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1、第二部分第二部分 信息加密与信息隐藏信息加密与信息隐藏第第6章章 信息隐藏技术信息隐藏技术导读导读利用前面讨论的各种密码系统保护机密信利用前面讨论的各种密码系统保护机密信息的方法，是将机密信息加密。加密后的息的方法，是将机密信息加密。加密后的信息将变为不可识别的乱码，但这也提醒信息将变为不可识别的乱码，但这也提醒攻击者：这是机密信息。如何隐藏机密信攻击者：这是机密信息。如何隐藏机密信息的存在？这是本章将要讨论的第一个问息的存在？这是本章将要讨论的第一个问题。题。当前，数字音频和视频正大行其道，对其当前，数字音频和视频正大行其道，对其进行不限次数的完全保真复制异常简单。进行不限次数的完全保真复制
2、异常简单。如何保护所有者的版权？这是本章将要讨如何保护所有者的版权？这是本章将要讨论的第二个问题。论的第二个问题。内容内容6.1 6.1 信息隐藏技术概述信息隐藏技术概述6.2 6.2 数据隐写术数据隐写术6.3 6.3 数字水印数字水印 信息隐藏技术概述信息隐藏技术概述什么是信息隐藏？什么是信息隐藏？采用传统密码学理论开发出来的加解密系统致命采用传统密码学理论开发出来的加解密系统致命的缺点：的缺点：明确地提示攻击者哪些是重要信息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的日益成熟，具有并行计算
3、能力的破解技术的日益成熟，传统传统的加密算法的安全性受到了严重挑战的加密算法的安全性受到了严重挑战 数字信号处理和网络传输技术可以对数字媒体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，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，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是目前急需解决的问题信息隐藏技术概述信息隐藏技术概述1992年，提出了一种新的关于信息安全的年，提出了一种新的关于信息安全的概念概念信息隐藏信息隐藏
4、，即将关键信息秘密地，即将关键信息秘密地隐藏于一般的载体中（图像、声音、视频隐藏于一般的载体中（图像、声音、视频或一般的文档），或发行或通过网络传递。或一般的文档），或发行或通过网络传递。由于非法拦截者从网络上拦截的伪装后的由于非法拦截者从网络上拦截的伪装后的关键信息，并不像传统加密过的文件一样，关键信息，并不像传统加密过的文件一样，看起来是一堆会激发非法拦截者破解关键看起来是一堆会激发非法拦截者破解关键信息动机的乱码，而是看起来和其它非关信息动机的乱码，而是看起来和其它非关键性的信息无异的明文信息，因而十分容键性的信息无异的明文信息，因而十分容易逃过非法拦截者的破解。易逃过非法拦截者的破解。
5、信息隐藏不同于传统的加密信息隐藏不同于传统的加密信息隐藏不同于传统的加密，其目的不在于信息隐藏不同于传统的加密，其目的不在于限制正常的资料存取，而在于保证隐藏数据限制正常的资料存取，而在于保证隐藏数据不被侵犯和重视。不被侵犯和重视。 隐藏的数据量与隐藏的免疫力始终是一对矛隐藏的数据量与隐藏的免疫力始终是一对矛盾，目前还不存在一种完全满足这两种要求盾，目前还不存在一种完全满足这两种要求的隐藏方法。的隐藏方法。信息隐藏技术和传统的密码技术的区别在于信息隐藏技术和传统的密码技术的区别在于: :密码仅仅隐藏了信息的内容，而信息隐藏不密码仅仅隐藏了信息的内容，而信息隐藏不但隐藏了信息的内容而且隐藏了信息
6、的存在。但隐藏了信息的内容而且隐藏了信息的存在。信息隐藏技术提供了一种有别于加密的安全信息隐藏技术提供了一种有别于加密的安全模式。模式。信息加密和隐藏信息加密和隐藏(b)隐藏隐藏(c)隐密隐密信息隐藏技术原理信息隐藏技术原理藏头诗华夏之光，西部翘楚，都会雄风，市镇豪华夏之光，西部翘楚，都会雄风，市镇豪情，报业先锋。情，报业先锋。 谢客醉斟共杯潺，霆空无雨云自散。谢客醉斟共杯潺，霆空无雨云自散。 锋寒久别饮沙场，吟尽离骚盟风凉。锋寒久别饮沙场，吟尽离骚盟风凉。 谢霆锋谢霆锋 张弓不为步后羿，艺高何处不可取。张弓不为步后羿，艺高何处不可取。 谋筹生擒奥斯卡，力斩嘎纳金棕榈。谋筹生擒奥斯卡，力斩嘎纳
