隐藏应用

信息隐藏技术及其应用

信息隐藏技术及其应用

摘要随着网络与信息技术的高速发展，信息安全越来越受到人们关

注，信息隐藏技术应运而生。本文介绍了信息隐藏技术的背景、概念

与特征，总结了较为成熟与常见的信息隐藏方法，描述了信息隐藏技

术的主要应用领域，分析了信息隐藏技术目前存在的问题，并对其未

来发展进行了展望。

关键词信息隐藏；信息安全；隐秘通信；数字水印；应用；

一、信息隐藏技术的背景

信息隐藏的思想可以追溯到古代的隐写术。隐写术是通过某种方式将隐秘信

息隐藏在其他信息中，从而保证隐秘信息的安全性。隐写术的应用实例可以追溯

到很久远的年代。被人们誉为历史学之父的古希腊历史学家希罗多德曾在其著作

中讲述了这样一则故事：一个名为Histaieus的人计划与他人合伙叛乱,里应外

合,以便推翻波斯人的统治。为了传递信息，他给一位忠诚的奴隶剃光头发并把

消息刺在头皮上,等到头发长起来后,派奴隶出去送“信”,最终叛乱成功。隐写

术在历史上有过广泛的应用，例如战争、谍报等方面。

进入现代以来，随着网络的高速发展，越来越多的信息在网络上进行传递，

人们通过邮件、文件和网页等进行交流，传递信息。然而在信息传递的快捷与高

效的同时，信息的安全性也越来越受到考验。例如网络上的病毒、木马、泄密软

件等，还有非法组织以某种目的窃取信息等，都对信息的安全造成了严重的威胁。

特别是对于政治、军事和商业等领域，敌对势力之间互相的监控、窃密等都普遍

存在，信息传递的安全性至关重要。传统的密码学虽然可以在一定程度上保证信

息的安全，但它仅仅隐藏了信息的内容。为隐藏信息所生成的密文通常是杂乱无

章的代码或者逻辑混乱的语言，反而更会引起追踪人员和破译人员的注意，增加

暴露风险。这成为密码的致命弱点。

另一方面，随着数字技术的迅猛发展和互联网越来越广泛的应用，数字媒体

的应用越来越多，基于数字媒体的商业得到了迅速发展，而通过扫描仪等也可以

方便的将纸质材料转换为数字材料。与此同时，数字媒体的复制、传播也越来越

方便，这为盗版提供了极大的便小孩子脾气 利，例如网上盗版软件、盗版电子版图书等随处

可见，严重破坏了知识产权。因此如何保护数字媒体的知识产权，防止知识产品

被非法地复制传播，保证信息的安全，也成为了越来越紧迫的问题。

正是由于上述问题的存在，信息隐藏技术应运而生。

二、信息隐藏技术的原理与特点

信息隐藏技术是利用人类感觉器官的不敏感性(感觉冗余),以及多媒体数字

信号本身存在的冗余(数据特性冗余),将需要的秘密信息以嵌入的方式隐藏于载

体信息之中，同时不影响到载体信息的感觉效果和使用价值，以实现对信息的隐

藏。信息隐藏技术的基本框图如下图所示。信息隐藏技术目前主要分为两大类，

一是隐秘通信技术，二是数字水印技术。

隐秘通信技术主要用于通信方面，可以说是隐写术的直接发展。将需要传递

的信息隐藏在载体信息中，将载体信息发布出去，从而可以隐秘地将秘密信息传

递出去。载体信息本身具有一定的意义，例如可以是一张照片，或者一段视频，

在载体信息的传播过程中，不会引起其他人的注意。这样它可以隐藏信息的“存

在性”,使它们看起来与一般非机密资料没有区别,从而具有更大的隐蔽性和安全

性,十分容易逃过拦截者的破解。另一方面，在嵌入信息前，也可以应用密码学

知识对秘密信息进行加密处理，从而隐藏信息的内容。这样，与密码学相比，隐

秘通信技术不仅隐藏了信息的内容，更隐藏了信息的存在性，从而使得信息传递

更加的安全。

数字水印技术主要用于知识产权的保护。“数字水印技术是一种将特制的不

可见标记，利用数字内嵌的方法隐藏在数字图像、声音、视频等数字内容中，由

此来确定版权拥有者、认证数字内容来源的真实性、识别购买者、提供关于数字

内容的其他附加信息、确认所有权认证和跟踪侵权行为”[1]。数字水印技术可

以有效地解决数字媒体版权保护的问题，它的应用大致可以分为两类，一是用于

鉴定身份和防止篡改，可以在每一份数字媒体中嵌入特定水印，通过检测水印即

可得知该数字媒体的身份以及是否被篡改。二是用于跟踪,在数字媒体分发前，

在每份文件中加入不同的水印,这些水印可以作为数字媒体的识别标记,当检测

到有多个非法拷贝存在时,就可以通过水印来确定非法拷贝的来源，从而追查非

