信息隐藏背景发展特点分类应用

实验
教学参考
◦ 参考书：信息隐藏概论 陆哲明等 电子工业出版社 2014.11 隐写分析原理与应用 葛秀慧等 清华大学出版社 2014.10 ◦ 论文、网络文章等。
主要课程内容
第1章 绪论 第2章 隐写术
第3章 数字水印技术
第4章 无损信息隐藏技术
第5章 图像取证技术
第1章 绪论
1.信息隐藏产生的背景 2.信息隐藏的概念 3.信息隐藏的特点
原始载体
消息
信息嵌入算法
不安全信道
信息提取算法
密钥
提取出的消息
7.信息隐藏的历史发展
（1）古典信息隐藏

技术性的：
• 用头发掩盖信息 – 将消息写在头皮上，等到头发长出来后，消息被遮盖，这 样消息可以在各个部落中传递（公元前440年）； • 使用书记板隐藏信息 – 首先去掉书记板上的腊，然后将消息写在木板上，再用腊 覆盖，这样处理后的书记板看起来是一个完全空白的 • 将信函隐藏在信使的鞋底、衣服的皱褶中，妇女的头饰和首饰 中等 – 在一篇信函中，通过改变其中某些字母笔划的高度，或者 在某些字母上面或下面挖出非常小的孔，以标识某些特殊 的字母，这些特殊的字母组成秘密信息
（2）匿名通信

（3）隐写术

隐写术即不让计划的接收者之外的任何人知道信 息的传递事件（而不只是信息的内容）的一门技 巧与科学。
版权标志包括易损水印和数字指纹、数字水印两 种鲁棒的版权标志。
（4）版权标志

6.信息隐藏模型

利用信息空间冗余、人类感觉系统冗余 等进行信息隐藏和隐蔽信息传输的过程。
卡登格子
◦ 发送者和接收者各持一张完全相同的、带有许多小 孔的纸，这些孔的位置是被随机选定的。 ◦ 发送者将这张带有孔的纸覆盖在一张纸上，将秘密 信息写在小孔的位置上，然后移去上面的纸，根据 下面的纸上留下的字和空余位置，编写一段普通的 文章。 ◦ 接收者只要把带孔的纸覆盖在这段普通文字上，就 可以读出留在小孔中的秘密信息
信息隐藏
北京工业大学 计算机学院
课程说明

专业限选课 考核方式 小组讨论
◦ 32课时，2学分
◦ 小组讨论20%+实验20%+考试50%+出勤、积极性10%
◦ 1-4人组成一个讨论小组，自由组合 ◦ 3人及以下的小组：10分钟以上，4人小组：15分钟以上 ◦ 要做PPT，在课程范围内题目自定 ◦ 9-12周，信西505
数字信号处理和网络传输技术可以对数字媒
体的原版进行无限制的编辑、修改、拷贝和 传播，造成数字媒体的知识产权保护和信息 安全的问题日益突出．如何防止知识产品被 非法复制及传播，是目前急需解决的问题。
2.信息隐藏的概念
(1)信息隐藏的概念 广义
◦ ◦ ◦ ◦

信息不可见； 信息的存在性隐蔽； 信息的接收方和发送方隐蔽； 传输的信道隐蔽。
4.信息隐藏的分类
5.信息隐藏的主要分支 6.信息隐藏的模型
7.信息隐藏的历史发展
8.信息隐藏的应用领域
1.信息隐藏产生的背景
基于传统密码学理论的加解密系统的致命缺点：
明确地提示攻击者哪些是重要信息 ； 随着硬件技术的迅速发展，以及基于网络实现 的具有并行计算能力的破解技术以及量子密码 技术的发展，传统的加密算法的安全性受到了 严重挑战； 一旦加密文件被破解，其内容将完全透明； 攻击者可以在破译失败的情况下将信息破坏， 使合法接收者也无法阅读信息内容。
（2）近代信息隐藏
微粒技术：把胶片制作成句点大小的微 粒，隐藏在标点符号中； 扩频通信技术：信息隐藏在宽频随机噪 声中的通信方式； 符号码：用非文字的东西来表示文字消 息的内容，如：把手表指针拧到不同的 位置表示不同的含义。

（3）现代信息隐藏
原理：基于计算机系统的各种隐藏手段和方 法，利用感知系统的冗余和数字多媒体系统 的数据统计冗余，将秘密消息以一定的编码 方式或加密方式嵌入到公开的数字媒体中。 信息隐藏技术还没有找到自己的理论依据， 没有形成理论体系； 信息隐藏的潜在价值是无法估量的。