7、金棕榈。 张艺谋张艺谋 信息隐藏技术原理信息隐藏技术原理信息隐藏是集多门学科理论技术于一身的信息隐藏是集多门学科理论技术于一身的新兴技术领域，它利用人类感觉器官对数新兴技术领域，它利用人类感觉器官对数字信号的感觉冗余，将一个消息隐藏在另字信号的感觉冗余，将一个消息隐藏在另一个消息中。由于隐藏后外部表现的只是一个消息中。由于隐藏后外部表现的只是遮掩消息的外部特征，故并不改变遮掩消遮掩消息的外部特征，故并不改变遮掩消息的基本特征和使用价值息的基本特征和使用价值数字信息隐藏技术已成为信息科学领域研数字信息隐藏技术已成为信息科学领域研究的一个热点。被隐藏的秘密信息可以是究的一个热点。被隐藏的秘密信息可
8、以是文字、密码、图像、图形或声音，而作为文字、密码、图像、图形或声音，而作为宿主的公开信息可以是一般的文本文件、宿主的公开信息可以是一般的文本文件、数字图像、数字视频和数字音频等数字图像、数字视频和数字音频等信息隐藏技术原理信息隐藏技术原理我们把待隐藏的信息称为我们把待隐藏的信息称为秘密信息秘密信息(Secret Message)，它可以是版权信息或秘密数，它可以是版权信息或秘密数据，也可以是一个序列号；据，也可以是一个序列号；而公开信息则称为而公开信息则称为宿主信息宿主信息(Cover Message，也称载体信息，也称载体信息)，如视频、音，如视频、音频片段等。频片段等。信息隐藏技术原理信
9、息隐藏技术原理这种信息隐藏过程一般由密钥这种信息隐藏过程一般由密钥(Key)来控制，通来控制，通过过嵌入算法嵌入算法(Embedding Algorithm)将秘密信将秘密信息隐藏于公开信息中，而隐蔽宿主息隐藏于公开信息中，而隐蔽宿主(隐藏有秘密隐藏有秘密信息的公开信息信息的公开信息)则通过通信信道则通过通信信道(Communication Channel)传递，然后对方的传递，然后对方的检测器检测器(Detector)利用密钥从隐蔽宿主中恢复利用密钥从隐蔽宿主中恢复/检测出秘密信息。检测出秘密信息。编码器检测器隐蔽宿主秘密信息宿主信息秘密信息宿主信息密钥密钥信息隐藏技术原理信息隐藏技术原理信
10、息隐藏技术主要由下述两部分组成：信息隐藏技术主要由下述两部分组成：1.信息嵌入算法信息嵌入算法(编码器编码器)，它利用密钥来实它利用密钥来实现秘密信息的隐藏。现秘密信息的隐藏。2.隐蔽信息检测隐蔽信息检测/提取算法提取算法(检测器检测器)，它利用它利用密钥从隐蔽宿主中检测密钥从隐蔽宿主中检测/恢复出秘密信息。恢复出秘密信息。在密钥未知的前提下，第三者很难从隐蔽在密钥未知的前提下，第三者很难从隐蔽宿主中得到或删除，甚至发现秘密信息。宿主中得到或删除，甚至发现秘密信息。信息隐藏系统的特征信息隐藏系统的特征1.1.鲁棒性鲁棒性(Robustness(Robustness，健壮性或顽健性，健壮性或顽健
11、性) ) 鲁棒性指不因宿主文件的某种改动而导致隐鲁棒性指不因宿主文件的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力。藏信息丢失的能力。2.2.不可检测性不可检测性(Undetectability)(Undetectability) 不可检测性指隐蔽宿主与原始宿主具有一致不可检测性指隐蔽宿主与原始宿主具有一致的特性，如具有一致的统计噪声分布，以便使的特性，如具有一致的统计噪声分布，以便使非法拦截者无法判断是否藏有隐蔽信息。非法拦截者无法判断是否藏有隐蔽信息。3.3.透明性透明性(Invisibility)(Invisibility) 利用人类视觉系统或人类听觉系统的特性，利用人类视觉系统或人类听觉系统的特性
