如何隐藏应用

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信息隐藏技术及应用

1什么是信息隐藏

信息隐藏(InformatiOnHiding)：主要研究如何将*一

信息秘密(SecretMessage)隐藏于另一公开的信息(载体、

宿主)中，然后通过公开信息的传输来传递信息。第三方则

难以从公开信息中判断信息是否存在，难以截获信息，从而

能保证信息的平安。信息隐藏学是一门新兴的穿插学科，在

计算机、通讯、学等领域有着广阔的应用前景。

信息隐藏是上世纪90年代开场兴起的信息平安新技术，

并成为信息平安技术研究的热点；传统通信领域为了保证传

递的信息能够不被窃听或破坏，常采用密码来保护信息，即

让窃听者无法看到或听懂，但是这种技术的缺点是告诉窃听

者这就是秘密信息，特别是随着计算机技术的开展，密码的

平安性受到很大挑战。而新的信息隐藏技术是将需要传递的

秘密信息，隐藏在一个普通的非秘密消息当中，再进展传输，

这样即使窃听者窃听了传输的信息，也只会将其当成普通的

消息，而不会疑心或者无法得知是否有秘密信息的存在。

一般而言，信息隐藏是分为四个阶段：预处理阶段、嵌

入阶段、传输阶段和提取阶段。为了使每个阶段都到达平安，

所以必须在预处理阶段，引入加密术中的加密算法。在嵌入

阶段，使用基于小波的隐藏信息的算法，在传输阶段，进展

隐蔽通信，从而使用传输阶段也是平安的。所以这套信息隐

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藏的处理方案，将形成一个平安的体系，因此既能隐藏秘密

信息的容，也能隐蔽通信的接收方和发送方，从而建立隐藏

通信。信息隐藏的原理如图1。

信息隐藏技术的分类见图2。

信息隐藏不同于传统的加密，传统的加密是研究如何将

信息进展特殊的编码，以形成不可识别的密码形式进展传

递，它仅隐藏了信息的容；而信息隐藏不但隐藏了信息的容，

而且隐藏了信息的存在。根据信息隐藏的目的和技术要求，

该技术存在以下特性：

鲁棒性(Robustness)：指不因图像文件的*种改动而导

致隐藏信息丧失的能力。这里所谓"改动〞包括传输过程中

的信道噪音、滤波操作、重采样、有损编码压缩、D/A或A/D

转换等。

不可检测性(Undetectability)：指隐蔽载体与原始载

体具有一致的特性。如具有一致的统计噪声分布等，以便使

非法拦截者无法判断是否有隐蔽信息。

透明性(Invisibility)：这是信息隐藏的根本要求，利

用人类视觉系统或人类听觉系统属性，经过一系列隐藏处

理，使目标数据没有明显的降质现象，而第三方不易觉察信

息的存在。

平安性(Security)：指隐藏算法有较强的抗攻击能力，

即它必须能够承受一定程度的人为攻击，而使隐藏信息不会

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被破坏。

自恢复性(Self-eback)：由于经过一些操作或变换后，

可能会使原图产生较大的破坏，如果只从留下的片段数据，

仍能恢复隐藏信号，而且恢复过程不需要宿主信号，这就是

所谓的自恢复性。信息隐藏学是一门新兴的穿插学科，在计

算机、通讯、学等领域有着广阔的应用前景。数字水印技术

作为其在多媒体领域的重要应用，已受到人们越来越多的重

视。

2信息隐藏技术的分类

信息隐藏的方法主要有隐写术、数字水印、可视密码、

潜信道、隐匿协议等。

隐写术(Steganography)

隐写术(Steganograpby)是将秘密信息隐藏在*些宿主

对象中，且信息传输或存储过程中不被发现和引起注意，接

收者获得隐藏对象后按照约定规则可读取秘密信息的技术。

现有的隐写术方法主要有利用高空间频率的图像数据隐藏

信息、采用最低有效位方法将信息隐藏到宿主信号中、使用

信号的色度隐藏信息的方法、在数字图像的像素亮度的统计

模型上隐藏信息的方法、Patchwork方法等等。

数字水印(DigitalWatermark)

