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1、第12章 信息隐藏与数字水印技术,信息隐藏的基本概念,信息隐藏有时也称数据隐藏（data hiding）。从广义上看，信息隐藏有多种含义：一是信息不可见；二是信息的存在性隐蔽；三是信息的接收方和发送方隐蔽；四是传输的信道隐蔽等。信息隐藏就是将保密信息隐藏于另一非保密载体中，以不引起检查者的注意。这里的载体可以是图像、音频、视频等。广义上的信息隐藏技术包括隐写术、数字水印、数字指纹、隐蔽信道、阈下信道、低截获概率通信和匿名通信等等。从狭义上看，信息隐藏就是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。,12.1.2 信息隐藏系统的模型,图12.1是信息隐藏系统的
2、一般模型。,嵌入对象,密钥生成器,嵌入过程,提取过程,嵌入密钥,载体对象,伪装分析者,提取密钥,载体对象,嵌入对象,伪装对象,根据信息隐藏目的及技术的不同，对隐藏技术也将有不同的要求，下面是数字隐藏技术的一些基本要求：1鲁棒性(Robustness)：它是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，即使在传输过程中隐秘载体受到诸如信道噪音、滤波操作、重采样、有损编码压缩、D/A或A/D转换等破坏也应能恢复隐藏信息。2不可检测性(Undetectability)：它是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载体中是否有隐蔽信息
3、。3透明性(Imperceptibility)：它是指利用人类视觉系统或人类听觉系统属性，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看见或听见,4信息量：虽然希望在载体中能隐藏尽可能多的信息，但在实际应用中是有限制的，在保证不可感知性的前提下，隐藏的信息越多，鲁棒性就越差，所以对于每一个具体的系统都要考虑到鲁棒性、不可感知性以及信息量之间的折中。5安全性(Security):它是指隐藏算法有较强的抗攻击能力，能承受一定程度的人为攻击，而使隐藏信息不会被破坏。与信息加密一样，信息隐藏技术最终也需要把对信息的保护转化为对密钥的保护。6自恢复性(Recovery)：它是指经
4、过操作或变换后，原图可能会产生较大的破坏，但是依据留下的片段数据，仍能恢复隐藏信号，且恢复过程不需要宿主信号。,12.1.3 密码技术和信息隐藏技术的关系,信息隐藏沿袭了传统加密技术的一些基本思想和概念，但不同于传统的密码学技术。密码技术是把原始的信息改编成一种观察者不容易看明白的特殊的编码形式，从而形成不可识别的密文进行保存或传递；隐藏学则是研究隐藏一个信息在另一个信息里的技术学科，没有暴露被隐藏信息的存在。隐藏学和密码学相比有一个明显的优势：对加密通信而言，可能的监听者或非法拦截者可通过截取密文，对其进行破译，或将密文进行破坏后再发送，从而影响机密信息的安全；但对信息隐藏而言，在公开信息中
5、没有迹象表明被隐藏信息的存在，可能的监听者或非法拦截者难以判断机密信息是否存在，从而能保证机密信息的安全。,信息隐藏技术的分类：隐藏信道：它是一种通信信道，存在于计算机系统之中，其特点是信息的传送方式违背了系统的安全原则，使成为一个隐藏的信息传输通道。隐写术：它是信息隐藏技术的一个重要分支，和传统的密码技术不同，它着眼于隐藏信息自身的存在。现代的隐写术主要是指在数字信息处理和计算机领域，利用信息中普遍存在的冗余性向其中潜入秘密数据。匿名技术：它是在网络环境下不暴露个人身份和特征的一种技术，主要有匿名重发和网络代理等。版权标记：它是向数字作品中潜入可以鉴别的版权标记信息，是进行数字作品版权保护的
6、一种有效技术。,12.2 数字水印技术,数字水印是利用数字作品中普遍存在的冗余数据与随机性，向数字作品中加入不易察觉但可以判定区分的秘密信息水印，从而起到保护数字作品版权或完整性的一种技术。被嵌入的水印可以是一段文字、标识、ID序列号等。水印通常是不可见或不可察觉的，与原始数据紧密结合并隐藏其中，但不影响数字作品的使用，并且可经历一些不破坏原数据使用价值或商用价值的操作而保存下来。与传统加密系统不同，水印的目的不是限制对媒体的访问，而是确保媒体中水印不被发现、改变或消除，为媒体提供必要的证明信息。数字水印为数字化产品的版权侵犯、非法复制、分发、泄密和完整性等诸多问题提供了一种可行的解决途径。,
