基于圖像的信息隱藏與隱寫分析技術研究

摘 要：信息隱藏和隱寫分析技術在近些年取得了很大的進展，成為了信息安全領域的一個研究熱點問題。信息隱藏是利用了人類的感覺器官對數字信號的感覺冗余，從而將一個信息隱藏在另外一個載體信息之中，但是并不影響載體信息的基本特征。而隱寫分析則是為了檢測、判斷數字媒體中是否包含有隱藏信息。信息隱藏與隱寫分析二者互為動力、相互制約構成了信息隱藏技術中的矛盾。本文主要闡述了信息隱藏的原理、技術以及經典算法，之后對其存在的問題及難點進行總結和展望。

關鍵詞：信息隱藏；隱寫分析；算法；研究

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 20-0000-01

隨著計算機以及網絡技術的高速發(fā)展，網絡時代和數字時代己經拉開了帷幕，但同時也跟我們帶來了很多問題。比如一些絕密的信息以及文件能否在互聯網中安全傳輸；個人的隱私能否得到相應的保障；一些公司、企業(yè)的商業(yè)機密會不會被他人竊??；多媒體的版權維護問題等。信息安全得到了國內外各界的高度重視。

由此，一門新興的學科——信息隱藏（Information Hiding）應運而生。它的主要原理是利用了人類的感覺器官對數字信號的冗余，從而把一個有用的消息（即隱秘信息）偽裝隱藏在另外一個載體信息中，并且這個載體信息是可以公開的在信道里面?zhèn)鬏數模[秘之后就可以得到一個隱蔽載體，從而能夠實現隱秘信息在信道中的隱蔽通信。在傳送過程中，第三方很難知道一個看似普通信息中是否隱含了其他的隱秘信息，就算知道也很難將其提取出來。

信息隱藏技術目前主要包括兩個方面：數字水印和信息隱寫。數字水印主要是對數字媒體起標識以及版權保護作用；信息隱寫則是將隱秘信息偽裝隱藏于其它的載體信息中。很多地方將數字水印技術作為一個單獨的分支拿出來做研究，同樣本文對數字水印也不做過多研究。信息隱藏技術是一把雙刃劍，一方面信息隱藏技術能夠為政治、軍事以及經濟的機密信息在互聯網中的傳輸提供可靠的保障，個人在公共網絡中的安全和隱私也可以得到很好的保護；另一方面，也有可能被某些懷有不當目的的個人或者組織所利用，在網絡中傳播一些非法或破壞性的信息，從而對社會的公共安全以及國家安全造成了很大的危害。因此我們在學習、研究信息隱藏技術里這個“矛”的時候，也應該學習、研究其“盾”（隱寫分析技術）。

一、信息隱藏技術

信息隱藏技術和傳統(tǒng)的密碼技術相比，相同點是二者都是為了保證隱秘信息的安全。不同的則是密碼技術是對秘密信息進行特殊的編碼從而形成了第三方不可識別的密文。信息隱藏是將秘密信息偽裝隱藏于另外一個可以公開傳遞的載體信息之中，通過此載體信息在網絡上傳輸來傳遞隱秘信息。傳統(tǒng)密碼技術由于密文是雜亂的，所以很容易被第三方辨認出來，這樣的話第三方的目的就很明確了，一旦截獲了密文，全力去破解即可。但是對信息隱藏技術來說，僅通過視覺無法判斷出載體信息是否含有隱秘信息，因此面對互聯網的海量信息，第三方在短時間內很難辨別出數字媒體是否包含有隱秘信息。因而跟傳統(tǒng)的密碼技術相比信息隱藏技術能更有效地保證隱秘信息的安全。信息隱藏技術模型如圖1所示，隱秘信息通過密鑰偽裝隱藏到載體信息之中，然后通過公共信道傳輸給接收對象，接收對象接收到信息以后根據密鑰就可以提取出想要得到的隱秘信息。在公共信道中，首先第三方很難察覺到載體信息中有隱秘信息，就算察覺到了，也很難提取出隱秘信息。

信息隱藏技術發(fā)展至今出現了許多經典的算法，在圖像中嵌入隱秘信息的算法大致可以分為空域算法和變換域算法兩種?？沼蚍椒òㄊ褂肔SB編碼、用圖像處理或壓縮、變換算法對圖像的屬性進行修改?；驹砭褪抢脠D像本身的冗余性和人眼對圖像顏色或者灰度的分辨率的感官特性實現的信息隱藏。隱藏后并不改變載體圖像的使用價值和基本特征，隱秘前后僅靠肉眼基本看不出圖像差別。經典算法大概包括：最低有效位算法，調色板方法以及Patchwork算法。而對于變換域的隱藏方法主要是使用離散傅立葉變換（DFT），離散余弦變換（DCT）或者小波變換在圖像中嵌入信息。變換可以基于整個圖像，也可以對整個圖像進行分塊操作。經典算法大概包括：DFT變換域算法，DCT變換域算法以及DWT變換域算法。

二、隱寫分析技術

自古有矛就有盾，隱寫分析技術是指對被表明為正常的圖像、音頻、視頻等多媒體信號進行檢測，判斷其中是否嵌有秘密信息，甚至只是指出媒體中是否存在秘密信息的可能性大小。它的基本原理是根據載體信息在隱寫前后的統(tǒng)計特性的變化，從而能夠分辨出載體信息是否包含有隱秘信息。一般原始圖像的特性是比較連續(xù)、光滑的而且像素之間具有較高的相關性。而隱秘圖像一般都是隨機的比特流，而且與原始的載體信息之間相互獨立，所以圖像相鄰像素之間的相關性將會大大降低。隱寫分析技術從某種程度上說其實就是兩類分類的模式識別問題，其關鍵是特征的選擇，好的特征能較好的幫助我們判斷出載體是否含有隱秘信息。

針對某種特定隱寫術的隱寫分析可分為空域分析和變換域分析?？沼螂[寫分析主要攻擊對象是空域LSB隱寫算法，主要包括有EZStego，s-Tool等。經典的分析算法包括直方圖分析法、x2分析法、RS分析法等。變換域隱寫分析的主要攻擊對象為DCT域隱寫術，它包括有Jsteg、Outguess、F5以及MB等，變換域隱寫分析主要思路是DCT系數在隱寫前后特性會發(fā)生變化。通用隱寫分析主要根據圖像隱寫前后總體或者局部統(tǒng)計特性的變化，然后選取統(tǒng)計特征向量進行訓練，最后通過分類器進行有效分類。

三、總結和展望

綜上所述，信息隱藏技術與隱寫分析技術已成為了當下一個熱點問題，應用于越來越多的領域，二者相互制約，相互促進。但是它們現在都還處在一個發(fā)展階段，還有很多問題需要我們去解決。對隱寫分析來說，現在有很多種方法可以檢測出圖像是否含有隱秘信息，但要估計出隱秘信息的長度，甚至提取出隱秘信息，現在仍然難以做到，這也將是以后研究工作的重點和難點。同時特征的選取，分類器的設計以及降維技術都還存在可以優(yōu)化的空間。

參考文獻：

[1]張淞，范明鈺.EOBoB信息隱藏算法設計與實現[J].計算機應用研究.

[2]吳秋新，楊義先.信息隱藏技術——隱寫術與數字水印[M].北京：人民郵電出版社，2001，9：3-8.