《多媒體信息安全》教學(xué)大綱課程名稱多媒體信息安全課程代碼課程學(xué)分課程學(xué)時(shí)理論48+實(shí)驗(yàn)16適用專業(yè)電子信息工程，通信，計(jì)算機(jī)科學(xué)，軟件工程，控制科學(xué)與工程先修課程信號(hào)與系統(tǒng)，線性代數(shù)，概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)，數(shù)字圖像處理開課時(shí)間本科第6學(xué)期或者研究生一年級(jí)開課單位課程類別專業(yè)必修/專業(yè)選修考核方式閉卷考試課程教材秦川，姚恒，楊暉編著，多媒體信息安全，機(jī)械工業(yè)出版社課程簡介隨著信息化技術(shù)的發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)安全問題日漸突出，信息安全在國家和社會(huì)的發(fā)展過程中的作用也越來越重要。圖像、視頻、音頻等多媒體數(shù)據(jù)在人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂脧V泛，且在目前大數(shù)據(jù)和云計(jì)算背景下，多媒體數(shù)據(jù)的內(nèi)容保護(hù)、所有權(quán)鑒別、隱蔽通信與計(jì)算、篡改認(rèn)證等問題日趨重要，因而如何保護(hù)多媒體數(shù)據(jù)的信息安全成為重要的核心技術(shù)。本課程主要內(nèi)容包括多媒體加密、魯棒水印、可逆信息隱藏、密文域圖像處理、對抗樣本與生成對抗網(wǎng)絡(luò)、圖像取證等，旨在讓學(xué)生掌握多媒體信息安全的攻擊、防范、系統(tǒng)和管理方面的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生建立信息安全意識(shí)，增強(qiáng)媒體內(nèi)容安全保障能力。課程目標(biāo)通過本課程學(xué)習(xí)，旨在讓學(xué)生掌握多媒體安全的攻擊、防范、系統(tǒng)和管理方面的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生建立信息安全防護(hù)意識(shí)，增強(qiáng)媒體內(nèi)容安全保障能力。具體目標(biāo)如下：本課程通過教授多媒體加密、魯棒水印、可逆信息隱藏、密文域圖像處理、對抗樣本與生成對抗網(wǎng)絡(luò)、圖像取證等方面的內(nèi)容，旨在讓學(xué)生掌握多媒體安全的攻擊、防范、系統(tǒng)和管理方面的知識(shí)。本課程主要內(nèi)容為多媒體信息安全的相關(guān)核心技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生建立多媒體信息安全防護(hù)意識(shí)，增強(qiáng)內(nèi)容安全保障能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生能夠在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和技術(shù)分析、判斷和解決所遇到的實(shí)際安全問題，為今后從事信息安全相關(guān)的工作和研究打下基礎(chǔ)。能夠結(jié)合校內(nèi)外資源和現(xiàn)代信息技術(shù)手段，了解數(shù)字媒體與信息安全的發(fā)展趨勢，提高解決復(fù)雜多媒體信息安全工程問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力。課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系支撐的畢業(yè)要求課程目標(biāo)3.3:能夠在利用專業(yè)知識(shí)和查閱資料的基礎(chǔ)上，對檢測系統(tǒng)及其工藝流程進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)目標(biāo)1目標(biāo)45.1:能夠知曉電子信息工程領(lǐng)域中所涉及的現(xiàn)代工具及軟件的使用原理和方法，理解其適用場合、檢測對象及條件目標(biāo)2目標(biāo)3理論教學(xué)內(nèi)容及要求教學(xué)進(jìn)程學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容課程目標(biāo)123414多媒體加密學(xué)習(xí)目的通過本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解多媒體加密的基本概念和研究背景，掌握非壓縮圖像、壓縮圖像及視頻加密的基本原理與方法，能夠理解不同多媒體加密算法的特點(diǎn)及其適用場景，并為后續(xù)多媒體信息安全技術(shù)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)內(nèi)容多媒體加密簡介多媒體加密是針對圖像、音頻和視頻等多媒體數(shù)據(jù)的安全保護(hù)技術(shù)，旨在防止數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)和傳輸過程中被非法獲取或篡改。