信息隐藏的一个重要分支是数字水印，数字水印

(DigitalWatermarking)是将一些标识信息(即数字水印)直

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接嵌入数字载体(包括多媒体、文档、软件等)当中，但不影

响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统(如视觉或

听觉系统)觉察或注意到。

目前主要有两类数字水印，一类是空间数字水印，另一

类是频率数字水印。空间数字水印的典型代表是最低有效位

(LSB)算法，其原理是通过修改表示数字图像的颜色或颜色

分量的位平面，调整数字图像中感知不重要的像素来表达水

印的信息，以到达嵌入水印的目的。频率数字水印的典型代

表是扩展频谱算法，其原理是通过时频分析，根据扩展频谱

特性，在数字图像的频率域上选择那些对视觉最敏感的局

部，使修改后的系数隐含数字水印的信息。

数字水印的插入过程和检测过程如图3。

可视密码技术

可视密码技术是Naor和Shamir于1994年首次提出的，

其主要特点是恢复秘密图像时不需要任何复杂的密码学计

算，而是以人的视觉即可将秘密图像区分出来。其做法是产

生n不具有任何意义的胶片，任取其中t胶片叠合在一起即

可复原出隐藏在其中的秘密信息。其后，人们又对该方案进

展了改良和开展。主要的改良方法有：使产生的n胶片都有

一定的意义，这样做更具有迷惑性；改良了相关集合的造方

法；将针对黑白图像的可视秘密共享扩展到基于灰度和彩色

图像的可视秘密共享。

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潜信道

又称阈下信道，阈下信道的概念是GustavusJSimmons

于1978年在美国圣地亚国家实验室(SandiaNationalLabs)

