第5章 信息隐藏技术.doc

第5章信息隐藏技术
概述

1. 历史回顾
古代隐写术从应用上可以分为:技术性隐写术,语言学中的隐写术以及应用于版权保护的隐写术。
技术性隐写术
语言学中的隐写术
用于版权保护的隐写术
2. 现代隐写术的变迁

信息隐藏(information hiding),也叫数据隐藏(data hiding)。简单的说,信息隐藏就是将秘密信息隐藏于另一非保密的载体之中。这里的载体可以是图像、音频、视频、文本,也可以是信道,甚至是某套编码体制或整个系统。
信息之所以能够隐藏在多媒体数据中主要是基于两个事实。其一,多媒体信息本身存在很大的冗余性。从信息论的角度看,未压缩的多媒体信息的编码效率是很低的,所以将这些机密信息嵌入到多媒体信息中进行秘密传送是完全可行的,并不会影响到多媒体信息本身的传送和使用。其二,人类的听觉和视觉系统都有一定的掩蔽效应。人们可以充分利用这种掩蔽性将信息隐藏而不被察觉。
信息隐藏不同于传统的信息加密。加密码技术主要是研究如何把机密信息进行特殊编码,形成不可识别的秘文进行传输;而信息隐藏主要是研究如何将机密信息秘密的藏于另一公开的载体中,然后通过公开载体的传输来传递机密信息。对于加密通信而言,可能的监测者或非法拦截者可通过截取密文,并对其进行破译,或将密文进行破坏后再发送,从而影响机密信息的安全;但对信息隐藏而言,可能的监测者或非法拦截者则难以从公开载体中判断机密信息是否存在,难以截获机密信息,从而保证机密信息的安全。为了增加破译的难度,也可以把加密技术和信息隐藏技术结合,即先对嵌入对象进行加密得到密文,再把密文隐藏到载体对象中。
信息隐藏技术的特点和要求
信息隐藏的目的不在于限制正常的资料存取,而在于保证隐藏数据不被侵犯和发现。因此,信息隐藏技术必须使机密信息对正常的数据操作具有免疫能力。这种免疫力的关键是必须使隐藏信息不易被正常的数据操作(如信号变换或数据压缩)所破坏。成功的信息隐藏通常需要满足以下技术要求:
(invisibility)或不可感知性(imperceptibility):指载体在隐藏信息前后没有明显的差别,除非使用特殊手段,否则无法感知机密信息的存在。当然,个别场合也需要可见水印。
(robustness):指隐藏对象抗拒常用的信号处理操作而带来的信息破坏能力。也就是说常用的信号处理操作不应该引起隐藏对象的信息丢失。这里的信号处理操作包括滤波、有损压缩、打印、扫描、几何变换、D/A或A/D转换等等。
(security):指隐藏算法具有较强的抗恶意攻击能力,即它必须能够承受一定程度的人为攻击,而使嵌入对象不被破坏。此外,与信息加密一样,信息隐藏技术最终也需要把对信息的保护转化为对密钥的保护。因此,密码学中对密钥的基本要求也适用于隐藏技术。在设计一个信息隐藏系统时,密钥的产生、发放、管理等也必须综合考虑。
(undetectability):指隐藏对象与载体对象需要有一致的特性,例如具有一致的噪声统计分布等,以便使隐藏分析者无法判断隐藏对象中是否隐藏有嵌入对象。
:经过某些操作或变换后,可能会使隐藏对象产生较大的破坏。如果只从留下的片断数据,仍能恢复嵌入信号,而且恢复过程不需要载体信号,这就是所谓的自恢复性。当然,并不是所有场合都需要自恢复性。
(信息量):载体中应能隐藏尽可能多的信息。在满足不可感知的条件下,隐藏的信息越多,鲁棒性就越差。因此,在具体的隐藏系统中通常都会涉及到不可感知性、鲁棒性和嵌入强度随三者之间的折中。
信息隐藏的主要分支
按信息隐藏技术的应用目的和载体对象不同,信息隐藏可分为许多分支。下面对几个主要分支作简单介绍。

隐写术(steganogeaphy)这个术语来自希腊词汇steganos和graphia,前者的含义是“秘密的”,后者的含义是“书写”。隐写术是一种隐蔽通信技术,其主要目的是将重要的信息隐藏起来,以便不引起人注意地进行传输和存储。隐写术在其发展过程中逐渐形成了两大分支,即语义隐写和技术隐写。
语义隐写术利用了语言文字自身及其修辞方面的知识和技巧,通过对原文按照一定规则进行重新排列或剪裁,从而隐藏和提取密文。语义隐写术包括符号码、隐语以及虚字密码等。所谓符号码是指一次非书面形式的秘密通信。例如,第二次世界大战中,有人曾经利用一幅关于圣安东尼奥河的画传递了一封密信。画中的圣安东尼奥河畔长了许多小草,而小草的叶子的长短是根据一种编码画出来的。长叶代表莫尔斯电码的划线,短叶代表莫尔斯电码的圆点。得到这幅画的人利用电码本很容易就得到了信的内容。这是符号码成功应用的