第1章 信息隐藏技术概述

第1章 信息隐藏技术概述
Image Forgery
广场鸽和第一爆
2006年中国国际新闻摄影比 赛金奖作品“中国农村城市 化改革第一爆”被取消获奖 资格
2005年中国国际新闻摄影比赛金 奖作品“广场鸽接种禽流感疫苗 ” 备受质疑
第1章 信息隐藏技术概述
Image Forgery
华南虎事件
2007年 “华南虎”事件
后将每个ai点的亮度值加 1 ，每个bi点的亮度值减1，
这样整个图像的平均亮度保持不变。适当地调整参数 ，Patchwork方法对JPEG压缩、FIR滤波以及图像裁剪 有一定的抵抗力，但该方法嵌入的信息量有限。为了 嵌入更多的水印信息，可以将图像分块，然后对每一
个图像块进行嵌入操作。
第1章 信息隐藏技术概述
– 信鸽传递 – 粘贴在无关紧要的杂志等文字材料中的句号或逗号 上
第1章 信息隐藏技术概述
微芯片- Application
德国人在二战中使用的微芯片
Initial Applications of information hiding Passing Secret messages
第1章 信息隐藏技术概述
• 乐谱
密情报。
语言学的隐写术
– 第二次世界大战期间，德国女间谍通过琴声传递秘
• 卡登格子
– 中国古代设计的信息隐藏方法中，发送者和接收者 各持一张完全相同的、带有许多小孔的纸。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 – 在16世纪早期，意大利数学家Cardan(1501-1576)也 发明了这种方法，这种方法现在被称作卡登格子法
第1章 信息隐藏技术概述
• 为了增强算法的性能，提出了各种改进的方法
，如利用伪随机序列，以随机的顺序修改图像 的LSB；在使用密钥的情况下，才能得到正确 的嵌入序列。另外一个常用方法是利用像素的 统计特征将信息嵌入像素的亮度值中。
第1章 信息隐藏技术概述
• (2) Patchwork算法是随机选择Ｎ对像素点 (ai，bi) ，然
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藏头诗
• 我画蓝江水悠悠, • 爱晚亭上枫叶愁。 • 秋月溶溶照佛寺， • 香烟袅袅绕经楼。
第1章 信息隐藏技术概述
现代意义上的信息隐藏技术是，从20世纪90年代 早期开始。1992年国际上正式提出数字化信息隐藏研
究。1996年，第一次国际信息隐藏学术研究会议在英
国剑桥召开，使这些独立研究信息隐藏技术的团体走 到一起，从而在信息隐藏的一些基本概念和术语上达
(1) 透明性 (2)鲁棒性 (3)不可检测性 (4)安全性 (5)自恢复性 (6)对称性 (7)可纠错性
第1章 信息隐藏技术概述
Байду номын сангаас
第1章 信息隐藏技术概述
1.4 信息隐藏的算法
• (1) 空域算法该类算法中典型的算法是将信息嵌入到随 机选择的图像点中最不重要的像素位 (LSB)上，这可保 证嵌入的水印是不可见的。LSB算法的主要优点是可 以实现高容量和较好的不可见性，但是该算法的鲁棒 性差，容易被第三方发现和得到，遭到破坏，对图像 的各种操作如压缩，剪切等都会使算法的可靠性受到 影响。
• (3) 频域算法。算法实现过程为：先计算图像 的离散余弦变换 (DCT)，然后将水印叠加到
DCT域中幅值最大的前ｋ系数上(不包括直流分
量)，通常为图像的低频分量。
第1章 信息隐藏技术概述
• 若DCT系数的前ｋ个最大分量表示为Ｄ={ di }， i=1 ，… ，ｋ，水印是服从高斯分布的随机实数 序列Ｗ ={ wi }，i=1 ，… ，ｋ，那么水印的嵌入 算法为di = di(1 + awi)，其中常数a为尺度因子，控
成共识。
第1章 信息隐藏技术概述
信息隐藏（information hiding）有时也称数据隐 藏（data hiding）。就是将秘密信息秘密地隐藏于另一 非机密的文件内容之中。如图1-1 所示，非法者不知道 这个普通信息中是否隐藏了其它的信息，而且即使知 道也难以提取或去除隐藏的信息。是一门研究如何在 信息中隐藏信息的科学。
第1章 信息隐藏技术概述
1.2 信息隐藏的分类
• (1) 按载体类型分类 频的信息隐藏技术。 • (2) 按密钥分类 若嵌入和提取采用相同密钥，则称其 为对称隐藏算法，否则称为公钥隐藏算法。 • (3) 按嵌入域分类 主要可分为空域（或时域）方法及 包括基于文本，图像，声音和视
变换域方法。
第1章 信息隐藏技术概述
Digital Watermarking
数字水印技术
第1章 信息隐藏技术概述
第一章 数字水印技术概述
1.1 信息隐藏技术
1.2 信息隐藏技术的分类
1.3 信息隐藏技术的特点和模型
1.4 信息隐藏技术的算法
1.5 信息隐藏技术的主要应用领域 1.6小结
第1章 信息隐藏技术概述
1.1 信息隐藏技术
数字世界
第1章 信息隐藏技术概述
第1章 信息隐藏技术概述
本课程内容
基础知识
信息隐藏原理 广义隐藏 算法
隐藏理论研究
攻击和分析
信息隐藏攻击 （隐写分析）
信息隐藏算法
图象 音频 视频 … 数据
数字水印原理
数字水印算法
图象 音频 视频
数字水印攻击
…
数据
第1章 信息隐藏技术概述
小 结
• 本次课主要对介绍了信息隐藏的概念、特点、模型、 分类以及其发展历史，对信息隐藏的主要算法做了归 纳概括，并且阐述了信息隐藏技术发展历史和主要应 用领域。
– 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
第1章 信息隐藏技术概述
• 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 • 采用无形的墨水在特定字母上制作非常小的斑 点（17世纪） • 微缩胶片（1860年）
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Image Forgery
美国大选中的传媒丑闻
2004年美国大选“新闻”
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Image Forgery
