信息隱藏技術及應用領域研究

展鵬飛

（金航數碼科技有限責任公司（航空工業信息技術中心），北京 100020）

0 引言

隨著多媒體技術的不斷深入，多媒體技術已經深入大眾傳播的網絡中。同時，數字多媒體信息在互聯網上的傳播和傳輸越來越方便，網絡上各種信息的傳輸也越來越普遍。這些新技術使人們更加方便，但是會導致嚴重的安全問題，例如網絡病毒、軟件漏洞和非法竊取信息都對信息安全構成了嚴重威脅[1]。為了解決這些問題，信息隱藏技術是解決媒體信息安全的新方法，通過將隱秘信息隱藏在媒體信息中，很難被發現，保證網絡傳輸信息的安全性[2]。

1 信息隱藏技術概念及特征

1.1 信息隱藏技術概念

信息隱藏技術的原理是在載體中隱藏隱秘信息，并通過鑰匙提取隱秘信息，載體通常為圖像、文本、視頻、音頻等。信息隱藏技術可以保證別有用心的人很難發現或者提取隱秘信息[3]。當載體通過信道傳輸到接收器之后，接收器使用密鑰恢復隱藏的機密信息。圖1為信息隱藏系統模型，由4個主要部分組成：嵌入信息、提取信息、生成密鑰和隱藏分析。

圖1 信息隱藏通用模型

1.2 信息隱藏技術的特征

根據信息的隱藏目的和技術要求，具有以下特征。

（1）隱蔽性。

隱藏性是信息隱藏的基本要求，有兩個方面：一是對人體感覺系統的不可感知性，通過在信息隱藏過程之后不會顯著更改或降解載體，影響對載體信息的理解或引起視覺和聽覺方面的明顯變化，避免通過人類的感覺檢測到。二是計算機之類的分析系統的不可預測性，還存在暴露的風險，因為信息被隱藏而未被人類識別，這并不意味著分析系統無法檢測到該信息，這要求操作員在嵌入信息之前和之后盡量保持相同的特性，并且在計算機分析中不能確認信息是否被隱藏。

（2）安全性。

隱藏信息的內容是安全的，并且必須在加密后隱藏，即使第三方發現存在隱藏信息，沒有鑰匙也無法解密該信息。

（3）魯棒性。

魯棒性是指經過一系列處理或干擾后，載體中隱藏的信息不會被破壞，可以從中提取出完整的信息。這些處理和干擾包括重采樣、有損壓縮、模/數轉換、濾波、信道噪聲以及破壞信息的人為攻擊。

（4）自恢復性。

即使在銷毀數據之后，也需要能夠基于其余數據獨立于原始數據來還原原始隱藏數據。恢復損壞的數據非常重要，因為數據在傳輸、處理和轉換后將不可避免地被破壞。

（5）信息容量。

信息容量指運營商必須具有一定數量的能力來保存機密信息。這與載體本身的特性、信息隱藏算法有關，并且取決于對機密信息的隱藏和魯棒性的要求。隨著機密信息量的增加，對運營商自身信息的影響和損害不可避免地增加，這增加了暴露的風險，同時降低了隱藏信息的魯棒性。因此，在實際應用中，應該合理地選取隱蔽性、魯棒性和信息容量。

2 信息隱藏技術方法

信息隱藏技術主要包括以下幾種：數字水印、可視密碼、潛通道和隱匿協議。

2.1 數字水印

數字水印是信息隱藏常用到的技術之一，可以在不影響載體的價值的條件下，將隱秘信息嵌入載體中。其優點之一就是不易被人類感知系統察覺到。數字水印主要有兩種：空間數字水印和頻率數字水印。空間數字水印的原理是通過改變表示數字圖像顏色和調整數字圖像的視覺上無關緊要的像素來實現水印信息的表示。頻率數字水印的原理是根據時間頻率分析和擴散頻譜的特征選擇數字圖像頻率區域中視覺最敏感的部分，以使修改后的系數包含數字水印信息。

