三亞學(xué)院 高華玲

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信息隱藏關(guān)鍵技術(shù)研究綜述

三亞學(xué)院 高華玲

【摘要】為了探明信息隱藏技術(shù)的最新研究進(jìn)展，本文對(duì)國內(nèi)外最新的發(fā)展進(jìn)程進(jìn)行總結(jié)。查閱大量的國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的前提下，歸納了目前信息隱藏的關(guān)鍵技術(shù)研究方法，并對(duì)隱寫分析的最新研究進(jìn)展進(jìn)行了剖析。最后對(duì)圖像信息隱藏算法的研究前景和應(yīng)用方向進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】隱寫術(shù)；數(shù)字水印；信息隱藏；隱寫分析；綜述

1 國內(nèi)外發(fā)展進(jìn)程

信息隱藏技術(shù)起源于數(shù)字水印技術(shù)。1954年出現(xiàn)第一個(gè)電子水印技術(shù)，20世紀(jì)60-80年代信息隱藏技術(shù)發(fā)展緩慢。1992年國際上正式提出信息隱形性研究，1993年Tirkel等首次提出“watermark”一詞，標(biāo)志信息隱藏技術(shù)的誕生。

1996年5月英國劍橋大學(xué)召開了第一屆信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)（IH），對(duì)相關(guān)術(shù)語進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)范。直到2012年IH2012已舉辦14屆。大型國際會(huì)議MMSec（ACM Workshop on Multimedia and Security）1998年至2012年也舉辦了14屆。在研究領(lǐng)域上，兩個(gè)國際會(huì)議越來越趨于一致，在此之后合并為信息隱藏和多媒體安全研討會(huì)IH & MMSEC （ACM Information Hiding and Multimedia Security Workshop），第1屆會(huì)議于2013年6月在法國舉辦，至2016年6月即將舉辦第4屆會(huì)議。數(shù)字水印國際學(xué)術(shù)會(huì)議IWDW（International Workshop on Digital-forensics and Watermarking）2016年9月即將在北京舉行第15屆會(huì)議。國際會(huì)議SPIE-ICDIP（International Conference on Digital Image Processing）數(shù)字圖像處理國際會(huì)議2009年舉辦第1屆，目前第8屆會(huì)議將于2016年5月在四川成都舉辦。國內(nèi)會(huì)議全國信息隱藏暨多媒體信息安全學(xué)術(shù)大會(huì)（CIHW），自1999年舉辦第1屆到2016年10月合肥即將召開的第14屆大會(huì)。

表1 信息隱藏技術(shù)研究方法的歸納

20世紀(jì)90年代以來，各大科研院所大量學(xué)術(shù)研究在進(jìn)行。美國北德克薩斯大學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室研究出多款面向圖像和視頻的數(shù)字水印芯片。中國高校和科研院所也非常積極，如北京大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)研究所、上海交通大學(xué)等。

2 圖像信息隱藏算法歸納比較

信息隱藏是將秘密信息隱藏在其他媒體中，通過載體的傳輸，實(shí)現(xiàn)秘密信息的傳遞。信息隱藏技術(shù)主要研究隱寫術(shù)和數(shù)字水印。信息隱藏在載入隱藏信息后要保證其不可感知性，隱藏信息要能抵御外部攻擊，就是要具有魯棒性。隱寫術(shù)強(qiáng)調(diào)隱藏容量，對(duì)魯棒性要求不多，但是數(shù)字水印則強(qiáng)調(diào)版權(quán)的保護(hù)，要魯棒性非常好，隱藏容量不要太大。

信息隱藏的載體包括文本、圖像、音頻、視頻和微粒DNA等。目前絕大多數(shù)的研究都是以圖像為載體，本文將以圖像載體進(jìn)行相關(guān)技術(shù)歸納（見表1）。

