資訊隱藏技術綜述

蔡洪亮李波盧星楊明

摘要:介紹了資訊隱藏技術的概念、模型及分類;給出了資訊隱藏技術的五大特徵;分析了兩種典型的資訊隱藏演算法:時域替換技術和變換域技術;描述了資訊隱藏在現實中主要的應用領域;指出了資訊隱藏技術今後的發展方向。

1.資訊隱藏的概念、模型及分類

資訊隱藏技術是利用載體資訊的冗餘性，將秘密資訊隱藏於普通資訊之中，通過普通資訊的發布而

將秘密資訊發布出去，即將重要的資訊隱藏於其它資訊裡面從而掩飾它的存在。它隱藏的是資訊的「存

在性」，使它們看起來與一般非機密資料沒有區別，可以避免引起其他人注意，從而具有更大的隱蔽性和

安全性，十分容易逃過攔截者的破解。

例如：賓拉登可以建立乙個**，**上的內容就是「反恐」而實際上，他的秘密指令可能就隱藏在該**上的或者文字中，恐怖組織內部有許可權的人員就可以通過金鑰等獲取隱藏資訊，而沒有相應的的資訊顯示技術（或者是金鑰）的人就無法得到這些資訊。

原文此處用兩個圖進行了說明。

其中乙個是資訊模型，介紹了資訊如何進行隱藏和顯示。

第二個圖介紹了資訊隱藏的分類。

2.資訊隱藏的特徵

資訊隱藏具有魯棒性、不一可檢測性、透明性、安全性和自恢復性等特徵。

2.1魯棒性((robustness)

指不因封面資訊的某種改動而導致隱藏資訊丟失的能力。這裡所謂「改動」包括傳輸過程中的通道

噪音、濾波操作、重取樣、有損編碼壓縮、d/ a或a/ d轉換等。

2.2不可檢測性(undet( ctability)

指隱蔽載體與原始載體具有一致的特性。如具有一致的統計雜訊分布等，以便使非法攔截者無法判

斷是否有隱蔽資訊。

2.3透明性((invisibility)

利用人類視覺系統或人類聽覺系統屬性，經過一系列隱藏處理，使目標資料沒有明顯的降質現象，

而隱藏的資料卻無法人為地看見或聽見。

2.4安全性((,security)

指隱藏演算法有較強的抗攻擊能力，即它必須能夠承受一定程度的人為攻擊，而使隱藏資訊不會被破壞。

2.5自恢復性

由於經過一些操作或變換後，可能會使封面資訊產生較大的破壞，如果只從留下的片段資料，仍能

恢復隱藏訊號，而且恢復過程不需要宿主訊號，這就是所謂的自恢復性。

對資訊隱藏技術的特徵進行了分析。

3.典型的資訊隱藏演算法

從上世紀90年代初到現在，資訊隱藏技術得到了迅速的發展，同時，學者提出了許多資訊隱藏演算法。

在現有的演算法中，最常採用的是時域替換技術和變換域技術。

3.1時域替換技術

時域替換技術的基本原理是用秘密資訊位元替換掉封面資訊中不重要的部分，以達到對秘密資訊進

行編碼的目的。接收方只要知道秘密資訊嵌入的位置就能夠提取資訊。由於在嵌入過程中只進行了很小

的修改，傳送方可假定被動攻擊者是無法覺察到的[[l]。時域替換技術具有較大的隱藏資訊量(容納性)

和不可見性(透明性)，但穩健性(魯棒性)較弱。這種技術比較有代表性的是最不重要位元位(the least

si加ficant bits，簡稱lsb)方法，該方法也是最早被應用的資訊隱藏方法。封面資訊的lsb直接被秘

密訊息的位元位或兩者之間經過某種邏輯運算的結果所代替。

3.2變換域技術

變換域技術的基本原理是將秘密資訊嵌入到數字作品的某一變換域中。首先將原始的影象或聲音信

號進行數學變換，在變換域上嵌入秘密資訊，然後經反變換輸出。這種技術比時域替換技術能更有效

地抵禦攻擊，並且還保持了對人的不易覺察性。目前使用的變換域方法很多，例如頻域隱藏、時/頻域隱

藏和時間尺度域隱藏，它們分別是在do，變換域、日巾頻變換域和小波變換域上進行變換從而隱藏資訊。

變換域方法具有較強的不可見性和穩健性，是目前應用很廣泛的演算法。

簡單理解：時域替換技術可以通過控制某些位來實現。

例如有資訊10101010，而實際上，他的偶數字並沒有用，只用他的奇數字就可以表達該資訊，那我們可以用他的偶數為來實現資訊隱藏，比如秘密資訊「1101」可以分別放到第2、4、6、8位上，這樣別人根本無法判斷，但是相關人員可以根據解密規則得到秘密資訊」1101「

第二種相應技術的複雜性和技術性都更高。

4.資訊隱藏的應用

資訊隱藏技術在現實中的應用主要有以下五個方面.

