信息隐藏技术研究探讨

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侯晓芳1

，刘秀莲2

（1.北华航天工业学院，河北 廊坊 065000；2.鄂尔多斯职业学院，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

【摘 要】文章分析了信息隐藏技术实现的可行性，阐述了隐写术、数字水印等信息隐藏技术之间的联系与区别。重点比较了信息隐藏与传统密码学本质的不同，信息隐藏是现有信息安全研究领域的一个有力补充，对计算机、通信等领域有重要的研究意义。

【关键词】信息隐藏；隐写术；数字水印 【中图分类号】TP391.41 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)05-0011-02

信息隐藏的思想来源于古代的隐写术，历史上广为流传

的“剃头刺字”的故事就是信息隐藏技术的应用。大约在公

元前440年，Histaieus 为了通知他的朋友发动暴动来反抗米

堤亚人和波斯人，将一个仆人的头发剃光后在头皮上刺上了

信息，等那仆人头发长出来后再将他送到朋友那里，以此实

现他们之间的秘密通信。在16、17世纪还出现了许多关于隐

秘术的著作，其中利用信息编码的方法实现信息隐藏较为普

遍。历史上信息隐藏的例子还有很多。Willkins 采用隐形墨

水在特定字母上制作非常小的斑点来隐藏信息。二战期间，

德国人发明了微缩胶片，他们把胶片制作成句点大小的微粒

来隐藏信息，放大后的胶片仍能有很好的清晰度。

信息隐藏有时也称为数据隐藏。广义上的信息隐藏有多种含义：一是信息不可见，二是信息的存在性隐蔽，三是信息的接收方和发送方隐蔽，四是信息传输的信道隐蔽。信息隐藏就是将秘密信息隐藏在另一个非保密的载体中，使非法者不知道在这个非保密载体中是否隐藏有其他信息，即使知道也难以提取或去除。这里的载体可以是文本、图像、音频、视频等。

（一）信息隐藏技术可行性原因分析

近几年来，科学技术的发展带动了信息隐藏技术的快速

发展。新的信息隐藏技术中有很多是基于信息替换思想的，即用一个秘密信息替换载体信号中冗余的部分。实际上，信息之所以能够隐藏在多媒体信息中是因为：

1.多媒体信息本身都存在很大的冗余性，从信息论的角度看，未压缩的多媒体信息编码效率是很低的，所以将一些信息嵌入到多媒体信息中进行秘密传输是完全可行的，不会影响到多媒体信息自身的传输和使用。

2.人眼或人耳本身对某些信息有一定的掩蔽效应，比如人眼对灰度的分辨率只有几十个灰度级；对边缘和纹理信息不敏感等。利用人自身的这些特点，可以很好地实现信息隐藏。 信息隐藏技术除了可以用于数据保密和版权保护领域外，在医学中也有重要的运用。例如，在医学图像系统中，将患者的姓名、日期、诊断结果等信息嵌入到诊断图像数据中，可以避免它们之间的对应关系不会由于人为的因素而发生错误。当然，在图像数据中做标记是否会影响病情诊断的精确性，这还是一个需要考虑的问题。另外，信息隐藏技术还可以运用到军事领域中，利用伪装式隐蔽通信来传送信息，使得发出的信号不被对方检测或破坏掉，从而避免被对方侦察到而受到攻击。 （二）信息隐藏技术主要分支

1.隐写术

隐写术是信息隐藏领域中较早出现的一个重要分支。隐写术一词来源于希腊词汇stegnos 和graphia，意即“隐藏”和“书写”，即将秘密信息嵌入到看似平常的信息中进行传送，以防第三方检测出秘密信息的技术。隐写术大致可以分为两种，一种是将需要秘密传递的消息记录下来，然后通过其他媒介发送出去，称为“技术隐写术”。我们在前面提到的缩微胶片、隐形墨水都属于技术隐写术；另一种是将记录这个行为本身隐藏起来，消息由隐藏地“写”的语言或语言形式所组成，称为“语义隐写术”。

我们在前面已经提到，一个信息隐藏系统的实现是通过对载体对象的冗余信息进行替换来达到嵌入信息目的的。然而在一个完整隐写系统的实现过程中，人们并不希望利用高带宽的信道（含有冗余部分），这是因为攻击者也可以利用高

【收稿日期】2009-02-24

【作者简介】侯晓芳，女，北华航天工业学院计算机科学与工程系助教，硕士研究生，研究方向为密码学与信息安全；刘秀莲，女，鄂尔多斯职业学院基础教育系助教，硕士研究生，研究方向为密码学与信息安全。

带宽信道破坏系统，而且冗余在实际运用中也常常会被删掉。我们上面所讨论的隐写系统仅仅是一个通用模型，在未来几年、几十年甚至上百年的时间内都可能要经受各种考验。永远不能低估攻击者的能力，信息隐藏技术仍需做进一步的深化研究。

2.数字水印

数字水印技术是近几年来国际学术界兴起的一个前沿研究领域，它也是信息隐藏技术的一个重要分支。数字水印通过在被保护的数字对象，包括文本、音频、图像、视频等媒体中嵌入某些秘密信息来证明版权归属或跟踪侵权行为。在水印系统的设计中，水印信息的嵌入采用一定的算法来实现，将版权等标志信息嵌入到多媒体内容当中，使水印具有不可见性、安全性和鲁棒性，以及不影响原始信息的内容。

