中国科学技术大学本科毕业论文目 录摘 要2Abstract3绪论4第一章、信息隐藏概述5第一节、信息隐藏基本概念5第二节、信息隐藏的研究内容和分类6第二章、信息隐藏相关知识8第一节、隐写系统基本模型8第二节、图像置乱变换9第三节、差错控制编码12第三章、基于最低有效位的图像信息隐藏技术15第一节、信息隐藏技术的基本原理15第二节、实现信息隐藏的流程17第三节、实验结果18第四章、信息隐藏方法的特点以及改进22第一节、信息隐藏方法的技术特点22第二节、嵌入位置问题22第三节、对抗压缩的图像信息隐藏方法24第五章、总结26参考文献28摘 要信息隐藏是一门新兴学科，是各国研究者所关注和研究的热点。其原理是利用载体中存在的冗余信息来隐藏秘密对象，以实现保密通信或者实现数字签名和认证。隐写术是信息隐藏的一个重要分支,时空域的隐写术算法简单 ，应用方便。本论文依据图像的视觉冗余特性研究时域的基于最低有效位的隐写方法。文章首先讨论了图像的置乱变换、差错控制编码等预处理方法，然后给出基于最低有效位的隐写方法的算法和流程，并且通过编程实现。最后进一步研究了数据嵌入的位置问题，并讨论了一种能对抗压缩的变换域信息隐藏方法。实验结果表明，该方法简单有效，能对抗被动攻击者，并能够实现无损恢复。关键词 信息隐藏 隐写术 时域AbstractInformation-Hiding is a new discipline and receives very much attention from the research community. It is to embed private messages in seemingly innocuous cover messages making use of the redundancy information. Steganography is an important part of information-hiding, and time domain techniques are simple and easy to use.This paper presents a steganographic technique making use of some last bits of an images pixel bytes based on the visual redundancy of the image. Firstly, the paper introduces some pretreatment methods to the hiding image including confusion transformation and fault control encoding. Secondly, it gives out the algorithm and experiment flow of the method. In the end of the paper we further research the position of the data to be embedded and discuss a transform domain technique to conquer compression attack. The results indicate that the method is simple and effective. With the method we can not only withstand passive attacks but can also get back the data without loss.Key Words Information-Hiding Steganography Time domain transformation绪 论信息隐藏作为一门新兴学科，是与密码术、多媒体技术、计算机网络紧密相关的交叉学科，在版权保护，保密通信等领域都具有广泛的应用价值。特别是在网络技术和多媒体技术迅速发展的今天，人们可以充分利用多媒体中存在的冗余信息作为隐藏消息的掩体信息，并将隐写信息通过计算机互联网络发送出去，使得信息隐藏的研究更具现实意义。隐写术作为信息隐藏的一个重要分支，已成为人们日益关心的个课题，同时也已开发出了大量向图像或音频文件中嵌入隐藏信息的程序。目前还不存在一套系统的理论来阐述隐写术在理论上的可行性和局限性，大多数隐写技术的研究仍然处于实验阶段，各种隐写程序的安全性能问题还有待实验的检验。本论文对时域的基于最低有效位的隐写方法进行了研究。首先对图像进行置乱变换、差错控制编码等预处理，然后给出基于最低有效位的隐写方法的算法和流程，参照实验结果讨论了该方法应该注意和改进的地方，最后根据实际需要阐述了该方法的局限性，同时简单介绍了一种变换域的信息隐藏方法。本文共分五章，各章的主要内容如下：【第一章】 介绍信息隐藏的概念以及研究的内容。【第二章】 讨论隐写系统基本模型以及图像的预处理。【第三章】 采用基于最低有效位的图像信息隐藏技术具体实现信息隐藏，并分析实验结果。【第四章】 对该方法进行改进和完善，并简单介绍能对抗压缩的变换域的信息隐藏方法。【第五章】 总结了本文所完成的工作，指出不足之处，并给出进一步研究的建议和方向。第一章 信息隐藏概述 第一节 信息隐藏基本概念一、信息隐藏的定义信息隐藏技术(Information Hiding)，是利用载体信息中具有随机特性的冗余部分，将重要信息嵌入载体信息之中，使其不被他人发现。