7、数字水印技术发展的最原始动力是提供一些数字媒体的版权保护，但近几年来却出现了许多新的研究热点，使数字水印技术产生很多可能的应用，主要应用领域包括以下几个方面：版权保护 数字指纹 完整性标志（篡改提示）访问控制和防拷贝控制 商务交易中的票据防伪,数字水印技术的分类和基本特征,数字水印的分类按照不同的角度有以下几种分法：1按表现形式的不同，一般可分为可见水印和不可见水印。可见的数字水印，如同我们在观赏电视节目时常常看到的电视的台标，主要是对图像数据库或万维网（WWW）中的预览图像进行明显地标记，以防止其用于商业用途。不可见水印则要求在嵌入到数字产品中之后不会对其产生可以感知的变化。通常所说的数字水
8、印主要指隐形数字水印。2按水印特性，数字水印可分为鲁棒数字水印和脆弱数字水印。鲁棒数字水印要求嵌入的水印能够经受各种常用的编辑处理，主要用于在数字作品中标识著作权信息；脆弱数字水印对信号的改动很敏感，主要用于完整性保护，人们根据脆弱水印的状态就可以判断数据是否被篡改过。,3按水印的内容，数字水印可分为有意义水印和无意义水印。有意义水印是指水印本身也是某个数字图像(如商标)或数字音频片段的编码；无意义水印则只对应于一个序列号。有意义水印如果受到攻击或其他原因致使解码后的水印破损，人们仍然可以通过视觉观察确认是否有水印；对于无意义水印来说，如果解码后的水印序列有若干码元错误，则只能通过统计学原理来
9、确定信号中是否含有水印。4按水印的隐藏位置，可以将其划分为时(空)域数字水印、频域数字水印、时/频域数字水印和时间/尺度域数字水印。时(空)域数字水印是直接在信号空间上叠加水印信息，而频域数字水印、时/频域数字水印和时间/尺度域数字水印则分别是在DCT变换域、时/频变换域和小波变换域上隐藏水印。,5按水印的检测过程，数字水印可分为明文水印和盲水印。明文水印在检测过程中需要原始数据，而盲水印的检测只需要密钥，不需要原始数据。一般明文水印的鲁棒性比较强，但其应用受到存储成本的限制。6按水印的载体不同，将水印分为文本水印，图像水印，音频水印和视频水印等。随着数字技术的发展，会有更多类型的数字媒体出现
10、，同时也会产生相应的水印技术。,数字水印都具有以下基本特性：1不可感知性（unobtrusiveness）：也称作感知透明性或不可见性。在大多数水印算法中，都要求嵌入的水印不影响宿主数据的感知质量 2鲁棒性（robustness）：是指嵌入水印后的载体数据在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。3有效性（effectiveness）：水印作品是输入到检测器后能检测出水印的作品。4数据容量（data capacity）：数据容量指在单位时间或一幅作品中能嵌入水印的比特数。,5确定性(unambiguous)：数字水印所携带的信息能够被唯一地鉴别出来，为受到版
11、权保护的信息产品的归属提供完全和可靠的证据，同时能够监视被保护数据的传播，防止非法拷贝，有效的识别数据的所有者、真实性和完整性。6安全性（security）：安全性表现为水印能够抵杭恶意攻击的能力。7逼真度（fidelity）：一般来说，水印系统的逼真度是指原始作品同其嵌入水印版本之间的感官相似度。8盲检测与明检测（blind and informed detection）：需要原始不含水印的拷贝参与的检测器称作明检测器，不需要原始作品任何信息的检测器称作盲检测器。,12.2.3 数字水印模型及基本原理,一般数字水印系统的通用模型包括嵌入和检测(提取)两个阶段。在数字水印的嵌入阶段，嵌入算法的设计目标是使数字水印在不可见性和鲁棒性之间找到一个较好的折衷。检测(提取)阶段主要是设计一个对应于嵌入过程的检测(提取)算法。,原始图像,嵌入算法,含水印图像,原始水印,密钥,水印,检测算法,水印或判断有无水印,
