信息安全概论第4章 信息隐藏技术

4.1 基本概念

信息隐藏的特点




不破坏载体的正常使用。由于不破坏载体的正常使用，就不会轻易 引起别人的注意，能达到信息隐藏的效果。同时，这个特点也是衡 量是否是信息隐藏的标准。 载体具有某种冗余性。通常好多对象都在某个方面满足一定条件的 情况下，具有某些程度的冗余，如空间冗余、数据冗余等，寻找和 利用这种冗余就成信息隐藏的一个主要工作。 载体具有某种相对的稳定量。本特点只是针对具有健壮性 （Robustness）要求的信息隐藏应用，如数字水印等。寻找载体 对某个或某些应用中的相对不变量，如果这种相对不变量在满足正 常条件的应用时仍具有一定的冗余空间，那么这些冗余空间就成为 隐藏信息的最佳场所。 具有很强的针对性。任何信息隐藏方法都具有很多附加条件，都是 在某种情况下，针对某类对象的一个应用。出于这个特点，各种检 测和攻击技术才有了立足之地。
信息隐藏技术
隐写术
数字水印
基于语义 的隐写术
基于技பைடு நூலகம் 的隐写术
鲁棒性水印
脆弱性水印
4.1 基本概念


隐写术是关于信息隐藏的最古老的分支，其应用可以追溯到古希腊。 关于隐写术的现代科学研究一般认为开始于Simmons提出的囚犯问题， 问题的引出是有两个关在不同房间中囚犯Alice和Bob试图协商一个逃 跑计划，他们可以通过一个公开的信道通信，但通信的过程和内容受 到看守者Wendy的监视，一旦Wendy发现他们发送可疑的信息，就会把 Alice和Bob分别关人隔离的监狱中。问题是Alice和Bob如何通过公开 信道发送秘密信息而不引起Wendy的怀疑。由此可见隐写术和密码术 的区别在于密码术旨在隐藏信息的内容，而隐写术的目的在于隐藏信 息的存在。 数字水印（Digital Watermark）技术是指用信号处理的方法在数字 化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有 通过专用的检测器或阅读器才能提取。数字水印技术的发展为解决数 字产品的侵权问题提供了一个有效的解决途径。数字水印技术通过在 数字作品中加人一个不可察觉的标识信息（版权标识或序列号等）， 需要时可以通过算法提出标识信息来进行验证，作为指证非法复制的 证据，从而实现对数字产品的版权保护。目前，数字水印已经发展成 为信息隐藏技术的一个重要研究方向。
4.1 基本概念


信息隐藏技术的发展
传统的信息隐藏技术 数字化的信息隐藏技术是一门全新的技术，但是它的思想 是来自于古老的隐写术。大约在公元前440年，隐写术就 已经被应用于战争中的保密通信等很多领域。 数字信息隐藏技术


虽然人们对于信息隐藏技术的研究可以追溯到古老的隐写术，但是直到1992年， 国际上才有研究者首次正式提出对信息隐藏开展学术研究。
第四章 信息隐藏技术
第四章 信息隐藏技术


4.1 基本概念 4.2 信息隐藏技术 4.3 信息隐藏技术的攻击
4.1 基本概念

信息隐藏又称信息伪装，就是通过减少载体的某种冗余，如空 间冗余、数据冗余等，来隐藏敏感信息，达到某种特殊的目的。信息 隐藏打破了传统密码学的思维范畴，从一个全新的视角审视信息安全。 与传统的加密相比，信息隐藏的隐蔽性更强，在信息隐藏中，可以把 这两项技术结合起来，先将秘密信息进行加密预处理，然后再进行信 息隐藏，则秘密信息的保密性和不可觉察性的效果更佳。
4.2 信息隐藏技术

数字水印技术
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数字水印技术是指在数字化的数据内容中嵌入不明显的记号。 被嵌入的记号通常是不可见的或者不可察觉的，但是通过计 算操作能够实现对该记号的提取和检测。水印信息与原始数 据紧密结合并隐藏其中，成为一个整体。 数字图像的内嵌水印具有下列特点：



透明性：加入水印后的图像的视觉质量不能有下降，也就是说，加 入水印后的图像与原始图像相比，很难发现二者的差别。 鲁棒性：加入图像中的水印信息必须能够承受施加于载体图像的变 换操作，不会因为变换处理而丢失，水印信息经过检验提取后应该 清晰可辨。 安全性：数字水印应该能够抵御各种蓄意的攻击，必须能够唯一地 标志原始图像的相关信息，任何第三方都不能伪造他人的水印图像。
4.1 基本概念

信息隐藏的分类

按载体类型分类 按密钥分类 按嵌入域分类 按提取的特点分类 按保护对象分类
4.2 信息隐藏技术


信息隐藏的算法主要分为两类：空间域算法和变换 域算法。空间域方法通过改变载体信息的空间域特 性来隐藏信息；变换域方法通过改变数据（主要指 图像、音频、视频等）变换域的一些系数来隐藏信 息。 数字水印技术通过将数字、序列号、文字、图像标 志等信息嵌入到媒体中，在嵌入的过程中对载体进 行尽量小的修改，以达到最强的鲁棒性，当嵌入水 印后的媒体受到攻击后仍然可以恢复水印或者检测 出水印的存在。
LSB算法
嵌入：载体图像像素最低位全部置 零，再将水印二值序列依次加到各像 素值上。 提取：对伪装图像各像素值进行模 2运算。


LSB算法——嵌入水印
LSB算法——嵌入水印
LSB算法——提取水印
4.2 信息隐藏技术

变换域隐秘技术


变换域方法是在载体图像的显著区域隐藏信息， 不仅比LSB方法能够更好地抵抗各种信息处理攻 击方式，而且能够保持对人类感官的不可察觉 性。 目前，有许多基于变换域的信息隐藏方法。比 如使用离散余弦变换（DCT）作为手段在图像 中嵌入秘密信息，使用小波变换等变换也可以 实现变换域的信息隐藏。变换过程可以在整个 图像上进行，也可以对整个图像进行分块操作 实现。然而，这种隐藏方法在图像中隐藏的秘 密信息量和可获得的鲁棒性之间存在矛盾，隐 藏的秘密信息量越大，隐藏方法的鲁棒性越差。
4.2 信息隐藏技术

空域隐秘技术

最不重要位（LSB）替换 二进制图像中的信息隐藏
信息隐藏的方法

最低有效位(LSB) 方法 利用原数据的最低几位来隐藏信息。 对于数字图像，就是通过修改表示数字图像颜色（或 者颜色分量）的较低位平面，即通过调整数字图像中 对感知不重要的像素低比特位来表达水印的信息，达 到嵌入水印信息的目的。 优点是算法简单，计算量小，计算速度通常比较快， 而且提取信息时通常不需要原始图像。 缺点是很脆弱，无法经受一些无损和有损的信息处理。