魏爽+高華玲

摘要：近來，為了改進(jìn)安全性、可靠性以及提高效率，在隱寫術(shù)和視覺加密領(lǐng)域出現(xiàn)了各種新算法。該文提出了一種新的從彩色或者灰階圖中提取數(shù)據(jù)的視覺像素檢測(cè)方法。使用該方法后肉眼就可以識(shí)別出隱藏的信息，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示出該方法在測(cè)試中表現(xiàn)出更好的性能。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)隱藏；隱寫術(shù)；隱寫分析；圖像隱藏

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）10-0187-02

1 概述

隱寫術(shù)是一門將消息、圖像或者文件隱藏在其他的消息、圖像以及文件中的技術(shù)。隱寫術(shù)的主要好處就是，對(duì)于檢測(cè)電腦數(shù)據(jù)的第三方來說，為了發(fā)現(xiàn)隱藏信息，其工作量是不可知的。除了隱藏?cái)?shù)據(jù)的發(fā)送和指定接收者外，在其他人看來，所發(fā)送的數(shù)據(jù)只不過是普通數(shù)據(jù)。一般的數(shù)字圖像的隱寫術(shù)方法可分為兩種[1-2]：第一種方法在宿主圖像的空域上隱藏?cái)?shù)據(jù)，即將秘密數(shù)據(jù)直接嵌入到宿主圖像的像素?cái)?shù)據(jù)中；第二種方法在宿主圖像的變換域上隱藏秘密數(shù)據(jù)。

對(duì)于想獲取隱藏?cái)?shù)據(jù)的人來說，隱藏?cái)?shù)據(jù)的檢測(cè)是一個(gè)較大的挑戰(zhàn)。僅就圖像文件來講，互聯(lián)網(wǎng)上有數(shù)不清的圖像文件，遍歷所有這些圖像將是一個(gè)非常耗時(shí)的工作，計(jì)算開銷也是相當(dāng)大。

該文提出的視覺像素檢測(cè)方法提取出來的彩色秘密圖像與原始圖像在視覺上幾乎完全相同，且其峰值信噪比（Peak Signal-to-Noise Ratio，PSNR）值非常高。

2 圖像信息隱藏

有很多方法可以在指定的對(duì)象中隱藏?cái)?shù)據(jù)，但是這些方法必須滿足很多條件才能正常進(jìn)行。以下列出了隱寫術(shù)必須滿足的一些主要要求：

1） 秘密信息在被嵌入到宿主中之后，其完整性應(yīng)得到保持，否則，整個(gè)隱寫過程都會(huì)失敗。

2） 生成的偽圖在肉眼看來應(yīng)該保持不變，或者幾乎不變。如果偽圖變化太大，能被識(shí)破，第三方就知道有信息隱藏在里面并采取措施提取信息或者銷毀偽圖。

3） 在加水印時(shí)，對(duì)偽圖的改變一定不能影響水印。

4） 永遠(yuǎn)要假設(shè)攻擊者知道偽圖中包含有隱藏信息。

圖1是對(duì)圖像信息進(jìn)行隱藏和提取的一般過程的例子。在此例中，將一個(gè)待隱藏的秘密圖像嵌入到一個(gè)宿主圖像中，產(chǎn)生一個(gè)偽圖[3-5]。在嵌入隱藏?cái)?shù)據(jù)的第一步中，將秘密圖像和宿主圖像都傳給加密器。再在加密器中應(yīng)用各種方法將秘密圖像嵌入到宿主圖像中。

3 提取隱藏信息的新方法

在數(shù)字媒體中隱藏信息會(huì)對(duì)媒體的屬性進(jìn)行更改，這些改變可能會(huì)被感覺到，這樣就會(huì)破壞隱寫術(shù)的目的，即暴露了隱藏信息的存在。移除嵌入的信息來處理數(shù)字媒體比檢測(cè)信息本身簡(jiǎn)單多了。通過檢測(cè)隱藏信息的存在可以只處理包含隱藏信息的媒體，這樣就可以節(jié)省時(shí)間。