前面介绍的隐写术和数字水印的联系非常密切，它们都是将秘密信息隐藏在载体信息中，而且在秘密信息嵌入和提取的方式上也有很多相同的地方。它们之间也有显著的区别，主要有：数字水印的主要目的是用于多媒体信息的版权保护，要防止隐藏信息被破坏，隐写术则是信息伪装，秘密通信；前者被保护的对象是传输媒介自身，隐藏的信息可以是无意义的随机序列也可以是有意义的标识图案，隐藏信息量不需要很大，而后者被保护的对象是隐藏在媒介中的信息，隐藏的信息必须是有意义的，且信息量应尽可能的大；前者的隐藏信息可以是可见或不可见的，而后者必须是不可见的。

3.匿名通信

匿名通信就是寻找各种途径来隐藏信息的发送者和接受者，其中使用的技术包括匿名重发和网络代理等[2]。在网络通信中，人们可以通过跟踪对方的数据包来进行业务量分析和判断通信双方的身份，而采用匿名技术就是为了保护通信信道不被别人窃听和进行业务量分析。这种技术由第一层路由进行多层加密，以后每层路由除去一层加密，这样使每层路由处理的数据都不同，令敌手无从跟踪，并且每层路由器都只能识别最临近的一层路由，不知道信息的传输路径。它广泛适用于军事和商业领域，如E-mail的发送和Web浏览。还可以用在电子选举和电子现金方案中来保证选举人或购买者的身份不被泄露。

4.其它分支

隐蔽信道也是信息隐藏技术的一个分支，它是指在计算机安全技术中，一种允许某个进程在违反安全规则的状态中传递信息的信道，或者说是一种允许违背合法的安全策略进行操作系统进程间通信（IPC）的通道。在一个计算机系统中，我们通常采用多级安全系统，具有较高安全性的部分专门处理敏感信息，安全性相对较低的部分则处理不太敏感的信息，隐蔽信道的思想就是利用计算机系统安全机制的漏洞而产生的。隐蔽信道的概念与隐写术中的许多概念类似，但在隐蔽信道中，载体对象是一个系统的整个运行过程，而不是具体的信息媒介。

（三）信息隐藏与密码学的联系与区别 密码学是一门研究编制密码和破译密码的技术科学。它包含密码编码学和密码分析学。密码编码学是对信息进行编码实现隐藏信息的一门科学，而密码分析学是研究分析如何破译密码获得原始消息的科学，两者相互对立又相互促进。

采用密码学的方法可以隐蔽和保护需要保密的信息，使未授权者不能提取信息。待加密的信息我们称之为明文，加密后的信息称之为密文。由明文转换成密文的过程就是加密过程。其逆过程，即由密文恢复出原明文的过程称为解密。加密和解密算法的操作通常都是在一组密钥控制下进行的，分别称作加密密钥和解密密钥。根据密码算法所使用的加密密钥和解密密钥是否相同，我们就把密码体制分为了对称密码体制（单钥）和非对称密码体制（双钥）。明文、密文、密钥和密码算法就组成了密码系统。

关于信息隐藏我们在前面已经有所叙述。密码学和信息隐藏两者的共同点都是为信息的发方和收方提供保密性和完整性的信息保护方案。不同的是，密码学是对信息进行保密，信息隐藏是对信息进行隐蔽；密码学以公开的方式传递密文，不隐藏密码信息本身的存在，容易引起攻击者的注意，而隐藏技术则以隐秘的方式传递明文，隐蔽信息的存在。

进一步地说，信息隐藏与密码学都是把对信息的保护转化为对密钥的保护，但信息隐藏不同于传统的密码学技术。密码学技术主要研究如何将秘密信息进行特殊编码，然后以不可识别的密文进行传输。而信息隐藏则主要研究如何将某一秘密信息隐藏于一个公开载体中，然后通过公开载体来传输秘密信息。所以，两者从原理上来讲有本质的区别。

对于密码技术来讲，网络监测者或非法拦截者可以对截取的密文进行破译，或者将密文破坏后再发出去，这样使得信息传递的安全性比较低。但对信息隐藏技术而言，网络监测者或非法拦截者则需要从公开的载体中判断是否存在隐秘信息，从而提高了获得具有秘密信息的难度。与密码学相比较，信息隐藏在很大程度上保证了信息传递的安全性。

信息隐藏并不排斥密码技术，它是对现有信息安全技术的一个有力补充。在实际中，我们可以把待嵌入的对象信息进行加密形成加密信息，然后再把加密后的信息嵌入到载体对象中，从而形成密码学与信息隐藏的紧密结合，增加了信息的破译难度。

（四）小结

总之，每一种信息隐藏技术的发展都离不开科学技术的进步。信息隐藏作为一门新兴的交叉学科，其研究范围涉及到密码学、信号处理、计算机网络与安全、数学、通信等众多学科。在计算机、保密学、通信等领域都有着广泛的应用前景。

【参考文献】

[1] Stefan Katzenbeisser, F.A.P.Petitcolas. Information Hiding

Techniques for Steganography and Digital Watermarking[J].

Artech House,Inc.2000.

[2] 孙圣和,陆哲明,牛夏牧,等.数字水印技术及应用[M]. 北京:

科学出版社,2004.

[3] 王丽娜,张焕国.信息隐藏技术与应用[M].武昌:武汉大学出

版社,2003.

[4] Taylor C.Clelland, V.Risca, and C.Bancroft. Hiding Messages

in DNA Microdots[J].Nature,1999,399(10):533-534.

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