基于字符亮度的自適應(yīng)文本信息隱藏算法

摘要：根據(jù)人類視覺(jué)系統(tǒng)（HVS），利用數(shù)字圖像中的HSI模型，提出了一種基于字符亮度的自適應(yīng)文本信息隱藏算法。該算法引入二次余數(shù)理論隨機(jī)選擇嵌入位置，并且采用了一種擴(kuò)展的編碼機(jī)制動(dòng)態(tài)地隱藏秘密信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種算法不僅擴(kuò)大了隱藏容量而且改善了文本的隱蔽性，同時(shí)在魯棒性與不可感知性之間取得良好的折中，提高了文本的抗攻擊能力。

關(guān)鍵詞：文本信息隱藏；亮度；自適應(yīng)；色調(diào)、飽和度、亮度；二次余數(shù)

中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001－3695(2007)05－0130－03

0引言

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展使得處在世界各地的人們進(jìn)行信息交流更加便利方便、直接和經(jīng)濟(jì)。多媒體技術(shù)的發(fā)展為多媒體信息的存儲(chǔ)和傳播提供了極大的便利，同時(shí)也極大地提高了信息表達(dá)的效率和準(zhǔn)確性。但是網(wǎng)絡(luò)在給人們帶來(lái)便利的同時(shí)也暴露出越來(lái)越重要的安全問(wèn)題，如媒體作品的版權(quán)侵犯，軟件或文檔的非法拷貝、電子商務(wù)中的非法盜用和竄改等。如何保護(hù)信息在傳輸過(guò)程中的安全已經(jīng)成為信息技術(shù)研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容。信息隱藏技術(shù)的出現(xiàn)則在某種程度上為這個(gè)問(wèn)題提供了一種解決方案[1]。

目前的研究主要是利用圖像、聲音等載體來(lái)進(jìn)行信息隱藏。這主要是因?yàn)閳D像、聲音等數(shù)字載體自身具有一定的數(shù)據(jù)冗余度，結(jié)合人的視覺(jué)特性，可以在這些載體對(duì)象里隱藏信息而不被察覺(jué)。而在文本信息隱藏方面，由于文本自身結(jié)構(gòu)的一些特點(diǎn)，限制了它的發(fā)展速度，但也涌現(xiàn)了一些信息隱藏的方法。例如Brassil和Maxemchuk等人[2]提出了在Postscript格式中嵌入水印的三種方案，即行移編碼、字移編碼和特征編碼。Purdue大學(xué)的Atallah等人[3]提出一種魯棒性很好的文本水印算法——基于自然語(yǔ)言處理技術(shù)的文本數(shù)字水印技術(shù)。

在本文的研究工作及其相關(guān)文獻(xiàn)中[4]，發(fā)現(xiàn)了人眼對(duì)外部對(duì)象亮度的適應(yīng)和鑒別能力存在一定的極限。也就是說(shuō)亮度在一定的變化范圍內(nèi)人眼對(duì)它并不敏感。筆者借用這種思想設(shè)計(jì)了一種基于字符亮度的自適應(yīng)文本信息隱藏方法。

1算法分析

1．1HSI模型

HSI模型是一種色彩描述模型。其中H表示色調(diào)（Hue），S表示飽和度（Saturation），I表示亮度（Intensity）。色調(diào)描述純色的屬性，是觀察者接受的主要顏色；飽和度是給出一種純色被白光稀釋的程度的度量；亮度是一個(gè)主觀的描述子，它體現(xiàn)了無(wú)色的強(qiáng)度概念，并且是描述彩色感覺(jué)的關(guān)鍵參數(shù)。它可以通過(guò)R、G、B三原色進(jìn)行表達(dá)和描述。其表達(dá)式如下：

表1的編碼機(jī)制就是完成動(dòng)態(tài)嵌入隱藏信息的基礎(chǔ)。通過(guò)擴(kuò)展的編碼能夠擴(kuò)大了文本隱藏秘密信息的容量，在一定程度上緩解了載體文本嵌入隱藏信息不足的矛盾，同時(shí)可以根據(jù)當(dāng)前載體文本和隱藏信息對(duì)比關(guān)系選擇合適的編碼方式，避免了隱藏信息過(guò)于集中，提高了隱藏信息的隱蔽性和載體文本的抗攻擊能力。

