付三麗，黃恒一

（三亞學(xué)院，海南 三亞 572022）

0 引 言

信息隱藏也稱作數(shù)據(jù)隱藏，起源于隱寫術(shù)，是集多學(xué)科理論與技術(shù)于一身的新興技術(shù)。信息隱藏技術(shù)主要是指將特定的信息嵌入到數(shù)字化宿主信息中，信息隱藏的目的不在于限制正常的信息存取和訪問(wèn)，而在于保證隱藏的信息不被監(jiān)控者注意和重視，從而減少特定信息泄露的可能性。隨著技術(shù)的發(fā)展，各種信息安全的泄露事件時(shí)有發(fā)生，信息安全領(lǐng)域的研究也逐漸引起科研工作者的重視。

1 原 理

信息隱藏技術(shù)又稱為密寫術(shù)，是將秘密信息嵌入到看上去很普通的信息中傳送，防止第三方檢測(cè)出秘密信息。信息隱藏技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、加密技術(shù)等，逐漸發(fā)展形成水印技術(shù)，主要用于版權(quán)保護(hù)、拷貝控制和操作跟蹤等領(lǐng)域[2]。

LSB算法主要應(yīng)用于將秘密信息嵌入到載體圖像像素值的最低有效位（也稱最不顯著位），改變這一位置對(duì)載體圖像的品質(zhì)影響。對(duì)載體圖像空域像素值做LSB替換，用來(lái)替換LSB的序列就是需要加入的水印信息、水印的數(shù)字摘要或由水印生成的偽隨機(jī)序列[3]。

本文結(jié)合水印技術(shù)，從傳播信道的安全角度出發(fā)，提出了一種基于LSB算法實(shí)現(xiàn)信息隱藏的方案。發(fā)送端M1為發(fā)送方原始載體數(shù)據(jù)的二進(jìn)制序列，M2為特定信息數(shù)據(jù)的二進(jìn)制序列；發(fā)送端特定信息M2經(jīng)過(guò)LSB算法嵌入到載體數(shù)據(jù)M1序列中形成M3；發(fā)送端含水印的M3序列與載體M1序列經(jīng)私鑰K1所包含的M1與M3置換信息生成序列D；合法接收端通過(guò)私鑰K1對(duì)公開信道序列D進(jìn)行逆解調(diào)得出特定信息M2，從而實(shí)現(xiàn)特定信息在傳播信道中基于LSB算法的信息隱藏[4]。通信系統(tǒng)信息隱藏模型如圖1所示。

圖1 通信系統(tǒng)信息隱藏模型

2 實(shí)驗(yàn)仿真模型

2.1 發(fā)送端載體數(shù)據(jù)M1

本文通信模型中的載體數(shù)據(jù)M1通過(guò)文本二進(jìn)制轉(zhuǎn)換軟件生成，如圖2所示，目前僅支持英文字符與二進(jìn)制序列之間的轉(zhuǎn)換。

圖2 文本文件轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼

由圖2可知，載體對(duì)象文本“ai”對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼元序列為M1=01100001 01101001。發(fā)送方載體信息M1選用二進(jìn)制文本轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換，利用LSB算法對(duì)載體圖像空域像素值所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制序列做LSB替換。對(duì)載體序列M1進(jìn)行LSB算法置換的序列M2即為通信模型中需要隱藏的信息。序列M1=01100001 01101001對(duì)應(yīng)的碼圖如圖3所示[6]。

圖3 M1對(duì)應(yīng)二進(jìn)制時(shí)序圖

2.2 發(fā)送端信息LSB算法嵌入

本文選定的掩護(hù)對(duì)象數(shù)據(jù)M2=01，用二進(jìn)制秘密信息M2中的每一比特信息替換與之對(duì)應(yīng)的載體數(shù)據(jù)M1的最低有效位，假設(shè)待嵌入的二進(jìn)制秘密信息序列為[01]，替換過(guò)程如圖4所示。

圖4 發(fā)送端LSB算法信息嵌入過(guò)程

由圖4 可知，發(fā)送端載體數(shù)據(jù)M1經(jīng)過(guò)LSB算法替換后生成的含秘密信息M2的隱藏對(duì)象M3=01100000 01101001。

