以数字图像为载体的隐写分析研究进展

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1、《计算机学报》2009年7期以数字图像为载体的隐写分析研究进展*国家自然科学基金（60502039、60773079）与国家高技术研究发展计划（2007AA01Z477）资助王朔中：上海大学通信与信息工程学院教授、博导。联系地址：上海市延长路149号上海大学通信与信息工程学院200072电话（传真）：021-56331964E-mail:shuowang@shu.edu.cn王朔中1张新鹏1张卫明1,21.上海大学通信与信息工程学院，上海2000722.信息工程大学信息工程学院，郑州450002摘要：隐写和反隐写的对抗是关系到信息安全的重要课题。本文针对

2、常用隐写载体之一即数字图像，回顾反隐写技术的最新进展。根据隐写技术快速发展对反隐写研究提出的挑战，对近几年提出的新方法和新思路进行梳理和归纳，给出系统和扼要的评述，供隐写和反隐写研究者参考。重点围绕三方面展开讨论：对于克服了统计不对称性的LSB匹配嵌入法如何进行有效的检测或嵌入率估计；对于小嵌入率隐写进行分析的研究中有哪些进展；面对层出不穷的隐写新方法，如何实现不针对具体嵌入算法的通用隐写分析。对于反隐写研究的发展趋势和面临的新问题也作了讨论。关键词：隐写，隐写分析，LSB匹配，隐写嵌入率，通用隐写分析1．引言自上世纪90年代初以来，信息隐藏作为信息安全

3、中的重要课题引起了国际学术界的重视。首先是对保护多媒体产品版权的数字水印研究急剧升温，公开发表的论文呈指数规律逐年上升，不少开发数字水印产品的公司应运而生。目前数字水印技术的发展势头有增无已。对信息隐藏另一重要领域即数字隐写（steganography）的研究也随之跟上，很早就出现了一些简单的隐写方法[1]。到世纪之交开始了对这一领域的广泛探索。隐写是以表面上正常的数字载体如图像、音频和视频等作为掩护，在其中嵌入秘密信息，隐藏的数据既不改变载体信号的视听觉效果，也不改变计算机文件的大小和格式，因而可实现不为人知的隐蔽通信。含密媒体通常与大量正常媒体资料混

4、在一起，通过各种渠道特别是互联网传播。不同于传统密码通信的是，“正在进行通信”这一事实本身也被隐藏起来了，因而可用于重要消息的安全传递。随着信息隐藏技术的快速发展，大量隐写方法涌现出来，人们可以方便地获取和使用多种隐写工具。然而对这些工具的滥用却严重威胁着网络信息安全，因此研究反隐写技术是有关领域研究者面临的紧迫任务。最重要的反隐写技术是隐写分析（stegananalysis），也就是根据载体的统计特性判断其中是否含有额外的隐蔽信息。隐写分析也可以包括“定量分析”（quantitativesteganalysis）或“主动分析”（activestegan

5、alysis）[2]，即除了检测秘密信息的存在性，还要估计嵌入的秘密信息量[3]、估计密钥[4]、识别所用的隐写工具、截获隐蔽信息等。隐蔽信息的截获被认为是隐写分析的终极目标，但目前关于这方面的研究进展报道非常罕见。以检测有无可疑嵌入信息、估计嵌入数据量为基本目标的隐写分析迄今为止仍是最重要的反隐写措施。实际上对隐写的有效分析要比隐写本身更困难，这是因为各类数字载体数量巨大，嵌入方法千变万化，从中搜寻隐蔽信息犹如大海捞针。隐写存在性检测的重要意义在于：一旦数字媒体中含有隐蔽信息的事实受到怀疑，隐写行为即告失败。成功的隐写分析是追踪信息源头、切断敌对隐蔽信

6、道的前提。另外还可以根据检测结果实施主动攻击（active22《计算机学报》2009年7期attack），删除嵌入信息或使之不能被提取，达到阻止隐蔽通信的目的。隐写和反隐写的对抗是网络时代信息战的重要内容之一[5]，在这一相对年轻的研究领域中已涌现了大量的成果。历年来人们从不同的角度对前期研究情况进行过概括和综述[6-11]，提供了有价值的参考资料。由于相关研究的发展速度很快，有必要对近几来的最新研究情况进行归纳和梳理，着重讨论一些重要的发展方向，供研究者参考。我们根据隐写技术的新发展对反隐写研究提出的挑战，探讨隐写分析中针对若干难题的最新研究动态。可用

7、于隐写的载体中，以数字图像的使用最为广泛。本文主要讨论以图像为载体的隐写分析问题，其中包括未经压缩和曾经过JPEG压缩而又保存为非压缩格式的情况。对JPEG格式图像的隐写分析涉及较少，有关问题将另外单独考虑。第2节简要回顾早期隐写分析方法，第3~5节讨论近年来具有代表性的新进展，分别考虑对LSB匹配嵌入的分析技术、对小嵌入量的隐写分析、不针对具体嵌入方法的通用检测这三个主要问题。近年来在隐写技术的改进和实际应用方面还出现了一些新的动向和新的思路，向反隐写研究者提出了亟待解决的新课题，我们将在第6节对此进行扼要的阐述。第7节是本文小结。2．早期隐写分析研究

8、概况早期隐写方法（如简单LSB替换、EzStego、J-Steg、JPHide&