愛(ài)華網(wǎng)? 內(nèi)容摘要：在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，人們對(duì)信息安全給予了更多關(guān)注。信息隱藏領(lǐng)域已經(jīng)成為信息安全的焦點(diǎn)。因?yàn)槊總€(gè)Web站點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)通信都依賴于多媒體，如音頻、視頻和圖像等。而信息隱藏這項(xiàng)技術(shù)將秘密信息嵌入到多媒體中，并且不損壞原有的載體。在沒(méi)有專門檢測(cè)工具的情況下，第三方既覺(jué)察不到秘密信息的存在，也不知道存在秘密信息。因此密鑰、數(shù)字簽名和私密信息都可以在Internet上安全的傳送。本文主要研究信息隱藏在信息技術(shù)發(fā)展中的推動(dòng)作用。
關(guān)鍵詞：信息安全 信息技術(shù) 信息隱藏 隱寫術(shù)
目前，隨著因特網(wǎng)的普及、信息處理技術(shù)和通信手段的飛速發(fā)展，使圖像、音頻、視頻等多媒體信息可以在各種通信網(wǎng)絡(luò)中迅速快捷的傳輸，給信息的壓縮、存儲(chǔ)、復(fù)制處理等應(yīng)用提供了更大的便利。同時(shí)，也為信息資源共享提供了條件，目前網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為主要的通訊手段。各種機(jī)密信息，包括國(guó)家安全信息、軍事信息、私密信息（如信用卡賬號(hào)）等都需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，但互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)開放的環(huán)境，在其上傳輸?shù)拿孛荜P(guān)系著國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和個(gè)人穩(wěn)私等方方面面的安全，所以信息安全在當(dāng)今變得越來(lái)越重要。 信息安全的類型 信息安全主要有兩個(gè)分支：加密技術(shù)和信息隱藏。加密技術(shù)（Cryptography）已經(jīng)為人們所熟悉，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。加密技術(shù)研究已有多年，有許多加密方法，但是由于加密明確的告知用戶，此文件或其他媒介已經(jīng)進(jìn)行過(guò)加密，竊密者必將利用各種破解工具進(jìn)行破解，得到密文。雖然加密長(zhǎng)度和強(qiáng)度一再增加，但破解工具也在加強(qiáng)。并且由于計(jì)算機(jī)性能的飛速發(fā)展，使解密時(shí)間縮短，所以加密術(shù)的使用局限性已見(jiàn)一斑。
信息隱藏，信息隱藏可以追溯到公元1499年，它的歷史久遠(yuǎn)。但是直到20世紀(jì)90年代，在IT界，人們才賦予了它新的內(nèi)容，使之成為繼加密技術(shù)之后，保護(hù)信息的又一強(qiáng)有力的工具。信息隱藏與傳統(tǒng)的信息加密的明顯區(qū)別在于，傳統(tǒng)的加密技術(shù)以隱藏信息的內(nèi)容為目的，使加密后的文件變得難以理解，而信息隱藏是以隱藏秘密信息的存在為目標(biāo)。所以科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使信息隱藏技術(shù)在信息時(shí)代又成為新的研究熱點(diǎn)。它既發(fā)揚(yáng)了傳統(tǒng)隱藏技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，又具有了現(xiàn)代的獨(dú)有特性。對(duì)于研究信息安全方向的學(xué)者而言，研究信息隱藏是很有意義的，也是刻不容緩的。
信息隱藏的相關(guān)研究 在信息隱藏的研究中，主要研究信息隱藏算法與隱蔽通信。在信息隱藏算法中，主要有空間域算法和變換域算法。最典型的空間域信息隱藏算法為L(zhǎng)SB算法，最典型的變換域算法是小波變換算法。由于LSB算法的魯棒性比較差，相關(guān)的研究改進(jìn)工作都是提高其魯棒性。對(duì)于小波變換算法，由于小波變換具有良好的視頻局部特性，加上JPEG2000和MPEG4壓縮標(biāo)準(zhǔn)使用小波變換算法取得了更高的壓縮率，使得基于小波的變換的信息隱藏技術(shù)成為目前研究的熱點(diǎn)。一般根據(jù)人類的視覺(jué)特點(diǎn)，對(duì)秘密信息用一定的比例進(jìn)行小波壓縮，壓縮過(guò)程增加了數(shù)據(jù)的嵌入容量。然后量化小波系數(shù)并轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制流數(shù)據(jù)。對(duì)載體信號(hào)同樣進(jìn)行小波變換，選擇適當(dāng)?shù)男〔ㄏ禂?shù)及嵌入?yún)?shù)嵌入信息。因?yàn)樾〔ㄓ袔资N，每種小波的特性不同，參數(shù)的選取也不同，所以必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)，篩選出隱蔽性較好、容量較大的方法，從而使不可感知性、魯棒性與容量三者之間達(dá)到平衡。另外，還可以先對(duì)偶數(shù)點(diǎn)的小波系數(shù)與之相鄰的兩點(diǎn)的小波系數(shù)的平均值來(lái)替換，這個(gè)平均值稱為插值，作為秘密數(shù)據(jù)嵌入的位置。 信息隱藏的實(shí)施階段一般而言，信息隱藏是分為四個(gè)階段：預(yù)處理階段、嵌入階段、傳輸階段和提取階段。為了使每個(gè)階段都達(dá)到安全，所以必須在預(yù)處理階段，引入加密術(shù)中的加密算法。在嵌入階段，使用基于小波的隱藏信息的算法，在傳輸階段，進(jìn)行隱蔽通信，從而使用傳輸階段也是安全的。所以這套信息隱藏的處理方案，將形成一個(gè)安全的體系，因此即能隱藏秘密信息的內(nèi)容，也能隱蔽通信的接收方和發(fā)送方，從而建立隱藏通信。
信息隱藏的應(yīng)用范圍