其他例子
盖茨用苹果
布什吐烟圈
克林顿和克里
第1章 信息隐藏技术概述
Image Forgery
西安大水和藏羚羊
2004年美联社夸大西安水灾
藏羚羊： 2006年获奖 2008年揭穿
• (4) 按提取的要求分类 若在提取隐藏信息时不需要利用
原始载体C，则称为盲隐藏；否则称为非盲隐藏。 • (5) 按保护对象分类 主要可分为隐写术和水印技术。
1) 隐写术的目的是在不引起任何怀疑的情况下秘密
传送消息，因此它的主要要求是不被检测到和大容量 等。
第1章 信息隐藏技术概述
•
2) 数字水印是指嵌在数字产品中的数字信号，可以 是图像，文字，符号，数字等一切可以作为标识和标
制水印添加的强度。然后用新的系数做反变换得
到水印图像I。 • 还可以将数字图象的空间域数据通过离散傅里叶 变换(DFT)或离散小波变换(DWT)转化为相应的 频域系数
第1章 信息隐藏技术概述
• (4) 压缩域算法。在JPEG MPEG等压缩格式中隐藏信
息，这种技术的关键是把水印或者秘密信息加载到数 据帧的数据流中。
Stego – Hidden , Graphy – Writing ‘art of hidden writing’
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隐写术是信息隐藏技术的最早应用，它的思想可以 追溯到远古时代。
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隐写术
(追溯到 440 BC)
Histaeus used his slaves (information tattooed on a slave’s shaved head )
第1章 信息隐藏技术概述
• 来确定在图像的各个部分所能容忍的数字水印 信号的最大强度，从而能避免破坏视觉质量。 也就是说，利用视觉模型来确定与图像相关的 调制掩模，然后再利用其来插入水印。这一方
法同时具有好的透明性和强健性。
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1.5 信息隐藏技术的应用领域
• 1) 数据保密 • 2）数据的不可抵赖性 • 3）数字作品的版权保护 • 4）防伪 • 5）数据的完整性
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作 业
• 分析信息隐藏技术和密码术的主要异同点。 • 信息隐藏技术中隐写术和数字水印技术的各自的侧重 点是什么？
记的信息，其目的是进行版权保护、所有权证明、指
纹（追踪发布多份拷贝）和完整性保护等。 • • 3) 数据隐藏和数据嵌入：介于数字水印和隐写术之 间，往往是辅助信息和服务。 4) 指纹和标签： 每个嵌入的信息都是唯一的序列号
。
第1章 信息隐藏技术概述
第1章 信息隐藏技术概述
1. 3 信息隐藏技术特点和模型
第1章 信息隐藏技术概述
• (5) 生理模型算法 人的生理模型包括人类视觉系统
HVS(Human Visual System)和人类听觉系统HAS。该模 型不仅被多媒体数据压缩系统利用，同样可以供数字
水印系统利用。利用视觉模型的基本思想均是利用从
视觉模型导出的JND(Just Noticeable Difference)描述。
第1章 信息隐藏技术概述
第1章 信息隐藏技术概述
•
所用的载体可以是文字、图象、声音及视频等。为
增加攻击的难度，也可以把加密与信息隐藏技术结合 起来，即先对消息M加密得到密文消息M’，再把M’隐 藏到载体C中。这样攻击者要想获得消息，就首先要检 测到消息的存在，并知道如何从隐蔽的载体 S 中提取 M’及如何对M’解密以恢复消息M.
第1章 信息隐藏技术概述
信息隐藏的可能性
• 利用人类感知系统的冗余 • 利用计算机处理系统的冗余 • 利用各种潜信道
• 技术上是可行的
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现状
• 研究的学者非常多，遍布：信息安全、密码学 、通信、军事通信学、信号与信息处理、应用 数学、模式识别与智能系统、计算机应用技术 、数字内容、数字媒体设计等领域 • 每年都有大量的论著在国内外发表，有大量的 科研成果产生，有众多学术会议在世界各地召 开，有许多专利被申请，有不少产品进入市场 ，有大批优秀专才走出学校等等 • 问题：低水平重复多，重大突破少。
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• 司法鉴定困难
• 页面保护的难题 • ……
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密码术的缺点
• 它明确地提示攻击者哪些是重要信息 • 对加密后的数据进行破坏 • 加密限制了多媒体作品在网上流通
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信息隐藏技术：
隐写术（Steganography）
是关于信息隐藏的技巧与科学，它使得除预期的 接收者之外的任何人都不知道信息的传递事件或者信 息的内容。
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数字化引发的问题
• 非法拷贝
作品复制代价低廉 复制没有任何质量上的损失
第1章 信息隐藏技术概述
• 作品篡改
数字作品允许一切可能的编辑，使得数字作品的 完整性受到严重的威胁。
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Image Forgery
伪造新闻照片
2003《洛杉矶时报》发自伊拉克前 线的报道是拼接结果
Initial Applications of information hiding Passing Secret messages
第1章 信息隐藏技术概述
• 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