BMP 图像信息隐藏及检测

实验原理

针对文件结构的信息隐藏方法需详细掌握文件的格式，利用文件结构块之间的关系或根据块数据和块大小之间的关系来隐藏信息。

BMP（Bitmap-File）图形文件是Windows采用的常见图形文件格式，要利用BMP位图进行信息隐藏首先需要详细了解BMP文件的格式，BMP图像文件结构比较单一而且固定，BMP图像由文件头、信息头、调色板区和数据区四个部分组成，而24位真彩色图像中没有调色板信息。24位真彩色BMP位图文件包括 3 部分。第一部分是BMP文件头。前2个字节是“BM”，是用于识别BMP文件的标志；第3-6字节存放的是位图文件的大小，以字节为单位；第7-10字节是保留的，必须为0；第11-14字节给出位图阵列相对于文件头的偏移，在24位真彩色图像中，这个值固定为54；19-22表示的是图像文件的宽度，以像素为单位；23-26表示的是图像文件的高度，以像素为单位。第二部分是位图信息头。从第29个字节开始，第29~30字节描述的是像素的位数，24位真彩色位图。该位的值为0x18；第三部分是数据区。从第55个字节开始，每3个字节表示一个像素，这3个字节依次表示该像素的红、绿、蓝亮度分量值。

在不影响图像正常显示情况下，可使用以下四种方法在24位真彩色BMP图像中隐藏信息：
（1）在图像文件尾部添加任意长度的数据，秘密信息存放在文件尾部可以减少修改文件头的数据量，仅需修改文件头中文件长度的值即可。
（2）在调色板或者位图信息头和实际的图像数据之间隐藏数据，如果将秘密数据放在文件头与图像数据之间，则至少需要修改文件头中文件长度、数据起始偏移地址这两个域的值。 
（3）修改文件头和信息头中的保留字段隐藏信息。
（4）在图像像素区利用图像宽度字节必须是4的倍数的特点，在补足位处隐藏数据。

实验记录

（1）在实际的图像数据后隐藏信息
待隐藏的秘密信息文件名称为hidden.txt、baboon.bmp为载体图像，将载体和秘密信息放置在同一目录下，在 windows 的命令行模式下执行命令：

Copy baboon.bmp /b+hidden.txt /a baboonl.bmp

其中参数/b指定以二进制格式复制、合并文件，参数/a以ASCII格式复制、合并文件。将baboon.bmp 和 hidden.txt文件进行合并，并生成新的文件baboon1.bm，浏览原图像和合成后的图像，几乎完全相同
将两张图片分别放入UltraEdit中，查看图片信息如下：

如图所示，看到合并后的图片中隐藏了hidden.txt中的内容
隐写代码：

clc;
clear;
fid=fopen('baboon.bmp ','r');
%读入载体图像文件
[a,length]=fread(fid,inf,'uint8');
%length 是文件的实际长度
fclose(fid);
fid=fopen('baboon.bmp','r');
status=fseek(fid,2,'bof');
fileb=fread(fid,4,'uint8');
filelength=fileb(1)*1+fileb(2)*256+fileb(3)*256^2+fileb(4)*256^3
%文件图像中保存的文件长度
diff=length-filelength;
%diff 表示隐藏的信息长度如果相同，表示图像没有隐藏任何信息。
fclose(fid);

将红字部分分别写为baboon.bmp和baboonl.bmp，观察工作区如图所示

上图为baboon.bmp，下图为baboonl.bmp
由此，可观察到合并后的工作区中diff值为6，说明隐藏了6个字节，因此，要在图像中隐藏信息，需修改图像文件长度，即修改第3~6字节，在UltraEdit中手工将第三个字节由原来的0x66（十进制的102）变为0x6d（十进制的109），保存后再运行代码，查看baboonl1.bmp.bak的工作区diff=0

表示图像隐藏并修改文件的长度后，通过该种方法无法发现图像中是否隐藏信息，同时使用图像查看工具打开图像文件，发现图像在视觉上和原图像没有任何差别

（2）文件头与图像数据之间隐藏信息
修改图像数据的偏移量和图像数据的文件长度代码：

clc;
clear;
wm=randsrc(1,300, [0 1]);% 产生随机水印
fid=fopen('baboon.bmp','r'); %读入载体图像文件
[a,length]=fread(fid,inf,'uint8');
fclose(fid);
msgfid=fopen('hidden.txt','r');%打开秘密文件
[msg,count]=fread(msgfid);
fclose(msgfid);
wa=a;
j=1;
wa(11)=54+count; %修改文件偏移
wa(3)=wa(3)+count; % 修改文件大小
for i=55:60（54+隐藏字节）wa(i)=uint8(msg(j,1));%隐藏密码信息      j=j+1;
end
for i=55:lengthwa(i+6)=a(i);
end
figure;
wa=uint8(wa);
fid=fopen('watermarked.bmp', 'wb');
fwrite(fid,wa);
fclose(fid);
imshow('watermarked.bmp');