非壓縮圖像加密非壓縮圖像加密直接對原始像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行加密，常通過像素置亂或像素值變換實(shí)現(xiàn)，具有實(shí)現(xiàn)簡單、加密效果直觀的特點(diǎn)。壓縮圖像加密壓縮圖像加密結(jié)合圖像壓縮過程，對關(guān)鍵變換系數(shù)或編碼參數(shù)進(jìn)行加密，在保證壓縮效率的同時(shí)提高圖像數(shù)據(jù)的安全性。視頻加密算法視頻加密算法通常采用選擇性加密方式，對視頻碼流中的關(guān)鍵幀或重要參數(shù)進(jìn)行保護(hù)，以滿足視頻傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)多媒體加密的基本概念及其在圖像和視頻安全中的應(yīng)用場景。非壓縮圖像加密、壓縮圖像加密與視頻加密算法的基本思路與主要區(qū)別。教學(xué)難點(diǎn)多媒體數(shù)據(jù)特性與加密算法設(shè)計(jì)之間的關(guān)系理解。在保證安全性的同時(shí)兼顧壓縮效率和實(shí)時(shí)性的加密策略選擇?！铩铩?8魯棒水印學(xué)習(xí)目的通過本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解魯棒數(shù)字水印的基本概念與應(yīng)用背景，掌握魯棒圖像數(shù)字水印的基本原理與常用算法，理解抗打印-拍照水印和抗屏攝水印技術(shù)的設(shè)計(jì)思路與應(yīng)用場景，為數(shù)字版權(quán)保護(hù)與多媒體取證提供理論基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)內(nèi)容魯棒圖像水印簡介魯棒圖像水印是一種在多種信號(hào)處理和幾何攻擊下仍能可靠檢測的水印技術(shù)，主要用于數(shù)字版權(quán)保護(hù)和內(nèi)容溯源。魯棒圖像數(shù)字水印算法魯棒圖像水印算法通常在變換域中嵌入水印信息，通過合理設(shè)計(jì)嵌入與檢測策略，提高水印對壓縮、濾波等攻擊的抵抗能力。抗打印-拍照的圖像水印技術(shù)抗打印-拍照水印技術(shù)針對圖像從數(shù)字域到物理域再回到數(shù)字域的失真問題，增強(qiáng)水印在打印和再拍攝過程中的穩(wěn)定性?？蛊翑z的圖像水印技術(shù)抗屏攝水印技術(shù)面向屏幕顯示與攝像設(shè)備拍攝場景，通過時(shí)空或頻域特性設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對非法屏幕拍攝行為的有效取證。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)魯棒圖像水印的基本概念及其在版權(quán)保護(hù)中的作用；魯棒圖像數(shù)字水印算法的基本原理與實(shí)現(xiàn)方式；抗打印-拍照與抗屏攝圖像水印技術(shù)的核心思想。教學(xué)難點(diǎn)魯棒性與圖像視覺質(zhì)量之間的權(quán)衡問題；復(fù)雜攻擊條件下水印穩(wěn)定性的保持機(jī)制；面向真實(shí)應(yīng)用場景的抗打印-拍照與抗屏攝水印設(shè)計(jì)方法?！铩铩?8可逆信息隱藏學(xué)習(xí)目的通過本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解可逆信息隱藏的基本概念與應(yīng)用背景，掌握不同載體和不同域下可逆信息隱藏的基本原理與方法，理解其在數(shù)據(jù)完整性保護(hù)和隱私保護(hù)中的作用。學(xué)習(xí)內(nèi)容可逆信息隱藏簡介可逆信息隱藏是一種在提取隱藏信息后能夠完全恢復(fù)原始載體的數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像、司法取證等對數(shù)據(jù)完整性要求較高的場景。