按功能分
◦ 隐写术（Steganography） ◦ 数字水印（Digital Watermark）

按载体分
◦ 图像、音频、视频、文本、软件等

按嵌入位置分
◦ 空域:LSB ◦ 变换域：FFT、DCT、DWT变换等。

按嵌入密钥分
◦ 对称信息隐藏 ◦ 非对称信息隐藏

按提取时是否需要原始载体参与分
蜡板藏书
栅格系统
语言学的 藏头诗：《水浒传》中梁山为了拉卢俊义入伙，“智

多星”吴用和宋江便生出一段“吴用智取玉麒麟”的故 事来，利用卢俊义正为躲避“血光之灾”的惶恐心理， 口占四句卦歌：
芦花丛里一扁舟， 俊杰俄从此地游， 义士若能知此理， 反躬逃难可无忧。
乐谱
◦ 第二次世界大战期间，一位热情的女钢琴家，常为 联军作慰问演出，并通过电台播放自己谱写的钢琴 曲。由于联军在战场上接连遭到失败，反间谍机关 开始怀疑到这位女钢琴家，可一时又因找不到钢琴 家传递情报的手段和途径而迟迟不能决断。原来， 这位德国忠实的女间谍，从联军军官那里获得军事 情报后，就按照事先规定的密码巧妙地将其编成乐 谱，并在电台演奏时一次次公开将重要情报通过悠 扬的琴声传递出去。
隐形墨水
核对校验图
◦ Lorrain(1600-1682)是17世纪一个很有名的风景画家， 当时出现了很多对他的画的模仿和冒充，由于当时 还没有相关的版权保护的法律，他就使用了一种方 法来保护他的画的版权 ◦ 他自己创作了一本称为《Liber Veritatis》的书，这是 一本写生形式的素描集。他创作这本书的目的是为 了保护自己的画免遭伪造。事实上，只要在素描和 油画作品之间进行一些比较就会发现，前者是专门 设计用来作为后者的“核对校验图”，并且任何一 个细心的观察者根据这本书仔细对照后就能判定一 幅给定的油画是不是赝品
3.信息隐藏特点

透明性（不可见性）
◦ 利用人类视觉或听觉系统属性，经过一系列隐藏 处理 ，使目标数据没有明显的降质现象，而隐藏 的数据却无法人为地看见或听见 。

不可检测性
◦ 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。

鲁棒性
◦ 指不因图象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、有损编码压缩等。

可纠错性
◦ 为了保证隐藏信息的完整性，使其在经过各种操作和 变换后仍能很好地恢复，通常采用纠错编码方法。

安全性
◦ 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。
4.信息隐藏（Information Hiding）分类

按发展阶段分
◦ 古典信息隐藏 ◦ 近代信息隐藏 ◦ 现代信息隐藏：1994年出现
◦ 非盲隐藏：需要原始载体信息参与； ◦ 盲隐藏：不需要原始载体信息参与。

按可逆性分
◦ 可逆性信息隐藏：不但可以解码出秘密信息， 还可以复原原始载体对象； ◦ 不可逆信息隐藏：可以解码出秘密信息，不可 以复原原始载体对象；

按鲁棒性分
◦ 鲁棒性信息隐藏：在各种无意和恶意攻击下， 秘密信息不能被修改、去除； ◦ 脆弱性信息隐藏：在各种无意和恶意攻击下， 秘密信息容易丢失； ◦ 半脆弱信息隐藏：对某些攻击鲁棒，而对另一 些攻击脆弱。

8.信息隐藏的应用领域

1. 保密通信（信息战）
应用领域

2. 数字内容保护
应用领域

3. 认证和篡改检测
应用领域

4. 图像自恢复
应用领域

5. 盗版追踪
星美
UME XXX
盗版 保利
应用领域

6. 使用控制（复制、观看、打印…）
应用领域

7. 票据防伪
◦ 假票 ◦ 篡改
wk.baidu.com
难点在于经过了 打印（印刷）和扫描
• 鲁棒性 • 容量
可以用来区分隐写术和数字水印，一般来讲 隐写术：对容量要求高，对鲁棒性要求低； 数字水印：对鲁棒性要求高，对容量要求低。

自恢复性
◦ 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，就是所谓的自恢复性。

按要保护的对象分
◦ 隐写术：保护的对象是秘密信息； ◦ 版权标记技术：保护的对象是数字产品，进一 步分为数字水印技术和数字指纹技术。
5.信息隐藏的主要分支
（1）隐蔽信道

隐蔽信道由Lampson定义为：在多级安全水平的 系统环境中(比如军事计算机系统)，那些既不是 专门设计的也不打算用来传输信息的通信路径称 为隐蔽信道。 匿名通信就是寻找各种途径来隐藏通信消息的主 体，即消息的发送者和接收者。Web应用强调接 收者的匿名性，而电子邮件用户们更关心发送者 的匿名性。

◦ 人眼只能分辨几十个灰度级； ◦ 对边缘附近的信息不敏感； ◦ 人耳的分辨范围为20-20KHz。
(3)密码术为核心的信息安全与隐藏式信息安全 不是相互矛盾、互相竞争的技术，而是互补的。
(4)信息隐藏的研究领域： • 隐藏技术（隐写术）：研究向载体对象中秘密添 加嵌入对象的技术。 • 隐藏分析技术：研究如何从伪装对象中破解出嵌 入信息或通过对伪装对象的处理达到破坏嵌入信 息或阻止信息检测目的技术。
狭义
◦ 将一段秘密信息隐藏在另外一段公开信息中，使秘密 信息不易被感知。 ◦ 与密码学的相同点：安全 ◦ 与密码学的不同点： 密码学易被感知；信息隐藏不易被感知。 密码学一对一；信息隐藏合二为一
消息
原始载体
隐秘载体
(2)信息能够隐藏的原因 多媒体信息本身存在很大的冗余性； 未压缩的多媒体信息的编码效率很低； 人眼或人耳本身具有掩蔽效应；