数字隐写分析

仲恺农业工程学院毕业论文

数字隐写分析术方法研究与实现

姓名梁胜展

院（系）信息学院

专业班级通信工程072

学号200710324232

指导教师王员根

职称讲师

论文答辩日期2011 年05月14日

仲恺农业工程学院教务处制

学生承诺书

我承诺在毕业论文过程中严格遵守学校有关规定，在指导教师的安排与指导下独立完成所规定的毕业论文工作，决不弄虚作假，不请别人代做毕业论文或抄袭别人的成果。所撰写的毕业论文或毕业设计是在指导老师的指导下自主完成，文中所有引文或引用数据、图表均注解并说明来源，本人愿意为由此引起的后果承担责任。

学生(签名):

年月日

本文主要研究以数字图像为载体的信息隐写分析技术。隐写算法中利用图像DCT 系数最不重要位隐藏信息的隐写算法具有透明性好，鲁棒性强等特点，这类隐写算法包括JSteg,Outguess等。本文研究了针对DCT系数LSB算法的隐写分析算法。主要对针对JSteg隐写的检测进行研究。实验结果表明，采用基于DCT系数对值（pair values）的变化的卡方统计攻击方法来检测Jsteg顺序隐写，具有很好的检测效果。由于Westfeld等人提出的卡方检验方法的耗时很大，且不能检测出Jsteg随机隐写，故引出一种改进的卡方检验方法：快速卡方检验方法。快速卡方检验方法不仅能够检测出Jsteg顺序隐写，而且能检测出Jsteg随机隐写。同时能有效地估计出嵌入率。

关键词：隐写隐写分析 DCT 卡方检验 JSteg

1 绪论 (1)

1.1 引语 (1)

1.2 信息隐藏技术的历史、应用和发展 (1)

1.2.1 信息隐藏技术的历史 (1)

1.2.2信息隐藏技术的应用 (1)

1.2.3 信息隐藏技术的发展 (2)

1.3 数字图像隐写检测技术 (2)

1.3.1隐写信息检测技术 (3)

1.3.2隐写信息的提取技术 (3)

2 基于图像统计模型的隐写分析 (4)

2.1 针对LSB替换隐写分析 (4)

2.1.1卡方检测方法 (6)

2.1.2 RS方法 (11)

2.1.3 SPA方法 (13)

±及随机调制隐写的隐写分析 (13)

2.2 针对K

2.2.1±1隐写的信息比率估计 (13)

±隐写信息比率估计 (14)

2.2.2K

2.3 随机调制隐写的信息比率估计 (14)

3 针对JSteg隐写的检测 (14)

3.1 卡方检测方法 (14)

3.2 快速卡方检验方法 (15)

3.2.1针对顺序JSteg隐写 (18)

3.2.2针对随机JSteg隐写 (18)

3.3 快速卡方检验方法—matlab实现 (18)

4 结论 (19)

参考文献 (20)

英语摘要 (22)

附录 (22)

致谢 (29)

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1 绪论

1.1引语

数字隐写术(Steganography)，其目的是以表面正常的数字载体，如文本、图像、音频、视频等作为掩护，在其中隐藏秘密信息，将秘密信息隐藏在可公开的载体中进行传送，达到掩盖真正的通信目的和通信发生的事实]4][1[。数字隐写术的发展在保护机密性和个人隐私方面具有积极作用，但同时给敌对势力和非法团伙提供了进行非法活动的手段，在为人们带来一种新的安全隐蔽通信手段的同时也带来了新的威胁。如何检测发现隐藏信息，进而监控和破坏非法通信，成为影响国家安全和社会稳定的一个重要问题。由于JPEG 压缩图像是目前应用最为广泛的图像格式之一，以JPEG 图像为载体的隐写算法具有其不可取代的实用价值]5[。近年来，JPEG 图像隐写分析的研究受到了越来越多研究者的关注。

1.2信息隐藏技术的历史、应用和发展

1.2.1信息隐藏技术的历史

现代信息隐藏技术来源于古代的隐写术(steganography),公元1499年Johannes Trithemius将“steganos”与“graphein”两个希腊字根合并组成单词“steganography”，以为着隐写（covered writing），即隐藏消息的存在性（existence）。隐写术是一门古老而有趣的安全传递秘密信息的方法，从中国古代文人的藏头诗到德国间谍的隐写信，从古希腊的蜡板藏书到现在的网络隐藏通信，舞步蕴藏着人类的智慧。机关信息隐藏技术已经有久远的研究和应用历史，但是在当时的技术条件下，信息隐写的手段和应用条件是十分有限的。在很长一段时间里，信息隐藏技术无论在研究领域还是在实际应用中都未受到关注。随着科学技术的发展，古老的隐写术在信息时代又称为新的研究热点。在数字化、计算机、网络等这些新时代的产物的孕育中，基于信息理论、数理统计理论、认知心理学和现代信技术手段，载新的隐写术—现在的信息隐藏技术因运而生]4[。新的内涵，新的处延，新的方法，新的技术，使人们不得不重新审视和研究者一源远流长的信息安全技术。

1.2.2信息隐藏技术的应用

信息隐藏技术在信息安全保障体系的诸多方面发挥着重要作用，主要可归结为下列几个方面]4[。

（1） 数据保密通信

（2） 身份认证

（3） 数字作品的版权保护与盗版追踪

（4） 完整性、真实性鉴定与内容恢复

1.2.3 信息隐藏技术的发展

20世纪90年代以来，现代信息隐藏技术得到了迅速的发展。1996年在英国剑桥召开的第一届国际信息隐藏学术研讨会，标志着信息隐藏作为一个新学科的诞生。随后，国际上举行了第2～11届国际信息隐藏学术研讨会。此外，IEEE 、ACM 、SPIE 等一些知名学术组织在其主办的学术会议和期刊中叶包含了信息隐藏方面大量的研究成果。我国在信息隐藏技术领域的研究与国际上基本同步。1999年，在何德全、周仲义、蔡吉人三位院士的积极倡导下，由北京电子技术应用研究所组织成立了信息隐藏专家委员会，定期主办信息隐藏方面的学术会议]7[。

1.3 数字图像隐写检测技术

信息隐藏技术作为信息安全传输的重要手段，可以应用于军事、情报、国家安全等层面，同时也会被恐怖分子和敌对事例所利用。因此，人们在关注信息隐藏正向技术研究的同时，也在探索各种检测可疑信息的存在、寻找敌对方隐秘通信信源的手段和方法。隐写和隐写分析模型如图1所示。秘密保存的信息称为嵌入对象，用于隐蔽嵌入对象的非保密载体称为载体对象，通过密钥将嵌入对象加密，利用隐写算法将嵌入对象隐藏到载体对象中，得到隐写对象。提取过程中只有掌握了密钥才能正确恢复出原始嵌入对象。对隐写分析而言，唯一可疑利用的就是隐写对象，密钥及载体对象都是得不到的，也不知道信息的隐藏位置。

嵌入密钥 载体对象

嵌入对象−− ()−−−→−嵌入对象

载体对象 隐写分析

图1 隐写分析模型图

隐写分析的主要目的包括三个方面：1）检测隐写信息的存在性；2）估计隐写信息的长度和提取隐写信息；3）删除或扰乱隐写对象中的嵌入信息。前两者称为被动隐写分