1．4算法描述

由于隱藏信息的提取(或檢測(cè))算法是根據(jù)當(dāng)前編碼方式嵌入算法的一個(gè)逆過(guò)程。在這里不詳細(xì)講述提取(或檢測(cè))過(guò)程，只著重介紹嵌入過(guò)程。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析

為了驗(yàn)證算法的可行性和動(dòng)態(tài)的適應(yīng)性，下面從三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行說(shuō)明：①嵌入隱藏信息后的文本對(duì)比;②在載體文本固定和隱藏信息不同的情況下，自適用算法的參數(shù)比較;③在載體文本不同和隱藏信息固定的情況下，自適用算法的參數(shù)比較。除此之外，為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性和可對(duì)比性，采用統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)環(huán)境(Windows 2000 Professional，Visual C++6.0)。

首先，第一種情況的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(文本對(duì)比)。在圖2的文本中嵌入隱藏信息“湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院”，形成了含有隱藏信息的文本(圖3)。

從圖2和3可以看出，基于字符亮度的文本信息隱藏算法能夠發(fā)揮隱藏秘密信息的作用，在保證原文本的情況下，成功地嵌入了秘密信息。下面從編碼方式的角度分別對(duì)隱藏信息一定的情況下和載體文本一定的情況下兩方面進(jìn)行比較，驗(yàn)證算法的自適應(yīng)性（表2和3）。其中覆蓋率表示嵌入了隱藏信息的字符數(shù)與載體文本的字符數(shù)的比值。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該算法能很好地完成文本的隱蔽功能。由于在算法中引入擴(kuò)展的編碼機(jī)制，在一定程度上解決了一般算法嵌入秘密信息較少的問(wèn)題[4]。除此之外，在隱藏信息嵌入的過(guò)程中因?yàn)榫幋a方式的不唯一性，這樣就為人們提供了更多的選擇，避免了隱藏信息在載體文本中過(guò)于集中。可以根據(jù)實(shí)際情況中的載體文本與隱藏信息的關(guān)系動(dòng)態(tài)的選擇對(duì)應(yīng)的編碼方式，使得隱藏信息在載體文本中分布更均勻、合理，在一定程度上達(dá)到魯棒性和隱蔽性的統(tǒng)一，提高文本的抗攻擊能力。其具體表現(xiàn)如下：

(1)由于在同一算法中采用了不同的編碼方式和嵌入方式，對(duì)于相同的載體文本嵌入不同的隱藏信息或者對(duì)于不同的載體文本嵌入相同的隱藏信息均會(huì)產(chǎn)生不同的隱藏文本。這樣能夠模糊攻擊者視線，降低了文本被攻擊的概率。

(2)在算法中采用了多種編碼方式，攻擊者可能知道了嵌入方法，但也無(wú)法準(zhǔn)確地判斷當(dāng)前的編碼方式，而無(wú)法提取(或檢測(cè))出正確的隱藏信息。

3結(jié)束語(yǔ)

本文采用的自適應(yīng)方法背離了常規(guī)文本信息隱藏算法中的單一嵌入方法和編碼方式，這樣不但擴(kuò)大了文本的隱藏信息容量，而且能夠根據(jù)當(dāng)前載體文本與隱藏信息的關(guān)系進(jìn)行嵌入，在一定程度上緩解了隱藏技術(shù)魯棒性和不可感知性要求的矛盾。對(duì)比于其他算法，該算法是從一種新的角度考慮了文本信息隱藏技術(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明它能夠很好地完成秘密信息的隱藏，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

［1］王炳錫，陳琦，鄧峰森. 數(shù)字水印技術(shù)[M]. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2003:1－2.

[2]BRASSIL J T， LOW S， MAXEMCHUK N F. Copyright protection for the electronic distribution of text documents[J].Proceedings of the IEEE，1999，87(7):1181－1196.

[3]ATALLAH M J，RASKIN V， HEMPLEMANN C F，et al. Natural language watermarking and tamperproofing:proceedings of the 5th Information Hiding Workshop[C].[S.l.]:[s.n.]，2002:117－123.

[4]BHATTACHARJYA A K，ANCIN H. Data embedding in text for a copier system:proc. of the International Conference on Image Procession[C].[S.l.]:[s.n.]， 1999:245－249.

[5]張宇，劉挺，陳毅恒，等. 自然語(yǔ)言文本水印[J]. 中文信息學(xué)報(bào)，2004，9(1):56－62.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文”