12、，经过一系列隐藏处理，使目标数据没有明显的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降质现象，而隐藏的数据却无法人为地看见或听见。听见。信息隐藏系统的特征信息隐藏系统的特征4.安全性安全性 隐藏的信息内容应是安全的，最好经过某种加密隐藏的信息内容应是安全的，最好经过某种加密后再隐藏，同时隐藏的具体位置也应是安全的，后再隐藏，同时隐藏的具体位置也应是安全的，至少不会因格式变换而遭到破坏。至少不会因格式变换而遭到破坏。5.自恢复性自恢复性 由于经过一些操作或变换后，可能会使原图产生由于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，就
13、能恢较大的破坏。如果只从留下的片段数据，就能恢复隐藏信息，而且恢复过程中不需要宿主信息，复隐藏信息，而且恢复过程中不需要宿主信息，这就是所谓的自恢复性。这就是所谓的自恢复性。7.可纠错性可纠错性 为了保证隐藏信息的完整性，使其在经过各种操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，通常采取纠错编码作和变换后仍能很好地恢复，通常采取纠错编码方法。方法。信息隐藏技术的主要分支与应用信息隐藏技术的主要分支与应用信息隐藏隐蔽信道隐写术匿名通信版权标志语言学中的隐写术技术上的隐写术鲁棒的版权标志易碎水印数字指纹数字水印不可见数字水印可见数字水印信息隐藏技术的主要分支与应用信息隐藏
14、技术的主要分支与应用隐蔽信道隐蔽信道由由Lampson定义为：在多级安全水平定义为：在多级安全水平的系统环境中的系统环境中(比如军事计算机系统比如军事计算机系统)，那些既不，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。称为隐蔽信道。匿名通信匿名通信就是寻找各种途径来隐藏通信消息的主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。体，即消息的发送者和接收者。Web应用强调接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收者的匿名性，而电子邮件用户们更关心发送者的匿名性。的匿名性。隐写术隐写术版权标志版权标志包括易碎
15、水印和数字指纹、数字水印两包括易碎水印和数字指纹、数字水印两种鲁棒的版权标志。种鲁棒的版权标志。内容内容6.1 6.1 信息隐藏技术概述信息隐藏技术概述6.2 6.2 数据隐写术数据隐写术6.3 6.3 数字水印数字水印 一个例子一个例子图是一棵树的照片，内含了隐蔽的图像。图是一棵树的照片，内含了隐蔽的图像。如果把每个颜色分量和数字如果把每个颜色分量和数字3 3进行逻辑与运算，进行逻辑与运算，再把亮度增强再把亮度增强8585倍，得到图。倍，得到图。数据隐写术数据隐写术根据嵌入算法，我们可以大致把隐写术分成以下六类：根据嵌入算法，我们可以大致把隐写术分成以下六类：1.替换系统替换系统：用秘密信息
16、替代隐蔽宿主的冗余部分。：用秘密信息替代隐蔽宿主的冗余部分。2.变换域技术变换域技术：在信号的变换域嵌入秘密信息：在信号的变换域嵌入秘密信息(如在如在频域频域)。3.扩展频谱技术扩展频谱技术：采用扩频通信的思想。：采用扩频通信的思想。4.统计方法：统计方法：通过更改伪装载体的若干统计特性对信通过更改伪装载体的若干统计特性对信息进行编码，并在提取过程中采用假设检验方法。息进行编码，并在提取过程中采用假设检验方法。5.失真技术：失真技术：通过信号失真来保存信息，在解码时测通过信号失真来保存信息，在解码时测量与原始载体的偏差量与原始载体的偏差6.载体生成方法：载体生成方法：对信息进行编码以生成用于秘密通对信息进行编码以生成用于秘密通信的伪装载体。信的伪装载体。替换系统替换系统最低比特位替换最低比特位替换LSB最早被开发出来的，也是使用最为广泛的最早被开发出来的，也是使用最为广泛的替换技术。黑白图像通常用替换技术。黑白图像通常用8个比特来表个比特来表示每一个像素示每一个像素(Pixel)的明亮程度，即灰阶的明亮程度，即灰阶值值(Gray-value)。彩色图像则用彩色图像则用3个字节来分别记录
