到載體圖像中的灰度值替方法，為了適合灰度值替換，Wu和Tsai提出了使用圖像差分的改進(jìn)方法；Wu和Tsai還在人類視覺模型的基礎(chǔ)上，提出了在數(shù)字圖像中嵌入任何類型數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)隱藏方法；Tseng和Pan提出了一種安全的、大容量的數(shù)據(jù)隱藏算法；Provos通過隨機(jī)嵌入和糾錯(cuò)編碼的方法改進(jìn)了信息隱藏的性能，Solanki等從信息論的角度出發(fā)，將視覺標(biāo)準(zhǔn)引入到通過量化來嵌入信息的方法，并由此提出了一種高容量的信息隱藏算法。在變換域算法中，正交變換的形式可以有離散傅立葉變換（DFT），離散余弦變換（DCT），小波變換（Wavelet）等。由于變換域算法利用了人眼對于不同空間頻率的敏感性，在適當(dāng)?shù)奈恢们度胄畔⒕哂懈玫聂敯粜院筒豢捎X察性。容量也較高，所以變換域隱藏算法比空間域算法復(fù)雜。最具代表性的變換域算法是Cox在1995年提出的擴(kuò)頻算法。Andreas

Westfel和Pitas分別提出了通過模擬圖像水平或者垂直移動(dòng)將秘密數(shù)據(jù)嵌入到圖像的DCT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)隱藏算法，管曉康提出了Pitas算法的改進(jìn)算法，克服了該算法中嵌入數(shù)據(jù)量小的缺點(diǎn)。丁瑋成功地將該算法修改并在小波域中運(yùn)算該算法，并通過置亂技術(shù)改進(jìn)了Pitas算法中的隨機(jī)數(shù)策略，消除了誤判的可能性。

2.2數(shù)字水印的特點(diǎn)2.2.1安全性：數(shù)字水印的信息應(yīng)是安全的，難以篡改或偽造，同時(shí)，應(yīng)當(dāng)有較低的誤檢測率，當(dāng)原內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，數(shù)字水印應(yīng)當(dāng)發(fā)生變化，從而可以檢測原始數(shù)據(jù)的變更；當(dāng)然數(shù)字水印同樣對重復(fù)添加有很強(qiáng)的抵抗性2.2.2隱蔽性：數(shù)字水印應(yīng)是不可知覺的，而且應(yīng)不影響被保護(hù)數(shù)據(jù)的正常使用；不會(huì)降質(zhì)；2.2.3魯棒性：是指在經(jīng)歷多種無意或有意的信號處理過程后，數(shù)字水印仍能保持部分完整性并能被準(zhǔn)確鑒別。可能的信號處理過程包括信道噪聲、濾波、數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)換、重采樣、剪切、位移、尺度變化以及有損壓縮編碼等。主要用于版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印易損水?。‵ragileWatermarking），主要用于完整性保護(hù)，這種水印同樣是在內(nèi)容數(shù)據(jù)中嵌入不可見的信息。當(dāng)內(nèi)容發(fā)生改變時(shí)，這些水印信息會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，從而可以鑒定原始數(shù)據(jù)是否被篡改。2.2.4水印容量：是指載體在不發(fā)生形變的前提下可嵌入的水印信息量。嵌入的水印信息必須足以表示多媒體內(nèi)容的創(chuàng)建者或所有者的標(biāo)志信息，或購買者的序列號，這樣有利于解決版權(quán)糾紛，保護(hù)數(shù)字產(chǎn)權(quán)合法擁有者的利益。尤其是隱蔽通信領(lǐng)域的特殊性，對水印的容量需求很大。2.3數(shù)字水印的基本原理目的是將特定的信息加入到需要保護(hù)的媒體信息中，加入的信息一般是能夠代表媒體信息版權(quán)的內(nèi)容，如公司標(biāo)志、媒體作者、特定代碼等，而且要保證數(shù)字水印能夠抵抗一定的攻擊，而不被輕易的破壞和修改，同時(shí)數(shù)字水印要能夠被提取或者能夠被檢測到。數(shù)字水印的具體內(nèi)容、算法、提取或檢測過程根據(jù)實(shí)際應(yīng)用有不同的要求。數(shù)字水印的嵌入和提取過程如圖1，圖2所示。水印信息水印信息密鑰載體圖片水印圖片加密算法圖1數(shù)字水印的嵌入過程水印圖片水印圖片密鑰水印信息解密算法圖2數(shù)字水印的提取過程圖1是數(shù)字水印的嵌入過程，加入密鑰可以提高數(shù)字水印的隱蔽性、抗攻擊性，而并非是必須的。根據(jù)用途不同，，嵌入的水印有些是需要還原的，而有些則只需驗(yàn)證水印的存在性，前者需要數(shù)字水印的提取算法，而圖2需要數(shù)字水印的檢測算法，根據(jù)具體的水印算法，嵌入或提取的過程可能有所不同。基于Matlab的數(shù)字水印算法3.1matlab實(shí)現(xiàn)程序clear

clc

M

=512;%原圖像長度

N

=64;%水印圖像長度

K

=8;

