信息隱藏技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域研究

展鵬飛

（金航數(shù)碼科技有限責(zé)任公司（航空工業(yè)信息技術(shù)中心），北京 100020）

0 引言

隨著多媒體技術(shù)的不斷深入，多媒體技術(shù)已經(jīng)深入大眾傳播的網(wǎng)絡(luò)中。同時(shí)，數(shù)字多媒體信息在互聯(lián)網(wǎng)上的傳播和傳輸越來(lái)越方便，網(wǎng)絡(luò)上各種信息的傳輸也越來(lái)越普遍。這些新技術(shù)使人們更加方便，但是會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問(wèn)題，例如網(wǎng)絡(luò)病毒、軟件漏洞和非法竊取信息都對(duì)信息安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[1]。為了解決這些問(wèn)題，信息隱藏技術(shù)是解決媒體信息安全的新方法，通過(guò)將隱秘信息隱藏在媒體信息中，很難被發(fā)現(xiàn)，保證網(wǎng)絡(luò)傳輸信息的安全性[2]。

1 信息隱藏技術(shù)概念及特征

1.1 信息隱藏技術(shù)概念

信息隱藏技術(shù)的原理是在載體中隱藏隱秘信息，并通過(guò)鑰匙提取隱秘信息，載體通常為圖像、文本、視頻、音頻等。信息隱藏技術(shù)可以保證別有用心的人很難發(fā)現(xiàn)或者提取隱秘信息[3]。當(dāng)載體通過(guò)信道傳輸?shù)浇邮掌髦螅邮掌魇褂妹荑€恢復(fù)隱藏的機(jī)密信息。圖1為信息隱藏系統(tǒng)模型，由4個(gè)主要部分組成：嵌入信息、提取信息、生成密鑰和隱藏分析。

圖1 信息隱藏通用模型

1.2 信息隱藏技術(shù)的特征

根據(jù)信息的隱藏目的和技術(shù)要求，具有以下特征。

（1）隱蔽性。

隱藏性是信息隱藏的基本要求，有兩個(gè)方面：一是對(duì)人體感覺(jué)系統(tǒng)的不可感知性，通過(guò)在信息隱藏過(guò)程之后不會(huì)顯著更改或降解載體，影響對(duì)載體信息的理解或引起視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)方面的明顯變化，避免通過(guò)人類(lèi)的感覺(jué)檢測(cè)到。二是計(jì)算機(jī)之類(lèi)的分析系統(tǒng)的不可預(yù)測(cè)性，還存在暴露的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樾畔⒈浑[藏而未被人類(lèi)識(shí)別，這并不意味著分析系統(tǒng)無(wú)法檢測(cè)到該信息，這要求操作員在嵌入信息之前和之后盡量保持相同的特性，并且在計(jì)算機(jī)分析中不能確認(rèn)信息是否被隱藏。

（2）安全性。

隱藏信息的內(nèi)容是安全的，并且必須在加密后隱藏，即使第三方發(fā)現(xiàn)存在隱藏信息，沒(méi)有鑰匙也無(wú)法解密該信息。

（3）魯棒性。

魯棒性是指經(jīng)過(guò)一系列處理或干擾后，載體中隱藏的信息不會(huì)被破壞，可以從中提取出完整的信息。這些處理和干擾包括重采樣、有損壓縮、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、濾波、信道噪聲以及破壞信息的人為攻擊。

（4）自恢復(fù)性。

即使在銷(xiāo)毀數(shù)據(jù)之后，也需要能夠基于其余數(shù)據(jù)獨(dú)立于原始數(shù)據(jù)來(lái)還原原始隱藏?cái)?shù)據(jù)。恢復(fù)損壞的數(shù)據(jù)非常重要，因?yàn)閿?shù)據(jù)在傳輸、處理和轉(zhuǎn)換后將不可避免地被破壞。

（5）信息容量。

信息容量指運(yùn)營(yíng)商必須具有一定數(shù)量的能力來(lái)保存機(jī)密信息。這與載體本身的特性、信息隱藏算法有關(guān)，并且取決于對(duì)機(jī)密信息的隱藏和魯棒性的要求。隨著機(jī)密信息量的增加，對(duì)運(yùn)營(yíng)商自身信息的影響和損害不可避免地增加，這增加了暴露的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)降低了隱藏信息的魯棒性。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該合理地選取隱蔽性、魯棒性和信息容量。

2 信息隱藏技術(shù)方法

信息隱藏技術(shù)主要包括以下幾種：數(shù)字水印、可視密碼、潛通道和隱匿協(xié)議。

2.1 數(shù)字水印

數(shù)字水印是信息隱藏常用到的技術(shù)之一，可以在不影響載體的價(jià)值的條件下，將隱秘信息嵌入載體中。其優(yōu)點(diǎn)之一就是不易被人類(lèi)感知系統(tǒng)察覺(jué)到。數(shù)字水印主要有兩種：空間數(shù)字水印和頻率數(shù)字水印。空間數(shù)字水印的原理是通過(guò)改變表示數(shù)字圖像顏色和調(diào)整數(shù)字圖像的視覺(jué)上無(wú)關(guān)緊要的像素來(lái)實(shí)現(xiàn)水印信息的表示。頻率數(shù)字水印的原理是根據(jù)時(shí)間頻率分析和擴(kuò)散頻譜的特征選擇數(shù)字圖像頻率區(qū)域中視覺(jué)最敏感的部分，以使修改后的系數(shù)包含數(shù)字水印信息。

2.2 可視密碼技術(shù)