3 隱寫分析的研究進(jìn)展

隱寫分析包括隱寫檢測與秘密信息提取兩個(gè)過程，是隱寫術(shù)的逆向分析。隱寫分析揭示媒體中秘密信息的存在或指出媒體中存在隱寫信息的可疑性。因所持有的信息的不同，隱寫分析有6種情況：僅有含密對(duì)象、僅有秘密信息、有隱寫工具和秘密信息、僅有隱寫工具、有隱寫算法和原始載體和含密對(duì)象。通常原始載體很難獲得，非盲檢測有局限性，目前盲檢測是隱寫分析的主要方向。

隱寫分析的檢測方法主要有專用的隱寫分析和通用的隱寫分

析。專用的隱寫分析針對(duì)某一類別的隱寫算法，僅針對(duì)空域的方法或僅針對(duì)變換域。通用的隱寫分析方法同時(shí)檢測空域和變換域。

3.1 專用的隱寫分析方法

空域的LSB隱寫工具EzStego、Stehide、S-Tools、Gifshuffle、Stash、BPCS、Stagano等是隱寫分析主要對(duì)象。隱寫分析的方法主要通過秘密信息嵌入方式對(duì)載體圖像的統(tǒng)計(jì)特征的影響進(jìn)行分析，例如差分直方圖統(tǒng)計(jì)分布特征法、基于SPAM特征的算法、基于LSB的灰度級(jí)變化率的方法、LSB與其他位平面相關(guān)性比較法、統(tǒng)計(jì)圖像LSB序列的短重碼距離法等［1］。

變換域的隱寫分析方法主要是針對(duì)DCT域隱寫工具JPHide、Jsteg、Jsteg-Shell、F5、MB、Outguess等，例如針對(duì)JSteg工具的隱寫分析檢測，通過統(tǒng)計(jì)顏色頻度檢測連續(xù)嵌入的秘密信息［2］。

3.2 通用的隱寫分析方法

通用的隱寫分析要對(duì)圖像的特征值進(jìn)行選取，并確定閾值的大小，算法的復(fù)雜性較高，隱寫分析的結(jié)果并不理想。Farid等人提出QFM方法統(tǒng)計(jì)小波域系數(shù)，并用支持向量機(jī)判別，對(duì)DCT隱寫效果較好［3］。

4 研究趨勢與應(yīng)用

目前，數(shù)字水印是解決數(shù)字知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的主要途徑。信息隱藏還應(yīng)用在數(shù)字信號(hào)傳輸過程中的數(shù)據(jù)完整性的鑒定，以及秘密信息以多媒體為載體進(jìn)行的安全傳輸中。近年來信息隱藏技術(shù)在電子商務(wù)領(lǐng)域用來確認(rèn)網(wǎng)上交易的進(jìn)程，使交易雙方不能抵賴。

隱寫分析的方法理論研究、評(píng)價(jià)方法和運(yùn)行系統(tǒng)是今后研究的主要方面。理論研究上，統(tǒng)計(jì)分析是主流，隱寫分析可簡化成為載體圖像的噪聲檢測問題，目標(biāo)是要區(qū)分隨機(jī)噪聲和秘密信息。隱寫分析的全自動(dòng)檢測系統(tǒng)是隱寫分析系統(tǒng)的探索方向。

參考文獻(xiàn)

［1］熊鋼，平西建，張濤 等.基于區(qū)域隨機(jī)性度量的LSB匹配隱寫分析［J］.計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2013，50（5）﹕942-950.

［2］Westfeld A，Pfitzmann A.Attacks on Steganographic Systems［C］//International Workshop on Information Hiding.Springer-Verlag，1999﹕61-76.

［3］Farid H.Steganalysis using color wavelet statistics and oneclass support vector machines［J］.Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering，2004，5306﹕35-45.

項(xiàng)目基金：三亞學(xué)院校級(jí)一般項(xiàng)目（No.XYZZ1319）、三亞市院地合作項(xiàng)目（No.2013YD43）。

作者簡介：

高華玲（1980—），女，河北唐山人，碩士，講師，主要研究方向：信息隱藏、語義搜索。