在实际应用当中，随着网络技术和多媒体技术的迅速发展，存在冗余信息的载体非常丰富，这一点也在客观上增强了信息隐藏技术的可行性。一般情况下，人们对于信息的保密往往求助于密码术，而计算机软硬件技术的发展使得密码破译能力越来越强，这迫使人们对加密算法的强度提出越来越高的要求。在许多领域，密码术的应用已经越来越显现出它的局限性。由于密码术是利用随机性来对抗密码攻击的，而密文的随机性同时也暴露了消息的重要性，即使密码的强度足以使得攻击者无法破解出明文，但攻击者可以有足够的手段来对其进行破坏，从而使得消息无法被接收。密文容易引起攻击者注意是密码术的一个显著弱点。对于某些应用来说，仅仅对信息的内容加以保密是不够的。这样，对信息存在本身或信息存在位置的保密信息隐藏技术就日显重要。二、信息隐藏与密码术的比较与密码术相比较，二者具有相似的作用，即为消息传递双方提供机密性、完整性、可鉴别的解决方案。一般的理解，密码术是保密记录，而信息隐藏是隐蔽记录。为达到各自的目的，密码术的实质是通过对明文的各种变化，使得生成的密文不为局外人所理解，而信息隐藏则是通过将信息隐藏在其他消息之中使得未授权者无法发觉它的存在。由于密码术是以公开的方式传递密文，而不隐蔽秘密信息本身的存在，这使得被传送的消息很容易引起攻击者的注意，从而发起对密文的破译和对消息传递双方的攻击。而大多数信息隐藏技术则是以一种秘密的方式传递明文，这是因为隐蔽了消息的存在，对消息内容隐蔽的要求就减少了。但在实际应用中为了不改变掩体信息的统计特性或者增强信息的保密程度，通常也需要对隐藏信息进行某些预处理，而这种预处理通常包括采用某种加密算法。这种通过把信息存在本身隐藏起来的技术使得攻击者无从获得秘密信息的位置，与密码术是互为补充的关系，两者结合起来可以使得信息的保密程度大大增加。第二节 信息隐藏的研究内容和分类一、信息隐藏的研究内容目前信息隐藏是各国研究者所关注和研究的热点，涉及多方面的研究，应用广泛。比较有代表性的例子包括出于某种利益的隐蔽通信，保护作者合法权益的版权标记技术，以及军事上所需的低截获概率通信等，于是就产生了隐写术、数字水印、操作系统中隐通道、密码协议中阈下通道以及低截获概率通信等技术。大量文献表明，信息隐藏的研究内容集中于以下几个方面：1、版权标记技术近年由于计算机网络和多媒体技术的迅速发展，越来越多的文学和艺术工作者将自己的作品以数字形式进行存储和传输。然而，数字作品的便利性与不安全性是并存的，它可以低成本、高速度地被复制和传播，使得盗版者能利用这些条件进行侵权活动，因而，需要采取多种手段对数字作品进行保护、对侵权者进行惩罚。向数字作品中加入不易察觉但可以鉴别的版权标记是进行数字作品版权保护的一种有效技术手段，这种技术被称为版权标记技术，属于信息隐藏领域。2、计算机隐通道计算机系统中存在的安全漏洞也可以被用来秘密传输信息，这一技术被称为计算机系统中的隐通道技术。计算机系统的进程通信中有大量的数据流存在，在对可信计算机平台的评估中，无论是存储隐通道还是时域隐通道，隐通道是不可能被完全阻断的。要保证安全，就不可避免地要降低系统的带宽，因此必须折中考虑降低带宽对系统性能的影响。3、低截获概率通信低截获概率通信的研究现在已成为现代通信的重大课题，尤其在军事领域。20世纪50年代中期开始研究的扩频通信技术就是一种无线低截获概率通信。它将待传送的信息数据进行伪随机编码调制，实现频谱扩展后再传输，接收端则采用同样的编码进行解调获取信息。扩频通信把原本集中于较窄频段的待传送信息展宽到较宽频带，并可以在很低的信噪比下传送信息。因此，在不知道伪随机编码的情况下，截获低功率谱密度的扩频通信信息将是一件很困难的事情。4、隐写术隐写术(steganography)是信息隐藏技术的一个重要分支，可以在很多领域得到应用。在计算机领域应用隐写术的基本原理是利用信息中普遍存在的冗余性向其中嵌入秘密信息，从而达到隐蔽重要信息存在的目的。利用隐写技术将加密后的信息隐藏在无关紧要的信息中保存起来或发送出去，可以避免引起其他人的注意，是一种更为安全有效的信息保密方式。例如对于一幅256灰度等级（8 bit）的灰度图像，各像素最低几位的随机变化并不会造成人眼视觉上的差异，我们可以将有用数据嵌入到图像像素字节的最低几位中传送，这样就可以起到隐蔽通信的作用。本文介绍的方法正是基于该原理。二、信息隐藏方法的分类根据数据嵌入技术的不同可将信息隐藏分为时域数据隐藏和变换域数据隐藏。时域隐藏就是指将待嵌入信息嵌入掩体对象的时间域或空间域中，如对于一幅数字图像作品可以对像素值进行变换加以隐藏信息。变换域隐藏就是指将信息嵌入数字作品的变换域中，比较常见的变换技术有离散傅立叶变换、离散余弦变换(DCT)、哈达马变换、KL变换、小波变换、分形变换等。对于信息隐藏目前还没有通用的方法或技术，不同的信息隐藏方法有其不同的性能和特点，针对不同的应用有不同的效果，因此在考虑采用那种信息隐藏方法时要看具体的情况与要求。一般来说，频域隐藏方法稳健性良好，能够对抗多种攻击；而时域隐藏方法简单有效，信息隐藏量大。第二章 信息隐藏相关知识第一节 隐写系统的基本模型隐写术是将加密后的有效信息隐藏在无关紧要的信息中保存起来或发送出去，以避免引起其他人的注意，达到隐匿信息存在的目的。其内容涉及信息论、密码术、编码技术、数字信号处理等多学科。隐写术的基本模型如下图： 图2.1 隐写术的基本模型1、嵌入对象：希望被秘密保存的信息，也就是需要被隐藏在其他载体之中的对象。为了方便信息的嵌入，或者增强隐藏信息的抗攻击能力，而对嵌入对象在嵌入之前进行一定处理，称为嵌入对象的预处理。2、掩体