1994年，Naor和Shamar提出了可視密碼技術(shù)。可視密碼技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于提取隱秘圖像時(shí)不需要復(fù)雜的密碼計(jì)算，可以根據(jù)人的視覺(jué)來(lái)區(qū)分。該方法制作n張無(wú)意義的膠卷，重疊其中的t張膠卷，能夠恢復(fù)其中隱藏的機(jī)密信息。此后，人們對(duì)這種加密技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，主要的改進(jìn)方法如下：這使得制作的n張膠片具有特定的含義并且具有迷惑性。

2.3 潛信道

1978年，Gustavus J Simmons提出了潛信道的概念，隨后進(jìn)行了許多研究，其中潛信道是用于實(shí)現(xiàn)在公開(kāi)信道中建立的秘密通信的信道。大多數(shù)數(shù)字簽名方案包括潛信道通信，最大特征是潛信道包含在數(shù)字簽名中，但是不影響數(shù)字簽名過(guò)程。

2.4 隱匿協(xié)議

隱匿協(xié)議的原理是通過(guò)分析一方的業(yè)務(wù)量來(lái)識(shí)別另一方，可以確保通信信道不被他人竊聽(tīng)。隱秘通信通過(guò)在路由中使用多個(gè)加密層，保證路由的每一層處理不同的數(shù)據(jù)，可以使數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂胶茈y被察覺(jué)到。隱秘通信的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，例如可以用于電子選舉和電子現(xiàn)金的解決方案，防止選民或者購(gòu)買(mǎi)者的身份暴露。

3 信息隱藏技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 隱秘通信

信息隱藏技術(shù)可以用于隱秘通信，將機(jī)密數(shù)據(jù)隱藏到多媒體信息中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)送，由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)比較龐大，因此機(jī)密信息很難被檢測(cè)到。信息隱藏技術(shù)與加密技術(shù)結(jié)合可以保證機(jī)密數(shù)據(jù)發(fā)送的安全性。第一，竊聽(tīng)者不清楚機(jī)密信息的通信過(guò)程，不能在大量的多媒體信息中找到隱藏的數(shù)據(jù)；第二，數(shù)據(jù)嵌入進(jìn)行加密，確保數(shù)據(jù)安全性。

3.2 數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字作品的形式各種各樣，包括數(shù)字圖書(shū)館、數(shù)字書(shū)籍出版、數(shù)字電視和數(shù)字新聞等。數(shù)字作品最重要的問(wèn)題就是版權(quán)問(wèn)題，數(shù)字水印技術(shù)可以很好地解決版權(quán)問(wèn)題。數(shù)字水印以隱藏代碼的形式添加到數(shù)字作品中，數(shù)字水印可以通過(guò)代碼跟蹤非法傳播者。鑒于網(wǎng)絡(luò)上普遍存在的易于修改和易于復(fù)制的數(shù)字媒體的特點(diǎn)，信息隱藏技術(shù)可以將水印嵌入數(shù)字媒體中以保護(hù)版權(quán)。例如，為了追蹤非法源，保護(hù)所有者權(quán)益，可以使用數(shù)字水印控制復(fù)印件，防止無(wú)限復(fù)制和盜版。

3.3 保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性與真實(shí)性

在法律、醫(yī)學(xué)、新聞和商業(yè)中應(yīng)用數(shù)字媒體時(shí)，使用嵌入的水印來(lái)確定信息是否已被更改、偽造或經(jīng)過(guò)特殊處理，以確定其完整性和真實(shí)性。例如，新聞采訪(fǎng)中拍攝的照片應(yīng)加水印以免被更改；司法機(jī)構(gòu)使用的數(shù)字媒體還可以提取水印，以識(shí)別真?zhèn)尾⒋_定其法律效力。

3.4 廣播監(jiān)視

數(shù)字水印可以用于廣播監(jiān)視，將未壓縮的視頻進(jìn)行MPEG-2壓縮，使用安全密鑰嵌入水印。嵌入的水印可以識(shí)別原始廣播者和檢測(cè)非法復(fù)制的內(nèi)容。韓國(guó)廣播公司技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)的水印系統(tǒng)可以保護(hù)數(shù)字電視內(nèi)容的版權(quán)，其服務(wù)對(duì)象包括標(biāo)清視頻（SMPTE 259M）、高清視頻（SMPTE 292 M）、DVD等媒體。標(biāo)清視頻嵌入的水印是64位版權(quán)標(biāo)識(shí)符，高清視頻嵌入的水印是128版權(quán)標(biāo)識(shí)符，廣播監(jiān)視要求數(shù)字水印要有較高的不可見(jiàn)性和較好的魯棒性，但是較高的不可察覺(jué)性要求水印強(qiáng)度低，較好的魯棒性要求水印強(qiáng)度高，因此同時(shí)保證不可察覺(jué)性和魯棒性，需要對(duì)水印強(qiáng)度進(jìn)行折中考慮。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛快發(fā)展，信息安全問(wèn)題越來(lái)越突出，對(duì)信息隱藏技術(shù)的研究就顯得格外重要，同時(shí)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與新技術(shù)的應(yīng)用為信息隱藏技術(shù)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。通過(guò)將信息隱藏技術(shù)與加密技術(shù)結(jié)合，使信息的傳輸過(guò)程更加具有安全性。信息隱藏技術(shù)是跨多領(lǐng)域、學(xué)科的技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息隱藏技術(shù)的研究會(huì)出現(xiàn)更多的新方法和新技術(shù)，具有更廣闊的發(fā)展空間。