一種基于圖像的信息隱藏系統(tǒng)的實現(xiàn)

摘要：如何保護信息在傳輸過程中的安全，已經(jīng)成為人類所面臨的重要課題。信息隱藏技術提供了解決這個問題的一種新方案。由于數(shù)字圖象中包含了大量的冗余信息，結合人的視覺特性，可以把一些重要的秘密信息隱藏于圖像中，而不會引起圖像的失真，達到了對信息進行秘密傳輸?shù)哪康模诤艽蟪潭壬媳Ｗo了秘密傳輸?shù)南ⅰ?/p>

關鍵詞：信息隱藏；圖像信息隱藏；LSB算法；圖像信息隱藏器

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)09-11692-02

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering

HUANG Yu-ping1，HUANG Zhuo-lin2

(1. Zhengzhou Tourism College， Zhengzhou 450009， China; 2. Yellow River Bridge of Zhongyuan Expressway Co. LTD.， Zhengzhou 450045， China)

Abstract: How to protect the security of message in the process of transformation has become the significant task for people to solve. Information hiding technique provides another way to solve the problem above. Combined with HVS(Human Visual System)， the secret message can be put in the image without degrading the quality for its redundancy and to secure the information.The message to be transferred can be image or text file.

Key words: information hiding; digital image hiding; LSB algorithms; digital image hidinger

1 引言

網(wǎng)絡的推廣和普及為多媒體信息傳輸帶來了極大的方便，但是由于數(shù)字產(chǎn)品復制的便捷性、成本的低廉性，以及計算機網(wǎng)絡所具有的開放性與共享性，使得人們在享受現(xiàn)代網(wǎng)絡信息所帶來的便利的同時，也面臨著各種信息安全威脅。目前，大部分網(wǎng)絡安全保護措施是通過傳統(tǒng)的加密技術實現(xiàn)的，但隨著網(wǎng)絡安全問題的日益突出，傳統(tǒng)的加密技術日益顯露出諸多不足，于是，信息隱藏技術[1]應運而生。信息隱藏技術是利用載體信息的冗余性，將秘密信息隱藏于普通信息之中，通過普通信息的發(fā)布而將秘密信息發(fā)布出去，即將重要的信息隱藏于其他信息里面從而掩飾它的存在。信息隱藏是一個十分活躍的研究領域，其載體可以是文字、圖像、語音或視頻等不同格式的文件。

在多媒體世界中，數(shù)字圖像是人們所感官的最主要的信息形式，數(shù)字圖像的最終感受者是人的眼睛，眼睛感受到的兩幅質量非常相同的數(shù)字圖像，其像素值可能存在很大的差別，這樣依賴人的視覺系統(tǒng)的不完善性就給數(shù)字圖像的失真壓縮和信息隱藏提供了很大的研究空間。

2 用LSB算法實現(xiàn)基于BMP彩色圖像的信息隱藏

LSB信息隱藏算法是在載體信號的空域進行的，將秘密信息變成二進制數(shù)據(jù)流后，隱藏在載體數(shù)據(jù)的最低比特位上，類似于在原始數(shù)據(jù)上迭加能量很小的噪聲，對視覺的影響非常小，不會帶來圖像的明顯降質，而提取秘密信息時將最低比特位取出即可。秘密信息指有關要傳送的要隱藏的信息，如圖像、文字等。

對于計算機來說，一幅圖像就是由一些標識各像素亮度的值構成的矩陣。用圖像作為底面，用表示像素亮度大小的8位二進制數(shù)作為高度，可形成一個立體直方圖，各像素位置相同的位形成了一個平面，稱為“位平面”。我們提出的算法就是把待隱藏的信息變成二進制數(shù)據(jù)流后隱藏到合適的低位平面，即最不重要的位中。