明文域位圖圖像可逆信息隱藏明文域位圖圖像可逆信息隱藏直接在像素域進(jìn)行信息嵌入，常通過差值擴(kuò)展或直方圖平移等方法實(shí)現(xiàn)無損恢復(fù)。JPEG圖像可逆信息隱藏JPEG圖像可逆信息隱藏通常在量化DCT系數(shù)上進(jìn)行嵌入，在兼顧壓縮標(biāo)準(zhǔn)兼容性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)信息的可逆提取與圖像恢復(fù)。密文域可逆信息隱藏密文域可逆信息隱藏在加密圖像中嵌入附加信息，實(shí)現(xiàn)信息隱藏與內(nèi)容保密的統(tǒng)一，適用于云存儲(chǔ)與隱私保護(hù)場景。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)可逆信息隱藏的基本思想及其與傳統(tǒng)信息隱藏的區(qū)別；明文域與壓縮域圖像可逆信息隱藏方法；密文域可逆信息隱藏的基本原理與應(yīng)用場景。教學(xué)難點(diǎn)信息嵌入容量與圖像失真之間的平衡；可逆恢復(fù)原始載體與嵌入信息的實(shí)現(xiàn)機(jī)制；密文域下信息隱藏與加密機(jī)制的協(xié)同設(shè)計(jì)?！铩铩?6密文域圖像處理學(xué)習(xí)目的通過本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解密文域圖像處理的基本概念與研究背景，掌握在加密狀態(tài)下對圖像進(jìn)行處理與分析的基本方法，理解其在隱私保護(hù)計(jì)算和安全外包場景中的應(yīng)用價(jià)值。學(xué)習(xí)內(nèi)容密文域圖像處理簡介密文域圖像處理是指在不解密圖像內(nèi)容的前提下，對加密圖像進(jìn)行分析和處理的技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可用性與隱私保護(hù)的統(tǒng)一。密文域圖像壓縮密文域圖像壓縮通過設(shè)計(jì)兼容加密特性的壓縮方法，在保證數(shù)據(jù)安全的同時(shí)降低存儲(chǔ)和傳輸開銷。密文域圖像變換和特征提取密文域圖像變換和特征提取利用加密域運(yùn)算特性，實(shí)現(xiàn)對圖像統(tǒng)計(jì)特征或結(jié)構(gòu)信息的安全計(jì)算。密文域圖像檢索密文域圖像檢索在不暴露圖像內(nèi)容的情況下完成相似性匹配與搜索，適用于云端圖像管理與隱私保護(hù)應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)密文域圖像處理的基本思想與實(shí)現(xiàn)框架；密文域圖像壓縮與變換處理的基本方法；密文域圖像特征提取與檢索的應(yīng)用場景。教學(xué)難點(diǎn)圖像處理功能性與加密安全性的兼顧問題；密文域下圖像壓縮、變換和特征計(jì)算的實(shí)現(xiàn)機(jī)制；密文域圖像檢索的效率與準(zhǔn)確性平衡?！铩铩铩?6對抗樣本學(xué)習(xí)目的通過本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解對抗樣本的基本概念與研究背景，掌握典型對抗樣本生成方法，理解對抗攻擊在深度學(xué)習(xí)與多媒體安全中的影響及其應(yīng)用場景。學(xué)習(xí)內(nèi)容對抗樣本簡介對抗樣本是通過對原始輸入施加微小擾動(dòng)，使深度學(xué)習(xí)模型產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出的一類特殊樣本，反映了模型在安全性和魯棒性方面的不足。典型的對抗樣本算法典型對抗樣本算法通過梯度信息或優(yōu)化策略生成擾動(dòng)，在保證擾動(dòng)不可感知的前提下顯著降低模型的識(shí)別或分類性能。針對深度檢索哈希的對抗樣本攻擊針對深度檢索哈希的對抗樣本攻擊通過干擾哈希特征生成過程，使檢索結(jié)果偏離真實(shí)語義，威脅多媒體檢索系統(tǒng)的可靠性。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)對抗樣本的基本原理及其對深度模型安全性的威脅；針對深度檢索哈希的對抗樣本攻擊方式。教學(xué)難點(diǎn)對抗擾動(dòng)不可感知性與攻擊有效性之間的平衡；不同對抗樣本算法的攻擊機(jī)制與適用條件?！