法散布者。

信息隐藏技青春永不散场 术根据应用领域的不同有不同的特点，但有一些特点应该是共有

的，也是信息隐藏技术常用的评价指标。主要由以下几个方面：

1、隐蔽性：这是信息隐藏的基本要求。它包含两个方面的内容，一是对人体感

官系统的不可感知性。这要求经过信息隐藏处理后，不会使载体发生明显的改变

或降质，不影响对载体信息的理解，同时不会使视觉听觉等方面发生明显的变化，

从而避免被人的感官所察觉。二是对计算机等分析系统的不可测性。进行信息隐

藏后，不能被人所感知不代表不能被分析系统察觉出来，所以同样存在暴露风险。

这就要求嵌入信息前后，载体应尽量保持一致的特性，即便进行计算机分析也无

法判断是否隐藏有信息。

2、安全性：隐藏的信息内容应是安全的，应经过某种加密后再隐藏，即便第三

方发现有信息隐藏，在没有秘钥的情况下也无法破解信息。同时隐藏的具体位置

也应是安全的，不会因简单的格式变换而遭到破坏。

3、鲁棒性：指嵌入信息的载体经过一系列处理或干扰后，载体中隐藏信息不会

被破坏，仍能够从中提取出完整信息。这些处理和干扰包括重采样、有损压缩、

数/模、模/数转换、滤波还有信道噪音以及为破坏信息而进行的人为攻击等。

4、自恢复性：它要求数据遭到破坏后，仍能根据剩下的数据恢复原本隐藏的数

据，而不必依赖于原始数据。数据经过传输或者一些处理或变换后，不可避免的

会遭到破坏，因此对损坏数据的恢复显得至关重要。

5、信息容量：是指载体要有对隐秘信息要有一定的承载量，这与载体本身的特

性、信息隐藏的算法有关，同时取决于对隐秘信息的隐蔽性和鲁棒性的要求。因

为随着隐秘信梦见自己染头发 息容量升高，对载体本身信息的影响与破坏必然增大，暴露风险会

随之升高，同时也降低了隐藏信息的鲁棒性。因此在实际应用中，要对隐蔽性、

鲁棒性和信息容量合理选取，适度折衷。

三、信息隐藏的基本方法

信息隐藏技术经过数年的发展，出现了非常多的方法。针对不同的载体和应

用场合，都有相关的研究成果，可谓五花八门。而其中较为成熟与常见的方法主

要有替换方法，变换域法，扩频方法，统计隐藏法等。

1、替换方法

替换方法是直接用要隐藏的信息来替换载体中的不重要的部分数据，实现信

息传统文化手抄报内容 的隐藏。由于载体本身的冗余性，其中一些次要数据的改变并不会对载体本身

的特性造成大的影响，也不会影响人的感官对于载体的认知，从而可以避过攻

击者或窃密者的注意，保证信息的安全。最低位替换方法（LSB）是替换方法中

较为常见的一种，它是将待隐藏信息替换到载体的字节最低位，这样对一个字节

来说，只改变了本身信息的1/8，不会使载体发生明显的变化。虽然LSB方法较

为简单，但它的鲁棒性较低，对极小的载体修改都具有极大的脆弱性。在许多情

况下，简单的信息处理也能使整个信息丢失，因而应用性受到了很大局限。伪随

机置换、图像降级、基于调色板的加密法、量化和抖动等也是较为常见的替换方

法。

2、变换域法

替换法虽然较为简单，但鲁棒性低，易被破坏。而在信号频域等变换域上嵌

入信息更加可靠，现在已知的比较完善的信息隐藏系统都是基于频域的。变换域

方法是在载体图像的显著区域隐藏信息，相对于LSB等替换方法能够更好地抵

抗诸如压缩、修剪等形式的攻击，还保持了对人类感官的不可觉察性。变换域法

的主要特点是“利用扩频通信技术或密码学原理,将欲隐藏的信息嵌入到载体文

件的变换域系数中,再经过反变换生成隐密文件”[2]。目前变换域的隐藏方法主

要有离散余弦变换（DCT）、离散小波变换（DWT）等。许多变换域方法是与图像

格式无关的，并且能随无损和有损格式转换。

3、扩频方法

扩频方法是把待传递的信息通过扩频调制后分散于较宽的频带中，已达到隐

蔽性的目的。接收方通过一定的扩频码进行解扩，得到真正要传递的信息。因为

隐秘信息分布于很宽的频带上，想要通过一般的手段恢复或者破坏数据，具有很

大的难度。扩频法具有较强的鲁棒性和较高的隐蔽性。

4、统计隐藏法

统计隐藏法是根据载体的统计特征将信息嵌入进去。例如“1-比特”方法就

是一种基于统计知识的典型方法。它的原理：如果信息隐藏系统向载体传送的是

“1”，就对载体的一些统计特性进行显著性的修补脾的食物 改，否则就不加处理。所以破译