2.2 可視密碼技術

1994年，Naor和Shamar提出了可視密碼技術。可視密碼技術的優勢在于提取隱秘圖像時不需要復雜的密碼計算，可以根據人的視覺來區分。該方法制作n張無意義的膠卷，重疊其中的t張膠卷，能夠恢復其中隱藏的機密信息。此后，人們對這種加密技術進行了改進，主要的改進方法如下：這使得制作的n張膠片具有特定的含義并且具有迷惑性。

2.3 潛信道

1978年，Gustavus J Simmons提出了潛信道的概念，隨后進行了許多研究，其中潛信道是用于實現在公開信道中建立的秘密通信的信道。大多數數字簽名方案包括潛信道通信，最大特征是潛信道包含在數字簽名中，但是不影響數字簽名過程。

2.4 隱匿協議

隱匿協議的原理是通過分析一方的業務量來識別另一方，可以確保通信信道不被他人竊聽。隱秘通信通過在路由中使用多個加密層，保證路由的每一層處理不同的數據，可以使數據傳輸的路徑很難被察覺到。隱秘通信的應用領域比較廣泛，例如可以用于電子選舉和電子現金的解決方案，防止選民或者購買者的身份暴露。

3 信息隱藏技術應用領域

3.1 隱秘通信

信息隱藏技術可以用于隱秘通信，將機密數據隱藏到多媒體信息中，通過網絡進行發送，由于網絡數據比較龐大，因此機密信息很難被檢測到。信息隱藏技術與加密技術結合可以保證機密數據發送的安全性。第一，竊聽者不清楚機密信息的通信過程，不能在大量的多媒體信息中找到隱藏的數據；第二，數據嵌入進行加密，確保數據安全性。

3.2 數字作品的版權保護

隨著互聯網技術的發展，數字作品的形式各種各樣，包括數字圖書館、數字書籍出版、數字電視和數字新聞等。數字作品最重要的問題就是版權問題，數字水印技術可以很好地解決版權問題。數字水印以隱藏代碼的形式添加到數字作品中，數字水印可以通過代碼跟蹤非法傳播者。鑒于網絡上普遍存在的易于修改和易于復制的數字媒體的特點，信息隱藏技術可以將水印嵌入數字媒體中以保護版權。例如，為了追蹤非法源，保護所有者權益，可以使用數字水印控制復印件，防止無限復制和盜版。

3.3 保護數據的完整性與真實性

在法律、醫學、新聞和商業中應用數字媒體時，使用嵌入的水印來確定信息是否已被更改、偽造或經過特殊處理，以確定其完整性和真實性。例如，新聞采訪中拍攝的照片應加水印以免被更改；司法機構使用的數字媒體還可以提取水印，以識別真偽并確定其法律效力。

3.4 廣播監視

數字水印可以用于廣播監視，將未壓縮的視頻進行MPEG-2壓縮，使用安全密鑰嵌入水印。嵌入的水印可以識別原始廣播者和檢測非法復制的內容。韓國廣播公司技術研究所開發的水印系統可以保護數字電視內容的版權，其服務對象包括標清視頻（SMPTE 259M）、高清視頻（SMPTE 292 M）、DVD等媒體。標清視頻嵌入的水印是64位版權標識符，高清視頻嵌入的水印是128版權標識符，廣播監視要求數字水印要有較高的不可見性和較好的魯棒性，但是較高的不可察覺性要求水印強度低，較好的魯棒性要求水印強度高，因此同時保證不可察覺性和魯棒性，需要對水印強度進行折中考慮。

4 結語

隨著網絡技術飛快發展，信息安全問題越來越突出，對信息隱藏技術的研究就顯得格外重要，同時科學技術的發展與新技術的應用為信息隱藏技術奠定了技術基礎。通過將信息隱藏技術與加密技術結合，使信息的傳輸過程更加具有安全性。信息隱藏技術是跨多領域、學科的技術。隨著科學技術的發展，信息隱藏技術的研究會出現更多的新方法和新技術，具有更廣闊的發展空間。