基于图像的信息隐藏与隐写分析技术研究

摘 要：信息隐藏和隐写分析技术在近些年取得了很大的进展，成为了信息安全领域的一个研究热点问题。信息隐藏是利用了人类的感觉器官对数字信号的感觉冗余，从而将一个信息隐藏在另外一个载体信息之中，但是并不影响载体信息的基本特征。而隐写分析则是为了检测、判断数字媒体中是否包含有隐藏信息。信息隐藏与隐写分析二者互为动力、相互制约构成了信息隐藏技术中的矛盾。本文主要阐述了信息隐藏的原理、技术以及经典算法，之后对其存在的问题及难点进行总结和展望。

关键词：信息隐藏；隐写分析；算法；研究

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 20-0000-01

随着计算机以及网络技术的高速发展，网络时代和数字时代己经拉开了帷幕，但同时也跟我们带来了很多问题。比如一些绝密的信息以及文件能否在互联网中安全传输；个人的隐私能否得到相应的保障；一些公司、企业的商业机密会不会被他人窃取；多媒体的版权维护问题等。信息安全得到了国内外各界的高度重视。

由此，一门新兴的学科——信息隐藏（Information Hiding）应运而生。它的主要原理是利用了人类的感觉器官对数字信号的冗余，从而把一个有用的消息（即隐秘信息）伪装隐藏在另外一个载体信息中，并且这个载体信息是可以公开的在信道里面传输的，隐秘之后就可以得到一个隐蔽载体，从而能够实现隐秘信息在信道中的隐蔽通信。在传送过程中，第三方很难知道一个看似普通信息中是否隐含了其他的隐秘信息，就算知道也很难将其提取出来。

信息隐藏技术目前主要包括两个方面：数字水印和信息隐写。数字水印主要是对数字媒体起标识以及版权保护作用；信息隐写则是将隐秘信息伪装隐藏于其它的载体信息中。很多地方将数字水印技术作为一个单独的分支拿出来做研究，同样本文对数字水印也不做过多研究。信息隐藏技术是一把双刃剑，一方面信息隐藏技术能够为政治、军事以及经济的机密信息在互联网中的传输提供可靠的保障，个人在公共网络中的安全和隐私也可以得到很好的保护；另一方面，也有可能被某些怀有不当目的的个人或者组织所利用，在网络中传播一些非法或破坏性的信息，从而对社会的公共安全以及国家安全造成了很大的危害。因此我们在学习、研究信息隐藏技术里这个“矛”的时候，也应该学习、研究其“盾”（隐写分析技术）。

一、信息隐藏技术

信息隐藏技术和传统的密码技术相比，相同点是二者都是为了保证隐秘信息的安全。不同的则是密码技术是对秘密信息进行特殊的编码从而形成了第三方不可识别的密文。信息隐藏是将秘密信息伪装隐藏于另外一个可以公开传递的载体信息之中，通过此载体信息在网络上传输来传递隐秘信息。传统密码技术由于密文是杂乱的，所以很容易被第三方辨认出来，这样的话第三方的目的就很明确了，一旦截获了密文，全力去破解即可。但是对信息隐藏技术来说，仅通过视觉无法判断出载体信息是否含有隐秘信息，因此面对互联网的海量信息，第三方在短时间内很难辨别出数字媒体是否包含有隐秘信息。因而跟传统的密码技术相比信息隐藏技术能更有效地保证隐秘信息的安全。信息隐藏技术模型如图1所示，隐秘信息通过密钥伪装隐藏到载体信息之中，然后通过公共信道传输给接收对象，接收对象接收到信息以后根据密钥就可以提取出想要得到的隐秘信息。在公共信道中，首先第三方很难察觉到载体信息中有隐秘信息，就算察觉到了，也很难提取出隐秘信息。

信息隐藏技术发展至今出现了许多经典的算法，在图像中嵌入隐秘信息的算法大致可以分为空域算法和变换域算法两种。空域方法包括使用LSB编码、用图像处理或压缩、变换算法对图像的属性进行修改。基本原理就是利用图像本身的冗余性和人眼对图像颜色或者灰度的分辨率的感官特性实现的信息隐藏。隐藏后并不改变载体图像的使用价值和基本特征，隐秘前后仅靠肉眼基本看不出图像差别。经典算法大概包括：最低有效位算法，调色板方法以及Patchwork算法。而对于变换域的隐藏方法主要是使用离散傅立叶变换（DFT），离散余弦变换（DCT）或者小波变换在图像中嵌入信息。变换可以基于整个图像，也可以对整个图像进行分块操作。经典算法大概包括：DFT变换域算法，DCT变换域算法以及DWT变换域算法。

二、隐写分析技术

自古有矛就有盾，隐写分析技术是指对被表明为正常的图像、音频、视频等多媒体信号进行检测，判断其中是否嵌有秘密信息，甚至只是指出媒体中是否存在秘密信息的可能性大小。它的基本原理是根据载体信息在隐写前后的统计特性的变化，从而能够分辨出载体信息是否包含有隐秘信息。一般原始图像的特性是比较连续、光滑的而且像素之间具有较高的相关性。而隐秘图像一般都是随机的比特流，而且与原始的载体信息之间相互独立，所以图像相邻像素之间的相关性将会大大降低。隐写分析技术从某种程度上说其实就是两类分类的模式识别问题，其关键是特征的选择，好的特征能较好的帮助我们判断出载体是否含有隐秘信息。

针对某种特定隐写术的隐写分析可分为空域分析和变换域分析。空域隐写分析主要攻击对象是空域LSB隐写算法，主要包括有EZStego，s-Tool等。经典的分析算法包括直方图分析法、x2分析法、RS分析法等。变换域隐写分析的主要攻击对象为DCT域隐写术，它包括有Jsteg、Outguess、F5以及MB等，变换域隐写分析主要思路是DCT系数在隐写前后特性会发生变化。通用隐写分析主要根据图像隐写前后总体或者局部统计特性的变化，然后选取统计特征向量进行训练，最后通过分类器进行有效分类。

三、总结和展望

综上所述，信息隐藏技术与隐写分析技术已成为了当下一个热点问题，应用于越来越多的领域，二者相互制约，相互促进。但是它们现在都还处在一个发展阶段，还有很多问题需要我们去解决。对隐写分析来说，现在有很多种方法可以检测出图像是否含有隐秘信息，但要估计出隐秘信息的长度，甚至提取出隐秘信息，现在仍然难以做到，这也将是以后研究工作的重点和难点。同时特征的选取，分类器的设计以及降维技术都还存在可以优化的空间。

参考文献：

[1]张淞，范明钰.EOBoB信息隐藏算法设计与实现[J].计算机应用研究.

[2]吴秋新，杨义先.信息隐藏技术——隐写术与数字水印[M].北京：人民邮电出版社，2001，9：3-8.