铩铩?6生成對抗網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)目的通過本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解生成對抗網(wǎng)絡(luò)的研究背景與基本思想，掌握GAN的基本原理及常見衍生模型，理解GAN在多媒體信息安全及相關(guān)領(lǐng)域中的典型應(yīng)用。學(xué)習(xí)內(nèi)容背景知識(shí)生成對抗網(wǎng)絡(luò)是在深度學(xué)習(xí)快速發(fā)展的背景下提出的一類生成模型，通過對抗訓(xùn)練機(jī)制實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜數(shù)據(jù)分布的建模。GAN的基本原理及衍生模型GAN由生成器和判別器組成，通過博弈式訓(xùn)練不斷提升生成數(shù)據(jù)的真實(shí)性，并衍生出多種改進(jìn)模型以提升訓(xùn)練穩(wěn)定性和生成質(zhì)量。GAN的應(yīng)用GAN廣泛應(yīng)用于圖像生成、圖像修復(fù)、風(fēng)格遷移以及深度偽造等領(lǐng)域，對多媒體內(nèi)容安全與鑒別提出新的挑戰(zhàn)。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)生成對抗網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)與對抗學(xué)習(xí)思想；GAN的基本原理及其典型衍生模型；GAN在多媒體內(nèi)容生成與安全領(lǐng)域中的應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)生成器與判別器之間的對抗訓(xùn)練機(jī)制；GAN在多媒體安全場景中的應(yīng)用理解。★★★710數(shù)字圖像取證學(xué)習(xí)目的通過本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解數(shù)字圖像取證的基本概念與研究背景，掌握常見圖像篡改與處理行為的取證思路與方法，理解圖像取證技術(shù)在多媒體安全與司法取證中的應(yīng)用價(jià)值。學(xué)習(xí)內(nèi)容數(shù)字圖像取證簡介數(shù)字圖像取證是通過分析圖像內(nèi)在統(tǒng)計(jì)特性與成像痕跡，判斷圖像真實(shí)性及篡改行為的一類技術(shù)。圖像復(fù)制-粘貼篡改盲取證技術(shù)復(fù)制-粘貼篡改盲取證通過檢測圖像中相似區(qū)域，識(shí)別未經(jīng)授權(quán)的內(nèi)容復(fù)制與移動(dòng)操作。圖像重采樣取證技術(shù)圖像重采樣取證利用插值和采樣過程引入的周期性特征，檢測圖像縮放、旋轉(zhuǎn)等幾何變換行為。JPEG壓縮取證技術(shù)JPEG壓縮取證通過分析量化與壓縮偽影特征，判斷圖像是否經(jīng)歷多次或異常壓縮處理?；谠肼暡灰恢滦缘膱D像取證技術(shù)該類方法利用圖像不同區(qū)域噪聲統(tǒng)計(jì)特性的差異，檢測局部篡改或拼接痕跡。重捕獲圖像取證技術(shù)重捕獲圖像取證針對屏幕顯示再拍攝場景，通過分析成像鏈路特征判斷圖像是否為重拍結(jié)果。圖像對比度增強(qiáng)取證技術(shù)圖像對比度增強(qiáng)取證通過檢測灰度分布和直方圖異常，識(shí)別非自然的圖像增強(qiáng)操作。DeepFake取證技術(shù)DeepFake取證技術(shù)通過分析生成模型遺留的特征與不一致性，檢測由生成對抗網(wǎng)絡(luò)等模型合成的偽造圖像。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)數(shù)字圖像取證的基本原理與技術(shù)框架；典型圖像篡改與處理行為的取證方法；深度偽造（DeepFake）圖像取證的基本思路。教學(xué)難點(diǎn)不同圖像處理操作對取證特征的影響；面向復(fù)雜場景的DeepFake取證方法理解。★★★★實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及要求實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及要求14教學(xué)內(nèi)容數(shù)據(jù)加解密實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求利用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器生成密鑰，利用異或進(jìn)行數(shù)據(jù)的分組加密和解密。