提出的，之后又做了大量的研究工作。阈下信道是指在公开

(Overt)信道中所建立的一种实现隐蔽通信的信道，这是一

种隐蔽(Covert)的信道。绝大多数数字签名方案都可包含阈

下信道的通信，其最大特点是阈下信息包含于数字签名之

中，但对数字签名和验证的过程无任何影响，这正是其隐蔽

性所在。阈下信道在国家平安方面的应用价值很大。如果采

用全球性标准，则世界上任何地方的用户检查点都能即时检

查出数字证件上的信息完整性，并能确定持证人是否合法持

证人。

3数字音频水印的应用

数字音频水印的用途非常广泛，可能的应用还包括保

护、数字签名、数字指纹、播送监视、容认证、拷贝控制和

秘密通信等。

保护

随着通信技术的迅猛开展，信息平安问题也变得十分突

出，数字作品(如电脑美术、扫描图像、数字音乐、视频、

三维动画)的保护成了当前的热点。由于数字作品的拷贝、

修改非常容易，而且可以做到与原作完全一样，所以原创者

不得不采用一些严重损害作品质量的方法来增加标志，但这

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种明显可见的标志很容易被篡改。数字水印的出现，就是利

用数据隐藏原理使标志不可见或不可听，既不损害原作品，

又到达了保护的目的。换句话说，数字水印技术是将与

多媒体容相关或不相关的一些标示信息直接嵌入到多媒体

容当中，但不影响原容的使用价值，也不容易被人觉察或注

意到。通过这些隐藏在多媒体容中的信息，人们可以确认容

的创立者、购置者和查看信息是否真实完整。数字音频水印

技术是信息隐藏技术的重要研究方向。

我们把要的信息，通过特殊的算法嵌入音频中，而不影

响正常的收听效果(即具有听觉上的透明性)，让人无法发觉

和破坏此类信息。当要使用的时候再通过同样的方法在计算

机上提取出来。通过这些隐藏在音频容中的信息，可以判别

对象是否受到保护，监视被保护数据的传播，鉴别真伪，解

决纠纷并为法庭提供认证证据。目前的数字音频水印技术有

追踪非法复制的功能，却不能做到防止盗版。从技术上来讲，

当你买一个音响作品时，在开票的过程中就要输入你的根本

信息，甚至收款方可以拍摄购置人照片，把这些信息嵌入歌

曲中。当然，这涉及到隐私问题，因此这些信息只有在发生

盗版、保护时使用，其他情况不能使用。这和电信公司需要

客户资料是一个道理。如果市场出现了盗版，司法机关买一

个，提取出里面的水印，就知道谁是散布源头了。如果这个

在法律上能实现的话，人们在购置音响作品时就要多一道手

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续，就像去医院要挂号，去电信开要填单子一样。而要人们

认同这种手续、共同打击盗版或许还需要一段时日。

数字签名

数字签名是在公钥加密系统的根底上建立起来的，数字

签名的产生涉及的运算方式是为人们所知的散列函数功能，

也称"哈希函数功能〞(HashFunction)。哈希函数功能其实

是一种数学计算过程。这一计算过程建立在一种以"哈希函

数值〞或"哈希函数结果〞形式创立信息的数字表达式或压

缩形式(通常被称作"信息摘要〞或"信息标识〞)的计算方

法之上。在平安的哈希函数功能(有时被称作单向哈希函数

功能)情形下，要想从的哈希函数结果中推导出原信息来，

实际上是不可能的。因而，哈希函数功能可以使软件在更少

且可预见的数据量上运作生成数字签名，却保持与原信息容

之间的高度相关，且有效保证信息在经数字签署后并未做任

何修改。

所谓数字签名，就是只有信息的发送者才能产生的，别

人无法伪造的一段数字串，它同时也是对发送者发送的信息

的真实性的一个证明。签署一个文件或其他任何信息时，签

名者首先须准确界定要签署容的围。然后，签名者软件中的

哈希函数功能将计算出被签署信息唯一的哈希函数结果值

(为实用目的)。最后使用签名者的私人密码将哈希函数结果

值转化为数字签名。得到的数字签名对于被签署的信息和用

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以创立数字签名的私人密码而言都是独一无二的。

一个数字签名(对一个信息的哈希函数结果的数字签署)

