信息安全工程第10章信息隐藏与数字水印

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1、第10章信息隐藏与数字水印10.1信息隐藏10.2数字水印10.3数字水印的关键技术10.4数字水印与版权保护10.5数字水印与电子交易10.6数字水印软件10.7数字水印应用实例10.8数字水印的研究动态与展望10.1.1信息隐藏模型信息隐藏不同于传统的密码技术。密码技术主要研究如何将机密信息进行特殊编码,以形成不可识别的密码形式(密文)进行传递;信息隐藏则主要研究如何将某一机密信息秘密隐藏于另一公开的信息中,然后通过公开信息的传输来传递机密信息。对加密通信而言,可能的监测者或非法拦截者可通过截取密文,并对其进行破译,或将密

2、文进行破坏后再发送,从而影响机密信息的安全;对信息隐藏而言,可能的监测者或非法拦截者则难以从公开信息中判断机密信息是否存在,难以截获机密信息,从而保证了机密信息的安全。信息隐藏的例子层出不穷,从中国古代的藏头诗,到中世纪欧洲的栅格系统,从古希腊的蜡板藏书到德国间谍的密写术等,这些都是典型的例子。多媒体技术的广泛应用为信息隐藏技术的发展提供了更加广阔的领域。图10.1.1所示为一个信息隐藏的通用模型。　　待隐藏的信息称为秘密信息(SecretMessage),它可以是版权信息或秘密数据,也可以是一个序列号;公开信息称为载体信息

3、(CoverMessage),如视频、音频片段。这种信息隐藏过程一般由密钥(Key)来控制,即通过嵌入算法(EmbeddingAlgorithm)将秘密信息隐藏于公开信息中,而隐蔽载体(隐藏有秘密　　信息的公开信息)则通过信道(CommunicationChannel)传递,然后检测器(Detector)利用密钥从隐蔽载体中恢复/检测出秘密信息。图10.1.1信息隐藏的通用模型信息隐藏技术主要由下述两部分组成:(1)信息嵌入算法:利用密钥来实现秘密信息的隐藏。(2)隐蔽信息检测/提取算法(检测器):利用密钥从隐蔽载体中检测

4、/恢复出秘密信息。在密钥未知的前提下,第三者很难从隐蔽载体中得到、删除或发现秘密信息。信息隐藏不同于传统的加密,因为其目的不在于限制正常的资料存取,而在于保证隐藏数据不被侵犯和发现,所以,信息隐藏技术必须考虑正常的信息操作所造成的威胁,即要使机密资料对正常的数据操作技术具有免疫能力。这种免疫能力的关键是要使隐藏信息部分不易被正常的数据操作(如通常的信号变换操作或数据压缩)所破坏。根据信息隐藏的目的和技术要求,信息隐藏具有以下特性:(1)鲁棒性(Robustness):指不因图像文件的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力。这里所谓的

5、“改动”，包括传输过程中的信道噪音、滤波操作、重采样、有损编码压缩、D/A或A/D转换等。(2)不可检测性(Undetectability):指隐蔽载体与原始载体具有一致的特性,如具有一致的统计噪声分布等,以便使非法拦截者无法判断是否有隐蔽信息。(3)透明性(Invisibility):利用人类视觉系统或人类听觉系统的属性,经过一系列隐藏处理,使目标数据没有明显的降质现象,而隐藏的数据却无法人为地看见或听见。(4)安全性(Security):指隐藏算法有较强的抗攻击能力,即它必须能够承受一定程度的人为攻击,从而使隐藏信息不会被

6、破坏。(5)自恢复性:经过一些操作或变换后,可能会使原图产生较大的破坏,只从留下的片段数据仍能恢复隐藏信号,而且恢复过程不需要宿主信号,这就是所谓的自恢复性。　　信息隐藏学是一门新兴的交叉学科,在计算机、通信、保密学等领域有着广阔的应用前景。数字水印技术及其在多媒体领域的重要应用,已受到人们越来越多的重视。10.1.3信息隐藏与数据加密的区别和联系(1)隐藏的对象不同。加密是隐藏内容,而信息隐藏主要是隐藏信息的存在性。隐蔽通信比加密通信更安全,因为它隐藏了通信的发方、收方以及通信过程的存在,不易引起怀疑。(2)保护的有效范围

7、不同。传统的加密方法对内容的保护只局限在加密通信的信道中或其他加密状态下,一旦解密,则毫无保护可言;信息隐藏不影响宿主数据的使用,只是在需要检测隐藏的那一部分数据时才进行检测,之后仍不影响其使用和隐藏信息的作用。(3)需要保护的时间长短不同。一般来说,用于版权保护的鲁棒水印要求有较长时间的保护效力。(4)对数据失真的容许程度不同。多媒体内容的版权保护和真实性认证往往需容忍一定程度的失真,而加密后的数据不容许一个比特的改变,否则无法脱密。　　由于加密在通信中的缺陷以及对多媒体内容保护能力的局限,才导致了信息隐藏技术的发展,其中

8、的数字水印技术甚至被认为是多媒体内容保护的最后一道防线。但是,密码学中的很多思想可以借鉴到信息隐藏中来(如数字水印系统的安全性应建立在密钥的基础上,不能通过对算法保密来得到安全性),而且信息隐藏(如数字水印)的应用系统往往要借助密码体制才能实现。10.2数字水印10.2.1概