2.3 發(fā)送端信息添加私鑰K1

在上述過(guò)程中，將秘密信息M2嵌入到載體數(shù)據(jù)M1的二進(jìn)制序列最低有效位，形成數(shù)據(jù)M3。發(fā)送端M3=M1@M2，私鑰K1為M1與M3的置換信息算法，發(fā)送端數(shù)據(jù)M3經(jīng)過(guò)私鑰K1生成序列D，其公式為（M1@M2）@K1=D。本文私鑰K1定義為 D=nM1+M3， n=1[7]。

發(fā)送端原始的載體數(shù)據(jù)M1序列經(jīng)過(guò)D=nM1+M3，實(shí)現(xiàn)將原擬發(fā)送的幾十比特速率的電文變換成由載體數(shù)據(jù)和隱藏對(duì)象數(shù)據(jù)組成的幾兆甚至幾十兆比特速率的電文，并增加了私鑰K1。經(jīng)過(guò)上述分析，原始載體序列M1增加頻帶寬度，可減小信噪比。從通信安全的角度來(lái)說(shuō)，信噪比越小，越不易被他人捕獲，具有極強(qiáng)的保密性。發(fā)送端的私鑰K1也是經(jīng)過(guò)不公開信道傳輸給接收方，從而比傳統(tǒng)的信息隱藏更加安全[8]。

發(fā)送端數(shù)據(jù)D時(shí)序如圖5所示。由圖可知，發(fā)送端原始載體數(shù)據(jù)M1經(jīng)LSB算法中私鑰K1擴(kuò)頻，最終形成發(fā)送端的數(shù)據(jù)D序列。發(fā)送端生成的序列D=nM1+M3，定義n=1，序列D中紅色的隱藏代碼M2=01即為通信模型中隱藏的信息。收發(fā)雙方根據(jù)私鑰K1的定義，可任意改變公式D=nM1+M3中n的數(shù)值。

圖5 發(fā)送端數(shù)據(jù)D時(shí)序圖

2.4 發(fā)送端數(shù)據(jù)D對(duì)應(yīng)文本

由圖5可知，發(fā)送端最終生成含秘密信息M2的隱藏對(duì)象 D序列，D=01100001 01101001 01100000 01101001， 發(fā)送端數(shù)據(jù)D通過(guò)2.2節(jié)中所示軟件生成對(duì)應(yīng)文本，如圖6所示。目前僅支持英文字符與二進(jìn)制位序列之間的轉(zhuǎn)換[9]。

由圖6可知，發(fā)送端數(shù)據(jù)D對(duì)應(yīng)的文本數(shù)據(jù)D1=“ai`i”，最終接收端會(huì)接收到發(fā)送端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)D1。

圖6 數(shù)據(jù)D對(duì)應(yīng)文本

2.5 接收端解調(diào)信息

接收端接收到公開信道發(fā)送的數(shù)據(jù)D1后，首先利用私有信道傳來(lái)的私鑰K1解調(diào)出數(shù)據(jù)M3，再根據(jù)LSB算法及載體數(shù)據(jù)M1解調(diào)出秘密數(shù)據(jù)序列M2。合法用戶通過(guò)私鑰K1中所指定的信息及收發(fā)雙方載體數(shù)據(jù)序列M1不僅可解調(diào)出隱藏的數(shù)據(jù)M2，還可校驗(yàn)數(shù)據(jù)D在傳輸過(guò)程中是否發(fā)生了篡改。私鑰K1中指定了數(shù)據(jù)n的數(shù)值大小，若數(shù)據(jù)D1在傳輸過(guò)程中發(fā)生了篡改，則接收端解調(diào)出來(lái)的數(shù)據(jù)公式D=nM1+M3不再成立[10]。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文從通信信息安全傳播角度，結(jié)合信息水印技術(shù)中的LSB算法，吸收了通信領(lǐng)域中的信息擴(kuò)頻技術(shù)、私鑰技術(shù)等，提出了一種基于LSB算法實(shí)現(xiàn)信息隱藏的方案。通過(guò)理論模型的探討、仿真與分析可知，本文所提方案具有防止數(shù)據(jù)篡改、抗攻擊性、信息破解難度大等特點(diǎn)，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

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