實(shí)現(xiàn)基于流密碼的數(shù)據(jù)加密和解密。24教學(xué)內(nèi)容圖像加解密實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求圖像數(shù)據(jù)的讀取、圖像的顯示、圖像數(shù)據(jù)和圖像尺寸等參數(shù)的獲取。基于置亂的圖像加密。基于流密碼的圖像加密。并對圖像加密的安全性分析。34教學(xué)內(nèi)容圖像信息隱藏教學(xué)要求介紹基于最低有效位替換的信息隱藏算法和基于直方圖平移的可逆信息隱藏算法實(shí)現(xiàn)。掌握圖像像素LSB平面數(shù)據(jù)的獲取，掌握數(shù)據(jù)的LSB替換嵌入和提取。掌握預(yù)測誤差計(jì)算和PEE信息可逆嵌入。掌握信息隱藏后圖像視覺質(zhì)量的計(jì)算。44教學(xué)內(nèi)容圖像篡改取證教學(xué)要求介紹圖像復(fù)制-粘貼、圖像重采樣操作的具體實(shí)現(xiàn)。掌握圖像復(fù)制-粘貼篡改盲取證、重采樣操作取證、重采樣因子估計(jì)的基本步驟。重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)基于圖像塊和基于特征點(diǎn)的復(fù)制-粘貼篡改取證算法。課程考核與成績評(píng)定考試資格無故缺課達(dá)三分之一或作業(yè)未完成二分之一的，取消考核資格，課程考核成績以零分記考核形式■閉卷筆試□開卷/半開卷□小論文■報(bào)告□口試□作品□筆試兼用■上機(jī)□技能操作□其他（請注明）考核環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)30%，作業(yè)10%，課堂測驗(yàn)10%，閉卷筆試50%各考核環(huán)節(jié)對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系課程目標(biāo)實(shí)驗(yàn)作業(yè)課堂測驗(yàn)閉卷筆試1★★★2★★★★3★★★4★★★成績評(píng)定比例各考核環(huán)節(jié)對應(yīng)的成績比例課程目標(biāo)畢業(yè)要求實(shí)驗(yàn)作業(yè)課堂測驗(yàn)閉卷筆試1畢業(yè)要求3.3520102畢業(yè)要求5.11035203畢業(yè)要求5.11020204畢業(yè)要求3.35350各環(huán)節(jié)成績評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)考核與成績評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀良好及格不及格按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)所有功能，報(bào)告撰寫符合寫作規(guī)范，邏輯清晰，表述清楚，格式整齊按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)絕大部分功能，報(bào)告撰寫比較符合寫作規(guī)范，邏輯較清晰，表述較清楚，格式整齊按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)50%以上功能，報(bào)告撰寫不太符合寫作規(guī)范，邏輯表述尚可，格式較整齊，部分結(jié)論有問題無法實(shí)現(xiàn)50%的實(shí)驗(yàn)要求，未能按時(shí)提交報(bào)告，報(bào)告撰寫不規(guī)范，邏輯不清晰，表述不清楚，結(jié)果不正確作業(yè)考核與成績評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀良好及格不及格每次能按時(shí)提交作業(yè)，過程步驟清楚，結(jié)果正確每次能按時(shí)提交作業(yè)，過程步驟較清楚，大部分結(jié)果正確多數(shù)情況下能按時(shí)提交作業(yè)，大部分情況下給出了關(guān)鍵過程步驟，部分結(jié)果正確多數(shù)情況下不能按時(shí)提交作業(yè)，缺乏關(guān)鍵步驟，結(jié)果大部分不正確課堂測驗(yàn)成績評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀良好及格不及格每次按時(shí)提交測驗(yàn)，分析問題條理清晰，計(jì)算和分析正確。每次按時(shí)提交測驗(yàn)，結(jié)果大部分正確，分析比較充分，論述條理清晰絕