者必须区分出进行修改的部分和为进行修改的部分，才能试图破解出隐秘信息。

但是统计隐藏法有很大的局限性，它需要找到一个合理的检验统计量，用于区别

修改和未修改的部分，还需要知道载体的检验统计分布，这有很大的难度。

总之，信息隐藏技术的方法有很多，新的技术也在不断地开发出来。

五、信息隐藏技术的主要应用领域

目前信息隐藏技术的应用主要由以下几个方面：

1、隐秘通信

信息隐藏技术最直接的应用就是隐秘通信。它可以将通信收发双发和通信过

程的存在隐藏起来，把秘密信息通过公开途径进行传播。这样既提高了隐密程度，

又降低了隐秘通信的难度和成本。一些秘密数据在网络传播过程中要防止非法用

户截获并使用,这是网络安全的重要内容，而我们可以通过信息隐藏技术来保护

在网上进行交流的信息。

2、版权保护

针对数字媒体在网上传播的易修改与易复制的特点，信息隐藏技术可以在数

字媒体中嵌入水印，用于保护版权。例如可以通过数字水印追查非法传播的来源，

保护所有者的权益；还可以通过数字水印进行复制的控制，防止数字媒体被无限

制的复制和盗版。

3、保护数据的完整性与真实性

法律、医学、新闻和商业等方面应用数字媒体时，可通过其中所嵌入的水印

来确定信息是否被修改、伪造或特殊处理，以确定其真实性和可信性。例如新闻

采访所拍摄的图片需要嵌入水印，以防止图片被更改；司法上所用到的数字媒体

也可以通过提取水印来鉴定真伪，确定其法律效力。

4、电子商务

进行电子交易过程中可以使用信息隐藏技术，当任一方发送或接收消息时都

会加入相应的水印标记。因为水印标记的存在，武则天八字 进行交易的双方不能抵赖自己所

做过的行为，也不能否认曾接受到信息。这样就可以确保电子商务有序地进行。

五、信息隐藏技术的主要问题与发展前方向

信息隐藏技术起步较晚，目前虽然取得了不少的研究成果，但大多数还处于

起步阶段，系统的稳定性和安全方面仍然存在很大问题，有待进一步提高，离实

际应用还有一段距离。另外，信息隐藏技术还没有形成自己领域内统一的理论体

系，很多概念仍然模糊不清或没有一致的定义，这为相互之间的交流造成了很大

的困难和不便，不利于进一步的发展。

目前信息隐藏技术主要的发展方向有以下几个方面：

1、体系化与规范化

上文已经提到，它还没有形成自己的理论体系。因此尽快确立统一的理论体

系，定义相关的概念和方法，对于进一步的发展至关重要。

2、实用化

同样，目前相关的理论大多停留在研究阶段，实用化程度很低。进一步优化

设计，提高性能，逐步应用于实际生活中，是其另一大发展方向。

3、基本原理研究

当前信息隐藏的算法虽然很多,但基础理论知识还不成熟,对信息隐藏模型、感知

理论、水印嵌入与检测算法、水印的标准化等理论知识还有待进一步研究。

6评价方法研究

隐蔽性、安全性、鲁棒性、自恢复性和信息容量等是评价一个信息隐藏系统

的重要指标,但它们之间的关系以及各自的评价指标仍没有权威标准。对一些特

性的研究与评价也只是停留在实验阶段，而无法从理论上提供严格的证明。

六、结语

信息隐藏技术作为一门较新的学科，有广阔的应用前景，目前相关的研究也

取得了一定的成果。然而需要认识到，它仍然存在很多问题，要真正投入实际使

用还需要做很多的工作。

参考文献：

[1]杨义先钮心忻数字水印理论与技术高等教育出版社2006丰胸食物

[2]陈波谭运猛吴世忠信息隐藏技术综述计算机与数字工程2005第2

期

[3]常卫东刘完芳童宇信息隐藏技术综述中国科技信息2010第3期

[4]刘洁信息隐藏技术及应用现代情报2006第6期

[5]雷瑾基于JPEG图像的文本信息隐藏算法清华大学2004

[6]胡国胜冯亚东张国红信息隐藏学——一个古老而又年轻的学科科学

学与科学技术管理2003

[7]张登银邓兰兰信息隐藏技术及其应用性能分析南京邮电学院学

2004第3期

[8]戴跃伟信息隐藏技术的理论与应用研究南京理工大学2002

[9]曹卫兵基于数字图像的信息隐藏技术研究西北工业大学2003

[10]徐献灵崔楠画春天 信息隐藏技术及其应用信息技术与标准化2007第3期

[11]赵彦涛可逆信息隐藏春联怎么写 技术及其在鲁棒数字水印中的应用研究燕山大学

[12]蔡洪亮李波卢星杨明信息隐藏技术综述