一種基于ＬＳＢ的信息隱藏方法設計

盧 欣 葉成萌 吳旭翔 黃永強

摘要：在分析傳統LSB的方法的基礎上，提出了一種基于LSB的信息隱藏方法。該方法利用音頻樣本的平均能量自適應的選擇嵌入位，進行信息的隱藏。實驗結果表明，該方法在隱蔽性和健壯性方面取得了較好的效果。同時，信息隱藏容量也沒有降低。

關鍵詞：LSB；信息隱藏；音頻；自適應；

中圖分類號：TP391.1

文獻表示碼：A

1、引言

近年來，因特網以驚人的速度發展，網絡成為信息傳遞最主要的渠道。網絡傳輸過程的不安全性，使信息的截獲變得輕而易舉。如何保證信息的安全成為人們最為關心的事情。傳統的密碼學通過加密變換將明文變為一堆亂碼。雖然非法用戶可以很容易地得到密文，但卻很難解出明文，只有合法用戶才能恢復出正確的明文。但隨著處理器速度的不斷提高和網絡的迅速發展，破譯密文變得越來越容易。僅靠增加密鑰長度來增強密文的破譯難度已顯得有些尷尬。因此如何既能充分利用因特網的便利，又能有效地保證傳輸信息的安全性已受到人們的高度重視。信息隱藏學的誕生為人們解決此類問題開辟了新的方向。

最低比特位(I east siagnifcant bit，LSB)信息隱藏方法是出現較早的一種時域信息隱藏技術，其實現比較容易，隱藏時用秘密消息直接替換載體(cover)數據最不重要的比特位，提取秘密消息時將最低比特位取出，然后再進行解密等處理。LSB方法雖然抗干擾性較差，但隱藏數據量大，而且對原始數據的修改很小，是一種比較實用的信息隱藏技術。

傳統的LSB方法的最大缺點就是對信號處理的健壯性差。為了提高傳統LSB方法的健壯性，Nedelijko等人在文獻…中提出了一種提高健壯性的方法。Nedelijko等人提出的LSB方法在嵌入位選擇方面存在不足。它是一種靜態的嵌入，也就是嵌入位要事先約定，不能夠根據載體對象的變化而變化。

2、基于LSB的信息隱藏方法設計

為了改善這一點，可以在嵌入的過程中根據音頻信號的平均能量進行數據位的選擇。這樣當音頻信號的平均能量較高時就嵌入到較高位，當音頻信號的平均能量較低時就嵌入到較低位。從而增加秘密信息的隱蔽性。

2．1 嵌入算法

(1)計算平均能量。設x(n)，n=0，1，…N-1為以一個音頻信號序列，按式(1)進行計算E。

(2)計算嵌入位。將E和2_i，i=0，1，…M-1進行比較，選取和E最接近的數值n作為嵌入位，其中M是采樣數據的位數。

(3)秘密信息比特的嵌入。設16位編碼的原始音頻序列的一個采樣值用α表示，其二進制序列用α_i，i=0，1，…15表示。令α_i，位=E。

2．2 提取算法

(1)計算平均能量。設嵌入秘密信息后的音頻序列為z'(n)，n=0.1，∧N-1，按式(2)計算平均能量記為E。

(2)計算提取位。將E和2_ii_∧M-1進行比較，選取E和最接近的數值n作為提取位，其中M是采樣數據的位數。

(3)根據提取位，按照傳統的LSB方法進行秘密的信息提取，提取音頻序列采樣值的α；位，組成二進制序列以恢復原來的秘密信息。

2．3 結果分析

從主觀和客觀兩方面對該算法進行了評價。在實驗中，選取的載體音頻信號為許多段16位，單聲道，44.1 KHz的語音信號，持續的時間為10到15秒。

1．主觀評價

主觀評價采用平均意見分方法。將測式人員分成三組。評分方法采用五級評分制。對Nedelijko等人的LSB方法和本文提出的方法進行比較。如表1所示。

結果表明，本文提出的算法在不可感知性，即隱蔽性方面優于Nedelijko等人的方法。

2．客觀評價

采用信噪比(SNR)的評價方法。SNR按式(3)方法計算。

其中x(n)為原始音頻采樣數據，x'(n)為嵌入秘密信息后的音頻采樣數據。

結果表明，兩種方法的信噪比很接近，幾乎無差別，說明兩種方法在健壯性方面都具有較好的優越性。

3．結束語

在傳統的LSB方法的基礎上，提出了一種改進的基于LSB的信息隱藏方法。這種方法可以根據音頻樣本的平均能量，對音頻樣本動態的選擇嵌入位來進行信息隱藏。結果不僅可以加強健壯性，而且可以提高秘密信息的隱秘性。此外，信息的隱藏容量也沒有降低。

作者單位 1.遼寧撫順職業技術學院；2.遼寧石油化工大學計算機與通信學院；3.中國石油撫順工程建設有限公司第五分公司)