由于BMP圖像標準規(guī)定的顏色等級比人類眼睛能夠觀察到的要多得多，直接把信息隱藏到彩色圖像顏色值的最低有效位，不會對圖像引起大的變化，同初始狀態(tài)相比，最多有1的誤差(xxxxxxx0→xxxxxxx1或xxxxxxx1→xxxxxxx0)，相對誤差率最大為1/255，對于人眼來說，隱藏前后形成的圖像是幾乎無法區(qū)分的。同時，1個24位的圖像文件也可以為隱藏信息提供足夠的空間。由于每個像素可以隱藏3個比特，1個1024×768的圖像可以隱藏大約259296個比特的信息。如果在隱藏之前把信息進行壓縮則可隱藏更多的信息。一般來說，LSB算法要求最多可改變像素顏色值中1個字節(jié)中的4個位，也就是說，把信息插入最低1位或2位，最多4位有效位時，人眼是無法察覺到改變的，如果插入太多，對像素顏色改變太大，就失去了隱藏的目的。

假設嵌入步驟中使用的隱秘載體記為 c。不失一般性隱秘載體可用一列長度為 l(c)的數(shù)組 ci(0 ≤i≤l(c))表示。對于數(shù)字聲音，即為時間采樣序列；對于數(shù)字圖像，可通過使圖像向量化得到序列（例如，把所有像素點按從左到右，從上到下的次序排序）。對于二值圖像，ci ∈{0，1}；對于量化圖像或聲音，0≤ci≤255。隱秘后的對象記為 si，可用長度也為l(c)的序列表示。如果需要檢索所有的隱秘載體元素 ci，我們將使用符號j。若索引本身被某個集索引，就用記號 ji。第 ji 個隱秘載體元素即為 cji。秘密消息記為 m，其長度為 l(m)，m 的各位為 mi，0 ≤i≤l(m)，除非另做聲明，我們假設 mi ∈{0，1}。

嵌入過程包括選擇一個隱秘圖像載體元素的子集{j1，…，j l(m)}，然后在子集上執(zhí)行替換操作，即把cji的LSB用mi（mi 為 1 或 0）替換。在提取過程中，提取所選擇的隱秘載體元素的 LSB 并做出適當?shù)呐判蛞灾貥嬅孛芟ⅰ?/p>

算法1基本LSB 嵌入算法

for i = 1，…，l(c) do

si←ci

end for

for i = 1，…，l(m) do

compute index ji where to store the ith message bit

sji←cji <=>mi

end for

算法 2 基本LSB 提取算法

for i = 1，…，l(m) do

compute index ji where the ith message bit is stored

mi ←LSB(cji)

end for

用這種方式進行信息隱藏可以獲得較大的隱藏信息量。對于一幅 M×N 像素大小的 24 位真彩色數(shù)字圖像，其隱藏的信息量為：

H =αMN×3/8(bytes)

其中α定義為隱藏信息嵌入率，0 ≤α≤1。

3 BMP 圖像信息隱藏器

根據(jù)上面提到的“LSB最低有效位的圖像隱藏算法”，在分析了信息隱藏算法的基本框架和彩色圖像的BMP文件格式后，結合實際需要，我們用C語言設計并具體編制了一個簡單的BMP圖像信息隱藏器（界面如圖1所示）。

用此圖像信息隱藏器我們把一個文本文檔隱藏到一副圖像中，結果如圖2所示。

可以觀察看到，嵌入隱秘信息之前和之后的圖片，用肉眼是看不出來它們的差別的。因為原始24位BMP圖像文件隱藏信息后，其數(shù)據(jù)部分字節(jié)數(shù)值最多變化為1，該字節(jié)代表的像素最多只變化了1/256。使用LSB最不重要位算法的優(yōu)點是嵌入信息的容量與所選取的掩護圖像的大小成正比，具有較高的信息隱藏率。

4 有待進一步解決的問題

4.1 對數(shù)字圖像的常見破壞

對數(shù)字圖像的常見破壞主要有：圖像加噪、低通濾波、有損壓縮、圖像剪切、圖像拼接、圖像大小變化、圖像旋轉、打印掃描等。這就要求我們在研究的過程中找到一種行之有效的算法模型，并加入一些優(yōu)化的方案，在保證信息容量和不可見性的同時，提高隱秘信息的抗攻擊力。

4.2 信息隱藏系統(tǒng)的評價方法研究

魯棒性、不可感知性、隱藏的信息量是評價一個隱藏系統(tǒng)的重要指標，但對它們之間的關系以及各自的評價指標仍沒有一個權威的標準。對魯棒性也缺乏公認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。

參考文獻：

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