4.1資料保密

防止非授權使用者截獲並使用在網際網路上傳輸的資料，這是網路安全的乙個重要內容。隨著經濟的全

球化，這一點不僅將涉及政治、軍事，還將涉及到商業、金融和個人隱私。而我們可以通過使用資訊隱

藏技術來保護在網上交流的資訊，如:電子商務中的敏感資訊、談判雙方的秘密協議和合同、網上銀行

交易中的敏感資料資訊、重要檔案的數字簽名和個人隱私等。另外，還可以對一些不願為別人所知道的

內容使用資訊隱藏的方式進行隱藏儲存。

4.2資料的不可抵賴性

在網上交易中，交易雙方的任何一方不能抵賴自己曾經做出的行為，也不能否認曾經接收到對方的

資訊，這是交易系統中的乙個重要環節。這可以使用資訊隱藏技術中的水印技術，在交易體系的任何一

方傳送或接收資訊時，將各自的特徵標記以水印的形式加入到傳遞的資訊中，這種水印是不能被去除的，

以達到確認其行為的目的。

4.3資料的完整性

對於資料完整性的驗證是要確認資料在網上傳輸或儲存過程中並沒有被竄改。通過使用脆弱水印技術保護的**一旦被竄改就會破壞水印，從而很容易被識別。

4.4數字作品的版權保護

版權保護是資訊隱藏技術中的水印技術所試**決的乙個重要問題。隨著網路和數字技術的快速普

及，通過網路向人們提供的數字服務也會越來越多，如數字圖書館、數字圖書出版、數碼電視、數字新

聞等。這些服務提供的都是數字作品，數字作品具有易修改、易複製的特點，這已經成為需要迫切解決

的實際問題。數字水印技術可以成為解決此難題的一種方案:服務提供商在向使用者發放作品的同時，將

雙方的資訊**以水印的形式隱藏在作品中，這種水印從理論上講應該是不被破壞的。當發現數字作品

在非法傳播時，可以通過提取出的水印**追查非法散播者。

4.5防偽

商務活動中的各種票據的防偽也是資訊隱藏技術可以用武之地。在數字票據中隱藏的水印經過列印

後仍然存在，可以通過再掃瞄得到數字形式，提取防偽水印，來證實票據的真實性。

資訊隱藏在軍事，電子商務等方面均有廣闊的應用前景。

5.資訊隱藏的發展方向

5.1資訊隱藏系統的實用化

資訊隱藏技術雖然取得了不少研究成果，但大多數應用仍處於起步階段，系統的抵抗攻擊能力還很

弱，安全性受到很大的挑戰，距離實用化還有一定的距離。如在印刷品防偽中的應用，在技術上除要滿

足第一代、第二代數字水印技術的特性外，還需要抵抗a/d和d/a變換、非線性量化、色彩失真、仿射

變換、投影變換等攻擊，且必須將列印掃瞄原理或印刷原理與工藝相結合，這在理論上和演算法設計上都

提出了更富有挑戰性的要求。

5.2基於其他多**載體的資訊隱藏技術

體中的資訊隱藏技術研究得還比較少，這習各成為今後的乙個研究方向。

5.3向量資料資訊隱藏技術

向量資料的資料結構、儲存形式、資料特徵等與一般的多**資料有很大的差異，因此，通用的信

息隱藏技術還難以直接應用到向量資料(特別是向量地圖資料)上來，這也將是資訊隱藏技術的乙個重

要的應用領域。

5.4公鑰資訊隱藏技術

對於使用者眾多的網路應用來說，公鑰密碼體制是理想的選擇，即使用乙個專有的金鑰來疊加水印，

任何人均可通過乙個公開的金鑰來檢測出水印。目前這方面的研究還未取得突破勝的進展，有待進一步

努力。5.5資訊隱藏的基本原理研究

資訊隱藏的演算法很多，但它的基礎理論知識還不成熟，對感知理論、資訊隱藏模型、水印結構、水

印嵌入策略、水印檢測演算法、水印的標準化等理論知識還有待進一步研究。

5.6資訊隱藏系統的評價方法研究

魯棒性、不可感知性、隱藏的資訊量是評價乙個隱藏系統的重要指標，但對它們之間的關係以及各

自的評價指標仍沒有乙個權威的標準。對魯棒性也缺乏公認的和客觀的評測體系和標準，只能用實驗來驗證其有效性，而無法從理論上提供嚴格的安全性證明。目前訊雜比或峰值訊雜比常用來度量系統的客

觀失真程度，這是否合適仍是乙個值得**的問題。而主觀的失真程度則涉及到生理和心理感知模型，

這方面也還缺乏比較完善的系統模型。

6.結論

資訊隱藏技術是一種橫跨訊號處理、數字通訊、密碼學、計算機網路等多學科的新興技術，具有巨

大的潛在應用市場，對它的研究具有重要的學術和經濟價值。在資訊隱藏中，t門認為數字水印代表了

其發展方向，雖然它的技術要求更高，但是它的應用前景也更廣。

現在雖然已經有商業化的水印系統，但對水印的研究還遠未成熟，許多問題如魯棒性、真偽鑑別、

隨著該技術的推廣和應用的深入，一些其他領域的先進技術和演算法也將被引入，從而完備和充實數

技術等等。

目前，使用密碼加密仍是網路上主要的資訊保安傳輸手段，資訊隱藏技術在理論研究、技術成熟度

和實用性方面都無法與之相比，但它潛在的價值是無法估量的，特別是在迫切需要解決的版權保護等方

面，可以說是根本無法被代替的，相信其必將在未來的資訊保安體系中發揮重要作用。同時，資訊隱藏

技術和力口密技術的結合，必將在資訊保安領域得到廣泛的應用。

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