信息隐藏技术

• 信息隐藏(Information Hiding)作为一门新兴的交叉学科,伴随着信息和网络技术的飞速发展,在隐蔽通信、数字版权保护等方面起着越来越重要的作用。信息隐藏是将秘密信息隐藏在另一非机密的载体信息中,通过公共信道进行传递。秘密信息被隐藏后,攻击者无法判断载体信息中是否隐藏了秘密信息,也无法从载体信息中提取或去除所隐藏的秘密信息。信息隐藏技术研究的内容包括信息隐藏算法、数字水印、隐通道技术和匿名通信技术等。

1. 传统的信息隐藏技术 ：

1. 技术性的隐写术——隐形墨水、录音回声等
2. 语言学中的隐写术——藏头诗等
3. 用于版权保护的隐写术——水印等

2. 信息隐藏技术主要由下述两部分组成：

• (1) 信息嵌入算法(编码器),它利用密钥来实现秘密信息的隐藏。
• (2) 信息提取算法(检测器),它利用密钥从隐秘载体中检测并恢复出秘密信息。在密钥未知的前提下,第三者很难从隐秘载体中得到或删除甚至发现秘密信息。

 

 3. 信息隐藏的分类：

 法比安对信息隐藏的分类：

 根据秘钥的不同，信息隐藏可以分为三类：

 

4. 信息隐藏的特性：

 

与传统的加密方式不同的是,信息隐藏的目的在于保证隐藏数据不被未授权的第三方探知和侵犯,保证隐藏的信息在经历各种环境变故和操作之后不受破坏。因此,信息隐藏技术必须考虑正常的信息操作造成的威胁,使秘密信息对正常的数据操作,如通常的信号变换或数据压缩等操作具有免疫能力。根据信息隐藏的目的和技术要求,它存在以下5个特性。

• (1) 安全性(security)。衡量一个信息隐藏系统的安全性,要从系统自身算法的安全性和可能受到的攻击两方面来进行分析。攻破一个信息隐藏系统可分为3个层次:证明隐藏信息的存在、提取隐藏信息和破坏隐藏信息。如果一个攻击者能够证明一个隐藏信息的存在,那么这个系统就已经不安全了。安全性是指信息隐藏算法有较强的抗攻击能力,它能够承受一定的人为的攻击而使隐藏信息不会被破坏。
• (2) 鲁棒性(robustness)。除了主动攻击者对伪装对象的破坏以外,伪装对象在传递过程中也可能受到非恶意的修改，如图像传输时,为了适应信息的带宽,需要对图像进行压缩编码,还可能会对图像进行平滑、滤波和变换处理,声音的滤波、多媒体信号的格式转换等，这些正常的处理都有可能导致隐藏信息的丢失。信息隐藏系统的鲁棒性是指抗拒因伪装对象的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力。所谓改动,包括传输过程中的信道噪声、滤波操作、重采样、有损编码压缩、D/A或A/D转换等。
• (3) 不可检测性(undetectability)。不可检测性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，以便使非法拦截者无法判断是否藏有隐秘信息。
• (4) 透明性(invisibility)。透明性是指利用人类视觉系统或听觉系统属性,经过一系列隐藏处理,目标数据必须没有明显的降质现象,而隐藏的数据无法被看见或听见。
• (5) 自恢复性(self-recovery)。经过一些操作或变换后，可能使原图产生较大的破坏，如果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。

 5. 信息隐藏的算法：

根据载体的不同，信息隐藏可以分为图像、视频、音频、文本和其他各类数据的信息隐藏。在不同的载体中,信息隐藏的方法有所不同,需要根据载体的特征选择合适的隐藏算法。例如,图像、视频和音频中的信息隐藏利用了人的感官对于这些载体的冗余度来隐藏信息;而文本或其他各类数据需要从另外一些角度来设计隐藏方案。因此,一种很自然的想法是用秘密信息替代伪装载体中的冗余部分,替换技术是最直观的一种隐藏算法,也称为空间域算法。除此之外,对图像进行变换也是信息隐藏常用的一种手段，称为变换域算法。

1. 图像是由很多像素点组成的，对二值图像来说，每个像素点用八位来表示，将像素最低位替换成秘密信息，人眼难以察觉。
2. 空间域算法
3.  变换（频）域算法：空间域算法的最大缺点是鲁棒性差,很难抵抗包括有损压缩、低通滤波等在内的各种攻击。另外,空间域中信息隐藏算法只能嵌人很小的数据量。图像的频域算法是指对图像数据进行某种变换,这种方法可以嵌人大量的比特而不引起可察觉的降质，当选择改变中频或低频分量(DCT变换除去直流分量)来嵌人信息时,健壮性可以大大提高。常用的频域信息隐藏算法有DFT(离散傅里叶变换) .DCT(离散余弦变换)和DWT(离散小波变换)。
    

 6. 数字水印：

 数字水印类似于信息隐藏,它也是在数字化的信息载体(指多媒体作品)中嵌人不明显的记号(也称为标识或水印)隐藏起来,被嵌人的信息包括作品的版权所有者、发行者、购买者、作者的序列号、日期和有特殊意义的文本等,但目的不是为了隐藏或传递这些信息,而是在发现盗版或发生知识产权纠纷时,用来证明数字作品的来源、版本、原作者、拥有者、发行人及合法使用人等。通常被嵌入的标识是不可见或不可观察的，它与源数据紧密结合并隐藏其中,成为源数据不可分离的一部分,并可以经历一些不破坏源数据的使用价值的操作而存活下来。这样的标识可以通过计算机操作被检测或者被提取出来。显而易见，数字水印是数字化的多媒体作品版权保护的关键技术之一，也是信息隐藏的重要分支。

 基本原理：

 7. 隐通道技术：

 概念：

 

 

 

 分类：

根据隐通道的形成，隐通道可分为：

• 存储隐通道(storage covert channels)
• 时间隐通道( timing covert channels);

根据隐通道是否存在噪声，隐通道可分为：

• 噪声隐通道(noisycovert channels)
• 无噪声隐通道(noiselesscovert channels);

根据隐通道所涉及的同步变量或信息的个数，隐通道可分为：

• 聚集隐通道(aggregated covert channels)
• 和非聚集隐通道( noaggregated covert channels)
   

隐通道分析方法：

1. 信息流分析方法
2. 非干扰分析方法
3. 共享资源矩阵法

8. 匿名通信技术：

通俗地讲,匿名通信就是指不能确定通信方身份(包括双方的通信关系)的通信技术,它保护通信实体的身份。严格地讲,匿名通信是指通过一定的方法将业务流中的通信关系加以隐藏,使窃听者无法直接获知或推知双方的通信关系或通信双方身份的一种通信技术。匿名通信的重要目的就是隐藏通信双方的身份或通信关系,从而实现对网络用户个人通信隐私及对涉密通信的更好的保护。
 

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信息安全与技术（第二版）