信息隐藏技术综述—

本文为2017年十一月做的关于信息隐藏技术的PPT汇报的配套讲稿，相关参考资料已上传至

（http://download.csdn.net/download/sir_chai/10104787）

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1996 年 5 月30 日，在英国的剑桥牛顿研究所召开了第一届国际信息隐藏学术研讨会(First In-ternationalWorkshop on Information Hiding)，标志着这门新兴的交叉学科的正式诞生

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1、信息隐藏技术研究背景 2、基本原理 3、研究现状及应用 4、简述隐写分析技术 5、结论

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1、信息隐藏研究背景

目前网络安全管理普遍是“严防死堵，物理隔离”的思路，这是上个世纪的基于通道安全形成的管理思路，已经严重滞后于时代发展。网络世界的攻防是严重不对等的，网络安全的防护难度极大。举个例子：就如我们为了不让别人看到院子里的花，就需要修一堵墙，修墙的工作量非常大，但是在墙上打个小孔、或在墙外树一个梯子等是极其容易的，且手段多样。所以攻击相对很容易成功，防守却难度极大。

现在网络安全进入”你中有我，我中有你“的新常态，在这种状态下怎么保护自身的数据安全呢？高维数据在国内率先提出“关注疏通，疏治同步”的管理思路。网络安全所有的措施最终是为了保护什么呢？----是数据！单位的机密数据、企业的商业数据、个人的数据和隐私等。那能不能在传统的通道安全的基础上，把更多的关注重点放到数据本身上。

先说目前数据安全与隐私保护的技术现状，目前传统的信息安全主要是围绕加密技术及体系完成的。首先加密技术是一种值得信赖的内容安全手段，能非常有效的解决数据安全问题，目前已经形成了完善的体系与管理办法。加密技术历史悠久，但是进入移动互联网、大数据时代，传统的加密技术暴露出不足，出现了bug，加密数据是异常数据，容易成为数据分析挖掘的重点目标！

大家觉得第三方主要是对你加密的重要内容感兴趣！对于第三方来说，获取加密数据的主要目是通过这些异常数据聚焦到使用加密技术的人，然后通过大数据技术对目标人进行分析，找出社交关系、网络痕迹等，最后找到目标人的团队和组织。其次关注的才是被加密的数据。对于安全/保密等重点行业用户来说，被关注和深度挖掘是“致命的”！

有没有技术既能实现象5%的加密数据那样内容安全，又能实现象95%的普通数据那样不被关注呢？我与大家分享一种古老的新技术：信息隐写技术（信息隐藏技术）！”信息隐藏技术其实自古就有，如古代剃光头后写上军事机密，等长出头发后传递信息，接收时剃光头发看到机密。在计算机时代，信息伪装不仅要让人眼无法分辨，而且要实现对抗计算机视觉识别。比如：信息隐藏技术帮助用户把各种格式的重要数据，隐藏在普通的多媒体文件里（如图片、音视频、pdf等），用户通过本地存储或网络分享含有重要私密数据的普通多媒体文件来实现重要数据和个人隐私信息的存储或分享。而存储和分享这些普通的多媒体文件（如图片、音视频、pdf等）是几乎所有人都在做的普通行为，所以这种行为不容易被关注的。”

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2、基本原理

信息隐藏是把一个有意义的信息隐藏在另一个称为公开载体(Cover) 的信息中得到隐蔽载体 S(Stego Cover)，非法者不知道这个普通信息中是否隐藏了其他的信息，而且即使知道也难以提取或去除隐藏的信息。所用的载体可以是文本、图像、声音及视频等。为增加攻击的难度，也可以把加密与信息隐藏技术结合起来，即先对消息 M 加密得到密文消息 M'，再把 M'隐藏到载体 C 中。这样攻击者要想获得消息，就首先要检测到消息的存在，并知道如何从隐蔽的载体 S 中提取 M'及如何对 M'解密以恢复消息 M。

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3、研究现状及应用

信息隐藏的主要方法包括在时间域、空间域、变换域的隐藏，另外还有基于文件格式和载体生成技术的隐藏 [7~11] 。目前研究得最多和最深入的是在静止图像中的隐藏，一方面是由于图像具有较大的冗余空间来隐藏信息，另一方面图像处理工具较多且隐藏效果很直观。

在图像中的信息隐藏方法主要有：位平面替换、基于调色板的隐藏、DCT 域隐藏、小波域隐藏、图像变形技术等，另外还有基于视觉掩蔽效应的隐藏。以位平面为代表的空间域信息隐藏技术具有容量大、处理简单的优点，但是隐藏信息抵抗各种处理（如滤波、压缩等）的能力比较弱。而以 DCT 域隐藏为代表的基于变换域隐藏的特点是，隐藏信息的安全性比较强，能够抵抗各种压缩处理，但是隐藏的数据容量有限。

视频信号可以看成是一帧一帧的静止图像组成的视频流。这样的原始视频流的数据量很大，因此一般都是以视频压缩的方式来保存。视频的信息隐藏一般分为三种，一种是在原始视频流中隐藏信息，可以直接使用静止图像的隐藏算法，但是处理的数据量很大，并且抵抗压缩的能力较弱。第二种是在 MPEG2 视频压缩算法中嵌入隐藏算法，在压缩的同时进行信息隐藏。第三种是在压缩后的视频信号中进行隐藏，这类算法对视频质量影响不大，稳健性好，但是可以隐藏的数据量不大。