运行后观察图片，几乎看不出差别

在UltraEdit中打开watermarked.bmp，看到hidden.txt中的内容出现在头部，信息隐藏成功

（3）BMP 图像文件隐藏信息的检测
在 BMP 图像中隐藏信息的时候一般都是通过修改文件的偏移量和图像文件中图像的长度来隐藏信息，但在 BMP 图像文件中，file length = biwidth * biBytecount * biHeight + bfoffBits，其中biwidth，biheight表示图像文件的宽度和高度，bfoffBits 表示文件头到实际位图图像数据之间的偏移量。
检测代码：

clc;
clear;
wm=randsrc(1,300, [0 1]); % 产生随机水印信息
fid=fopen('watermarked.bmp','r'); %读入载体图像文件
[a,length]=fread(fid,inf,'uint8');
status=fseek(fid,2,'bof');
fileb=fread(fid,4,'uint8');
filelength=fileb(1)*1+fileb(2)*256+fileb(3)*256^2+fileb(4)*256^3  %文件图像的理论长度
status=fseek(fid,18,'bof');
b=fread(fid,4,'uint8');
biwidth=b(1)*1+b(2)*256+b(3)*256^2+b(4)*256^3
status=fseek(fid,22,'bof');
b=fread(fid,4,'uint8');
biHeight=b(1)*1+b(2)*256+b(3)*256^2+b(4)*256^3;
bfoffbits=54;%偏移量
biBytecount=3;%24 位真彩色图像为 3
fclose(fid);
diff=length-filelength; %diff表示隐藏的信息长度如果相同，表示没有隐藏任何信息

将红色部分分别改为baboon.bmp和watermarked.bmp，查看工作区

上图为原图像，下图为修改后图像，看到其中diff值都为0，说明修改偏移量成功

（4）在图像文件头和信息头的保留字段中隐藏信息
BMP 图像文件中有很多从不使用的保留字节，如 7、8、9、10 字节是保留的，必须为 0，可在第 7、 8、9、10 字节隐藏秘密信息。
隐写代码：

clc;
clear;
fid=fopen('baboon.bmp','r'); %读入载体图像文件
[a,length]=fread(fid,inf,'uint8');
fclose(fid);
wa=a;
%在 BMP 的 7、8、9保留字中隐藏秘密信息 SMY,ASCII 值为 0x53, 0x4D, 0x59
wa(7)=83;
wa(8)=77;
wa(9)=89;
figure;
wa=uint8(wa);
fid=fopen('watermarked.bmp', 'wb');
fwrite(fid,wa);
fclose(fid);
imshow('watermarked.bmp');

在UltraEdit中打开watermarked.bmp，看到第一行有隐藏的信息SMY，隐藏成功

（5）扩展实验，使用LSB在bmp中隐写txt文本信息，并读取
将bmp图片转换为灰度图片代码：

RGB = imread('baboon.bmp');
grey1 = rgb2gray(RGB);
figure
imshow(grey1)

看到图片变灰

写入代码：

Double_Picture=grey1;
Double_Picture=double(Double_Picture);
%将图像转换为二进制
id=fopen('hidden.txt','r'); %读取秘密信息文件
[msg,len]=fread(id,'ubit1');
[m,n]=size(Double_Picture);
p=1; %p为秘密信息的位计数器
for f2=1:nfor f1=1:mDouble_Picture(f1,f2) =Double_Picture(f1,f2)-mod(Double_Picture(f1,f2),2)+msg(p,1);%将秘密信息按位隐藏人连续的像素中if p==lenbreak;endp=p+1;endif p==lenbreak;end
end
Double_Picture=uint8(Double_Picture);
imwrite(Double_Picture,'baboonout.bmp'); %生成秘密信息
imshow(Double_Picture);

写入后查看图片看到图片与原图几乎一样

读取图片中的txt文本信息，并将文本信息写入新建的hidden1.txt文本文件
读取信息代码：

Picture=imread('baboonout.jpg'); %读人隐秘信息的图像
Picture=double(Picture);
[m,n]=size(Picture);
frr=fopen('hidden1.txt','a');
len=8;%设定隐秘信息长度
p=1;
for f2=1:nfor f1=1:mif bitand(Picture(f1,f2),1)==1%顺序提取图像相应像素LSB的秘密信息fwrite(frr,1,'bit1');result(p,1)=1;elsefwrite(frr,0,'bit1');result(p,1)=0;endif p==len%判断秘密信息是否读完break;endp=p+1;endif p==lenbreak;end
end
fclose(frr);

分别查看hidden.txt和hidden1.txt

看到文本文件内容相同，说明LSB隐写成功