I=zeros(M,M);J=zeros(N,N);BLOCK=zeros(K,K);

%顯示原圖像

subplot(2,3,1);

I=imread('C:\Documents

and

Settings\Administrator\桌面\圖像.jpg','jpg');imshow(I);title('原始公開圖像');

%顯示水印圖像

subplot(2,3,2);

J=imread('C:\Documents

and

Settings\Administrator\桌面\水印.jpg','jpg');imshow(J);title

('水印圖像');

%水印嵌入

for

p=1:N

for

q=1:N

x=(p-1)*K+1;

y=(q-1)*K+1;

BLOCK

=I(x:x+K-1,y:y+K-1);BLOCK=dct2(BLOCK);

if

J(p,q)==0

a=-1;else

a=1;

end

BLOCK(1,1)=BLOCK(1,1)*(1+a*0.03);BLOCK=idct2(BLOCK);

I(x:x+K-1,y:y+K-1)=BLOCK;

end

end

%顯示嵌入水印后的圖像

subplot(2,3,3);

imshow(I);title('嵌入水印后的圖像');imwrite(I,'C:\Documents

and

Settings\Administrator\桌面\圖像.jpg','jpg');

%從嵌入水印的圖像中提取水印

I=imread('C:\Documents

and

Settings\Administrator\桌面\圖像.jpg','jpg');

J=imread('C:\Documents

and

Settings\Administrator\桌面\水印.jpg','jpg');

J=imnoise(J,'gaussian',0,0.01);

subplot(2,3,4);imshow(J,[]);title('加入高斯噪聲');

I=imread('C:\Documents

and

Settings\Administrator\桌面\圖像.jpg','jpg');

J=imread('C:\Documents

and

Settings\Administrator\桌面\水印.jpg','jpg');

J=imnoise(J,'gaussian',0,0.01);

subplot(2,3,4);imshow(J,[]);title('加入高斯噪聲');

for

p=1:N

for

q=1:N

x=(p-1)*K+1;

y=(q-1)*K+1;

BLOCK1

=I(x:x+K-1,y:y+K-1);

BLOCK2

=J(x:x+K-1,y:y+K-1);

BLOCK1=dct2(BLOCK1);

BLOCK2=dct2(BLOCK2);

a

=

BLOCK2(1,1)/BLOCK1(1,1)-1;

if

a<0

W(p,q)=0;

else

W(p,q)=1;

end

end

end

%顯示提取的水印

subplot(2,3,5);

imshow(W);

title('從含水印圖像中提取的水印')[3];

3.2水印前圖片嵌入的文件3.3嵌入文件后的圖片

3.4RSA的MATLAB實(shí)現(xiàn)1.

模n求逆函數(shù)

function

[d]=moni(u,n)

n1=n;

n2=u;

b1=0;

b2=1;

for

i=0:1000

q=floor(n1/n2);

r=n1-q*n2;

i=i+1;

if

r~=0n1=n2;

n2=r;

t=b2;

b2=b1+q*b2;

b1=t;

else

break

end

end

if

n2~=1

warning(‘所求的模逆不存在‘)；

end

if

n2=

=1

if

0=

=mod(i,2)

b2=-b2;

else

b2=b2;

end

d=mod(b2,n);

%return;

end

2.求模n的大數(shù)冪乘函數(shù)

function

[dashuchenmi]=dashuchenmi(x,r,n);

a=x;

b=r;

c=1;

for

i=1:1000

if

b=

=0

dashuchenmi=c;

end

if

mod(b,2)~=0

b=b-1;

c=mod(c*a,n);

else

b=b/2;

a=mod(a*a,n);

end

end

dashuchenmi=c;

3.主函數(shù)

clc

clear

fid=input（‘輸入待加密的明文：’，‘s’）；

f=abs(fid);

p=input(‘輸入第一個(gè)大素?cái)?shù)：’)；

q=input(‘輸入第二個(gè)大素?cái)?shù)：’)；

e=input(‘輸入加密密鑰：’)；

n=p*q;

fain=(p-1)*(q-1);

d=moni(e,fain);

for

i=1:length(f)

miwen(i)=setstr(dashuchenmi(f(i),e,n));

end

for

i=1:length(f)

mingwen(i)=setstr(dashuchenmi(miwen(i),d,n));

end

miwen

mingwen

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

輸入待加密的明文：2106

輸入第一個(gè)大素?cái)?shù)：43

輸入第二個(gè)大素?cái)?shù)：59輸入加密密鑰：13

密文=

2321

明文=

21064結(jié)語當(dāng)老師講課說道數(shù)字水印技術(shù)時(shí)，就感覺自己很感興趣，于是就在網(wǎng)上搜素了一下相關(guān)的信息，真的挺有意思