有些隱寫算法通過改寫媒體的一些數(shù)據(jù)嵌入在媒體中。對(duì)于圖像來說，這些算法會(huì)覆蓋圖像像素的一些數(shù)據(jù)位或者改變圖像的調(diào)色板來隱藏算法。這在大多數(shù)情況下不會(huì)被肉眼發(fā)覺出來，而且會(huì)增加相同通道里相鄰像素之間的差異，進(jìn)而影響像素之間的關(guān)聯(lián)。

在圖像的同一部分，任何像素有與相鄰像素相同的顏色。當(dāng)檢測(cè)同一部分里不同像素之間的差異，以及評(píng)估這些像素之間的關(guān)聯(lián)時(shí)，可以用這些像素差異或者關(guān)聯(lián)來表示該圖像。

對(duì)于沒有噪聲的圖像，可以看到圖中各對(duì)象的大多數(shù)邊界，也可以分辨出圖像中的各個(gè)細(xì)節(jié)。有些無噪聲圖像的圖案細(xì)節(jié)不怎么好分辨，但是也有一些邊界及細(xì)節(jié)可以清晰地分辨出來。當(dāng)這些圖像有了噪聲或者隱藏?cái)?shù)據(jù)后，其視覺效果就不清晰了，大多數(shù)邊界和圖像細(xì)節(jié)也模糊了，這些也取決于噪聲和隱藏?cái)?shù)據(jù)的數(shù)量以及隱藏?cái)?shù)據(jù)算法。

視覺像素檢測(cè)就是利用了圖像中個(gè)像素之間的關(guān)聯(lián)，只能處理BMP和GIF格式的圖像。該方法工作原理和濾波器一樣，根據(jù)相鄰其他像素點(diǎn)的信息和關(guān)聯(lián)來過濾像素點(diǎn)。該濾波器可以從每個(gè)像素移除1、2、3、4或者5位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)重新畫圖。其基本工作流程如圖2所示。

輸出的圖像可以幫助分辨出隱藏?cái)?shù)據(jù)噪聲的數(shù)量。當(dāng)原始圖像像素改變1比特時(shí)，即每個(gè)字節(jié)包含1比特的隱藏信息，經(jīng)過濾波后輸出的圖像如下：當(dāng)移除1比特時(shí)，輸出圖像就被破壞了；當(dāng)移除2比特時(shí)，輸出圖像開始變得清晰一些，還有一些噪聲點(diǎn)；當(dāng)移除3、4、5比特時(shí)，輸出圖像就變得很清晰了，也許還有很少的噪聲點(diǎn)。

對(duì)于BMP和GIF格式文件，每個(gè)字節(jié)的前五個(gè)比特的任何改變經(jīng)過該濾波器后輸出都會(huì)產(chǎn)生很大變化。圖像的顏色通道的數(shù)量對(duì)濾波器的輸出結(jié)果沒什么影響。該濾波器可以適用于8-bit，16-bit以及真彩色圖像。

4 實(shí)驗(yàn)

為了檢驗(yàn)該方法的效率，將此可視像素檢測(cè)方法分別應(yīng)用到三個(gè)加密的圖像上：第一個(gè)在一個(gè)真彩色圖像中隱藏了一個(gè)彩色圖像，第二個(gè)在一個(gè)真彩色圖像中隱藏了一個(gè)基于256色調(diào)色板的彩色圖像，第三個(gè)在一個(gè)真彩色圖像中隱藏了一個(gè)灰階圖。同時(shí)用其他兩種方法（分別成為第一種、第二種方法）[6，7]處理這三種圖像，并與此像素檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1至表3所示。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，總的來說，可視像素檢測(cè)方法比其他兩種方法性能要好。

5 小結(jié)

該文通過將可視像素檢測(cè)方法應(yīng)用到幾種加密的偽圖上來提取隱藏信息，并對(duì)比了其他提取隱藏信息的方法，證明該方法的性能要好。但是，仍然很難將一種方法作為通用方法來使用，原因在于隱藏信息時(shí)會(huì)使用有多的技術(shù)。對(duì)于隱藏信息中的每種方法都要單獨(dú)進(jìn)行處理。在以后的研究中，可以利用局部泛化誤差模型來進(jìn)行特征提取，進(jìn)而降低該方法的復(fù)雜性。

參考文獻(xiàn)：

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