声音信号中的信息隐藏又不同于图像和视频，声音信号的特点是，采样的低电平对听觉影响较大，并且采样点间具有相关性，并且还可以利用人耳对某些声音频段的不敏感性以及对相位的不敏感性来进行信息的隐藏。在声音中的信息隐藏算法主要包括在时域、频域和压缩域中的信息隐藏，具体来讲有在时域中的回声隐藏、在 DFT 中的相位隐藏、在 DWT 中的频域隐藏、还有利用听觉掩蔽效应的弱音隐藏等算法。在声音中隐藏信息的难点在于，一方面人的听觉比视觉更敏感，因此对隐藏算法的健壮性要求更高。另一方面，对声音信号的评价还没有一个比较有效的标准。

文本信号中的信息隐藏主要分为两大类，一类算法是通过调整文本的行间距、字间距来隐藏信息，另一类算法则是利用载体生成技术，将一段要隐藏的机密信息通过一个文本生成器，产生一段有意义的文本。文本信号中存在的冗余度很小，因此在文本中隐藏信息是一个较困难的问题，并且隐藏信息的稳健性还有待进一步提高。

数字水印是向多媒体数据（如图像、声音、视频信号等）中添加某些数字信息以达到版权保护等作用。如果没有稳健性的要求，水印与信息隐藏技术的处理本质上是完全一致的。

数字指纹是在数字产品的每一份拷贝中加入一个唯一的标志，通过这样的标志，可以区分一个数字产品所售出的每一份拷贝。

叠像术是由可视化密码技术发展而来的一种新的信息伪装技术。可视密码术的思想是把要隐藏的机密信息通过算法隐藏到两个或多个子密钥图片中。而若把所有的图片叠加在一起，则能恢复出原有的机密信息。

潜信道又名隐信道，顾名思义，就是指普通人感觉不到此种信道的存在，从而“黑客”可以利用这些感觉不到而又真实存在的信道来传送（或存储）机密信息。潜信道的种类很多，有些潜信道是设计者有意打下的埋伏，有些潜信道则是无意之中构建的。滥用文件名，数据链路层中数据帧的未使用部分、IP 包的时间戳部分等都可以被巧妙地用来传递信息。接入控制机制中的漏洞、收发双方存在的共享资源、特洛伊木马等都可以用来构造各种各样的潜信道。

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*数字水印*

（1）数字水印的原理特点

所谓数字水印技术，就是将特定的数字信息（如身份信息、序列号、文字或图像标志等）嵌入到图像、音频、视频或软件等各种数字产品中，以达到信息安全和版权保护等目的。数字水印是嵌在数字作品中的数字信号，水印的存在要以不破坏原始作品的欣赏价值和使用价值为原则。一般来说，数字水印应具有以下的基本特征：隐蔽性、安全性、鲁棒性、确定性。

（2）数字水印的算法结构

数字水印算法一般包括两个方面：水印的嵌入和水印的提取（或检测）。

Fig.1 数字水印嵌入过程

Fig.2 数字水印提取过程

（3）数字水印所面临的攻击

水印攻击与鲁棒性可以说是一对矛盾。要设计出鲁棒性的水印算法，必须先研究水印攻击的方法。目前的文献已经陆续描述了很多水印攻击方法。下面以攻击嵌入图像中的水印为例，介绍3类主要的水印攻击方法：

几何攻击：通过对水印作品进行某种处理，削弱，破坏嵌入的水印或者使水印检测器检测不出实际还存在的水印。这些攻击方法包括叠加噪声、滤波、剪切、平移、旋转、缩放、JPEG或JPEG2000有损压缩等。能否抵御此类攻击是目前绝大多数水印算法性能评价的首要目标。

伪造攻击：即试图通过伪装原始数字作品和原始水印来迷惑版权保护。如攻击者并没有除去水印，而是在待检测作品中嵌入了他自己的水印，从而导致所有权的争议。此类攻击实际上使水印的版权保护功能受到了挑战。

共谋攻击：指利用一副作品的多个加了不同水印的版本，生成一个原作品的近似，从而将水印除去。最简单的实现是假设嵌入的水印服从平均分布，利用统计或平均的方法来计算近似作品。

（4）数字水印的分类研究现状

数字水印根据嵌入方法的不同可分为两大类：空域水印和变换域水印，较早的水印算法从本质上来说都是空域上的，水印直接加载在原始载体作品的数据上。空域水印最典型的算法就是最低有效位方法（LSB）。基于变换域的技术是先将作品做某种变换，然后把水印嵌入到作品的变换域中（如DCT域、DWT域等）。从目前的状况看，变换域方法正变得日益普遍并以小波变换的水印算法研究最热。相对于空域方法而言，变换域方法通常都具有更好的鲁棒性。

（5）数字水印的应用现状与前景

版权保护、认证与防伪、隐式注解、隐秘通信

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4、简述隐写分析技术

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5、结论与展望

u通信、模式识别和信息安全等领域的研究人员从不同的研究角度对信息隐藏技术进行探索，形成了百花齐放百家争鸣的局面。

u许多问题如鲁棒性、真伪鉴别、版权证明、音频、视频及软件水印等方面仍需比较完美的解决方案。

20180312

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