被附在信息之后，并随同信息一起被储存和传送。然而，只

要能够保持与相应信息之间的可靠联系，它也可以作为单独

的数据单位被存储和传送。因为数字签名对它所签署的信息

而言是独一无二的。

数字签名的处理流程如图4。

一个通用的数字签名认证系统包括两个功能块：身份认

证功能和容认证功能。前者用来限制非法登录，后者用来保

证合法通信过程的容认证。为此，系统将包括业务双方以及

一个大家都信任的权威第三方作为认证中心

CA(Certificationauthority)。系统中用户的身份凭证是

数字证书。数字证书对于特定用户是唯一的，且由用户预先

申请。CA负责发放和管理数字证书。用户在建立会话之前，

首先通过数字证书经由CA建立彼此信任的关系，在此根底

上，数字签名和密文形式的会话过程确保了合法接收和容的

真实性。

数字指纹

数字指纹技术是近几年开展起来的新型数字产品保护

技术。数字指纹是指利用数字作品中普遍存在的冗余数据与

随机性，向被分发的每一份数据拷贝中引入一定的误差，使

得该拷贝是唯一的，从而可以在发现非法再分发拷贝时，根

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据该拷贝中的误差跟踪到不老实原始购置者的一种数字作

品保护技术。

一般情况下，引入的误差是指与用户和*次购置过程有

关的信息。当发行商发现被非法分发的授权信息时，可以根

据该信息对非法分发的用户进展跟踪。数字指纹系统可以分

为算法和协议两局部，其中，算法包括指纹的编码、解码、

嵌入、提取和数据的分发策略等，而协议局部则规定了各实

体之间如何进展交互以实现具有各种特点的数据分发和跟

踪体制。

一般来讲，只要发行商能够成功的识别出非法合谋分发

者的一个非空子集，就认为该跟踪协议是成功的；如果该跟

踪协议不能识别出任何一个合谋者或者将一个无辜者误认

为是不老实用户，则认为该跟踪协议是失败的。

播送监视

国播送公司技术研究所(KBSTRI)开发的水印系统在进

展MPEG-2压缩之前将信息嵌入未被压缩的视频流中，并检

测被接收的没有原视频的视频中的水印。使用一个平安键产

生水印和水印嵌入位置。每个像素的嵌入的水印的强度是由

看不见的人类的视觉系统决定的。KBS公司的水印技术符合

不可视性、鲁棒性和平安性的要求。播送容中的水印识别原

播送机构，并能检测非法拷贝和未经授权的再利用容。

播送环境中的水印方案见图5。

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KBS公司的水印系统是为其数字电视容保护而开发的。

KBS水印系统的目标容是标清视频(SMPTE259M)、高清视频

(SMPTE292M)和诸如DVD或VCD之类的成套媒体。

对标清视频来说，嵌入视频中作为水印的信息是64比

特标识符；对高清视频来说是128比特标识符。标识符的水

印比特是由用于水印系统平安性的平安键产生的。在为了数

字电视传输而进展MPEG-2压缩之前，将水印嵌入视频序列

的空间域中。因此，水印必须经得住MPEG-2压缩。水印的

不可觉察性是由水印强度决定的。对于不可觉察性来说，希

望水印强度尽可能低，而对鲁棒性来说，则希望水印强度尽

可能高。因此，水印系统的设计总是牵涉到不可觉察性和鲁

棒性之间的折衷方案。故根据人类的视觉系统，水印强度设

计得在每个像素上是不同的。水印在传输后的MPEG-2流中

进展检测。检测算法需要30帧以上的视频。非法使用者可

能对含有水印的数字容进展各式各样的攻击。因此，KBS公

司的水印系统设计得满足鲁棒性的要求。

随着IT和数字技术的进步，数字电视容保护在数字电

视的播送环境中日益重要。水印技术被认为是对地面数字电

视最可行的解决方案。

平安通信

数字水印技术还可以应用于信息的平安通信。秘密通信

在情报、军事等领域有着重要的用途系统必须保证通信双方

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可以正常通信而且通信容不会被敌方窃取。传统上，秘密通

信主要通过密码技术来实现所以为了国家平安各个国家都

不遗余力地开展各自的密码技术以确保秘密通信的平安。随

着网络技术的开展普通用户也希望自己在网上的通信不会

被第三方窃听，于是密码技术参军方的黑匣子中走了出

来被越来越多的应用于网络中。但即使精心设计的密码算法

仍然有可能被敌方破解，更严重的是我方很难觉察到密码被

破解，继续使用该密码发送情报将是极其危险的。另一方面

如果敌方探测到信道上有密文在传送，即使短时间无法破解

也会成心破坏我方的通信信道阻止我方通信。如果是我方情

报人员在国外收集资料，用密码传送文件很容易暴露身份。

所以秘密通信除了必须满足性这个根本要求之外还应该极

为隐蔽不易被发觉。

随着互联网的开展，身处世界各地都可以方便地通过互

联网发送电子和各种文件，互联网又极为开放和不平安。如

果我方能够将秘密信息隐蔽在一些普通文件比方图片、MP3、

WAV中。可以将信息隐藏的载体看作通信信道，将待隐藏信

息看作需要传递的信号，而信息的嵌入和提取分别看作通信

中的调制和解调过程。

由于很难觉察到数字水印信息在多媒体数据中的存在，

*些重要信息在传输的过程中就可以隐藏在普通的多媒体数

据，从而避开第三方的窃听和监控。通过普通的互联网传输

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则敌方将很难发现秘密信息的存在，因而也不会主动破坏通

信信道，从而保证了通信平安。

隐藏系统与通信系统的比拟如图6。

4信息隐藏技术前景广阔

在网络飞速开展的今天，信息隐藏技术的研究更具有现

实意义。科学的开展，新技术、新工艺的应用，为信息隐藏

技术的进一步开展奠定了重要根底。将加密技术融合到信息

隐藏技术中来，并将信息隐藏中的子分支数字水印中的经典

算法加以改良也融合进信息隐藏技术，使整个信息隐藏过程

到达理论上的最高平安级别。所以基于算法的隐蔽通信研究

具有不可估量的现实意义。

信息隐藏技术在商业中的广泛应用，如：数字图像、音

频、视频作品的保护；、信用卡、ATM取款卡、银行支票、个

人支票和商标的防伪；数字作品分发的跟踪；医疗、绘图、

多媒体信息索引和基于容检索等，又为隐蔽战线和情报工作

提供了新的思路和途径，同时也推进了信息隐藏技术在军事

上的应用。

信息隐藏技术作为一个跨多领域、多学科(数字信号处

理、图像处理、模式识别、数字通信、多媒体技术、密码学、

语音处理等)的技术体系，由于它与具体的应用密切相关，

这也决定了信息隐藏技术研究成果的多样性以及信息隐藏

技术研究的不完善性，仍有许多技术问题需要解决。但可以

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相信，随着科学技术越来越兴旺，信息隐藏将有更多巧夺天

工的新创意、新方法和新技术，将有更加广阔的开展空间。