信息隐藏技术及应用

信息隐藏技术及应用

1 什么是信息隐藏

信息隐藏(InformatiOn Hiding)：主要研究如何将某一机密信息秘密(Secret Message)隐藏于另一公开的信息(载体、宿主)中，然后通过公开信息的传输来传递机密信息。第三方则难以从公开信息中判断机密信息是否存在，难以截获机密信息，从而能保证机密信息的安全。信息隐藏学是一门新兴的交叉学科，在计算机、通讯、保密学等领域有着广阔的应用前景。

信息隐藏是上世纪90年代开始兴起的信息安全新技术，并成为信息安全技术研究的热点；传统通信领域为了保证传递的信息能够不被窃听或破坏，常采用密码来保护信息，即让窃听者无法看到或听懂，但是这种技术的缺点是告诉窃听者这就是秘密信息，特别是随着计算机技术的发展，密码的安全性受到很大挑战。而新的信息隐藏技术是将需要传递的秘密信息，隐藏在一个普通的非秘密消息当中，再进行传输，这样即使窃听者窃听了传输的信息，也只会将其当成普通的消息，而不会怀疑或者无法得知是否有秘密信息的存在。

一般而言，信息隐藏是分为四个阶段：预处理阶段、嵌入阶段、传输阶段和提取阶段。为了使每个阶段都达到安全，

所以必须在预处理阶段，引入加密术中的加密算法。在嵌入阶段，使用基于小波的隐藏信息的算法，在传输阶段，进行隐蔽通信，从而使用传输阶段也是安全的。所以这套信息隐藏的处理方案，将形成一个安全的体系，因此既能隐藏秘密信息的内容，也能隐蔽通信的接收方和发送方，从而建立隐藏通信。信息隐藏的原理如图1。

信息隐藏技术的分类见图2。

信息隐藏不同于传统的加密，传统的加密是研究如何将机密信息进行特殊的编码，以形成不可识别的密码形式进行传递，它仅隐藏了信息的内容；而信息隐藏不但隐藏了信息的内容，而且隐藏了信息的存在。根据信息隐藏的目的和技术要求，该技术存在以下特性：

鲁棒性(Robustness)：指不因图像文件的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力。这里所谓“改动”包括传输过程中的信道噪音、滤波操作、重采样、有损编码压缩、D/A或A/D 转换等。

不可检测性(Undetectability)：指隐蔽载体与原始载体具有一致的特性。如具有一致的统计噪声分布等，以便使非法拦截者无法判断是否有隐蔽信息。

透明性(Invisibility)：这是信息隐藏的基本要求，利用人类视觉系统或人类听觉系统属性，经过一系列隐藏处理，使目标数据没有明显的降质现象，而第三方不易觉察信息的存

在。

安全性(Security)：指隐藏算法有较强的抗攻击能力，即它必须能够承受一定程度的人为攻击，而使隐藏信息不会被破坏。

自恢复性(Self-comeback)：由于经过一些操作或变换后，可能会使原图产生较大的破坏，如果只从留下的片段数据，仍能恢复隐藏信号，而且恢复过程不需要宿主信号，这就是所谓的自恢复性。信息隐藏学是一门新兴的交叉学科，在计算机、通讯、保密学等领域有着广阔的应用前景。数字水印技术作为其在多媒体领域的重要应用，已受到人们越来越多的重视。

2 信息隐藏技术的分类

信息隐藏的方法主要有隐写术、数字水印、可视密码、潜信道、隐匿协议等。

隐写术(Steganography)

隐写术(Steganograpby)是将秘密信息隐藏在某些宿主对象中，且信息传输或存储过程中不被发现和引起注意，接收者获得隐藏对象后按照约定规则可读取秘密信息的技术。现有的隐写术方法主要有利用高空间频率的图像数据隐藏信息、采用最低有效位方法将信息隐藏到宿主信号中、使用

信号的色度隐藏信息的方法、在数字图像的像素亮度的统计模型上隐藏信息的方法、Patchwork方法等等。

数字水印(Digital Watermark)

信息隐藏的一个重要分支是数字水印，数字水印(Digital Watermarking)是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数

字载体(包括多媒体、文档、软件等)当中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统(如视觉或听觉系统)觉察或注意到。

目前主要有两类数字水印，一类是空间数字水印，另一类是频率数字水印。空间数字水印的典型代表是最低有效位(LSB)算法，其原理是通过修改表示数字图像的颜色或颜色分量的位平面，调整数字图像中感知不重要的像素来表达水印的信息，以达到嵌入水印的目的。频率数字水印的典型代表是扩展频谱算法，其原理是通过时频分析，根据扩展频谱特性，在数字图像的频率域上选择那些对视觉最敏感的部分，使修改后的系数隐含数字水印的信息。

数字水印的插入过程和检测过程如图3。

可视密码技术

可视密码技术是Naor和Shamir于1994年首次提出的，其主要特点是恢复秘密图像时不需要任何复杂的密码学计算，而是以人的视觉即可将秘密图像辨别出来。其做法是产

生n张不具有任何意义的胶片，任取其中t张胶片叠合在一起即可还原出隐藏在其中的秘密信息。其后，人们又对该方案进行了改进和发展。主要的改进办法有：使产生的n张胶片都有一定的意义，这样做更具有迷惑性；改进了相关集合的造方法；将针对黑白图像的可视秘密共享扩展到基于灰度和彩色图像的可视秘密共享。

潜信道

又称阈下信道，阈下信道的概念是Gustavus J Simmons 于1978年在美国圣地亚国家实验室(Sandia National Labs)提出的，之后又做了大量的研究工作。阈下信道是指在公开(Overt)信道中所建立的一种实现隐蔽通信的信道，这是一种隐蔽(Covert)的信道。绝大多数数字签名方案都可包含阈下信道的通信，其最大特点是阈下信息包含于数字签名之中，但对数字签名和验证的过程无任何影响，这正是其隐蔽性所在。阈下信道在国家安全方面的应用价值很大。如果采用全球性标准，那么世界上任何地方的用户检查点都能即时检查出数字证件上的信息完整性，并能确定持证人是否合法持证人。

3 数字音频水印的应用

数字音频水印的用途非常广泛，可能的应用还包括版权