信息隱藏的優(yōu)勢(shì)決定了其具有廣泛的應(yīng)用前景，它的應(yīng)用范圍包括：電子商務(wù)中的電子交易保護(hù)、保密通信、版權(quán)保護(hù)、拷貝控制和操作跟蹤、認(rèn)證和簽名等各個(gè)方面。信息隱藏主要分為隱寫術(shù)和數(shù)字水印，數(shù)字水印技術(shù)主要用于版權(quán)保護(hù)以及拷貝控制和操作跟蹤。在版權(quán)保護(hù)中，將版權(quán)信息嵌入到多媒體中（包括圖像、音頻、視頻、文本），來(lái)達(dá)到標(biāo)識(shí)、注釋以及版權(quán)保護(hù)。數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)很成熟。信息隱藏的另一個(gè)分支為隱寫術(shù)，隱寫術(shù)的分類的依據(jù)不同：可以按隱寫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類：分為純隱寫術(shù)、密鑰隱寫術(shù)和公鑰隱寫術(shù)；按隱寫空間分類：可以分為信道隱秘、空域隱寫、變換域隱寫；按隱寫載體分類可以分為文本隱寫、語(yǔ)音隱寫、視頻隱寫和二進(jìn)制隱寫。
信息隱藏技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義 在網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的今天，信息隱藏技術(shù)的研究更具有現(xiàn)實(shí)意義。將加密技術(shù)融合到信息隱藏技術(shù)中來(lái)，并將信息隱藏中的子分支數(shù)字水印中的經(jīng)典算法加以改進(jìn)也融合進(jìn)信息隱藏技術(shù)，使整個(gè)信息隱藏過(guò)程達(dá)到理論上的最高安全級(jí)別。所以基于算法的隱蔽通信研究具有不可估量的現(xiàn)實(shí)意義。信息隱藏技術(shù)是近幾年來(lái)國(guó)際學(xué)術(shù)界興起的一個(gè)前沿研究領(lǐng)域。特別是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，信息隱藏技術(shù)的研究更具有現(xiàn)實(shí)意義。目前，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，需要采用?shù)據(jù)傳輸加密技術(shù)、信息隱藏技術(shù)、數(shù)據(jù)完整性鑒別技術(shù)；為保證信息存儲(chǔ)安全，必須保證數(shù)據(jù)庫(kù)安全和終端安全。信息安全的研究包括兩個(gè)主要研究方向：信息加密與信息隱藏。在信息安全的研究理論體系和應(yīng)用體系中，密碼技術(shù)已經(jīng)歷了長(zhǎng)期的發(fā)展，形成了較完整的密碼學(xué)理論體系，有一系列公認(rèn)的、經(jīng)典的可靠的算法，然而，在現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的條件下的信息隱藏，雖然可以追溯到公元前，但其完備的理論體系還尚未建立。信息隱藏與傳統(tǒng)的信息加密有明顯的區(qū)別，傳統(tǒng)的密碼術(shù)以隱藏信息的內(nèi)容為目的，使加密后的文件變得難以理解，而信息隱藏是以隱藏秘密信息的存在為目標(biāo)。
作為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的新的信息安全技術(shù)，信息隱藏方法的研究及應(yīng)用在學(xué)術(shù)和軍事、政務(wù)方面倍受關(guān)注，國(guó)際上已經(jīng)召開了幾屆信息隱藏學(xué)術(shù)會(huì)義，國(guó)際會(huì)議先后在1996年在英國(guó)劍橋、1998年在美國(guó)波特蘭、1999年在德國(guó)雷斯頓，2001年在美國(guó)匹茲堡召開。信息隱藏方面的研究越來(lái)越深入。另外，在國(guó)際上，劍橋大學(xué)、IBM研究中心，NEC美國(guó)研究所、麻省理工學(xué)院等許多科研單位都成立了專門的部分進(jìn)行這一領(lǐng)域的研究。歐洲委員會(huì)也對(duì)相應(yīng)的研究項(xiàng)目進(jìn)行深入研究。國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)組織也提出了MPEG-4的框架，允許方便的將視頻編碼與加密技術(shù)和水印技術(shù)結(jié)合起來(lái)。
在國(guó)內(nèi)，對(duì)信息隱藏也給予了高度重視。中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所、清華大學(xué)、北京大學(xué)、北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)安全中心等都與國(guó)際同步正在進(jìn)行許多高水平的研究。1999年在我國(guó)何德全院士、周仲義院士、蔡吉人院士與有關(guān)應(yīng)用研究單位在北京聯(lián)合發(fā)起召開了我國(guó)第一屆信息隱藏學(xué)術(shù)會(huì)議，2000年在北京，2001年在西安、2002年在大連分別舉行了會(huì)議。在2004年，廣州中山大學(xué)舉行了全國(guó)第五屆信息隱藏學(xué)術(shù)年會(huì)，在2006年，將在哈爾濱工業(yè)大學(xué)舉行第六屆信息隱藏學(xué)術(shù)年會(huì)。另外，在2004年國(guó)家自然科學(xué)基金課題中，信息工程大學(xué)的平建西教授申請(qǐng)了信息隱藏的國(guó)家自然科學(xué)基金課題并得到了資助。
信息隱藏的計(jì)算和技術(shù)實(shí)施策略 在信息隱藏算法中，主要有空間域算法和變換域算法。最典型的空間域信息隱藏算法為L(zhǎng)SB算法。LFTurnet與RGVan利用LSB算法將信息隱藏在音頻和數(shù)字圖像中。Bender提出了通過(guò)修改調(diào)色板統(tǒng)計(jì)信息來(lái)嵌入秘密數(shù)據(jù)庫(kù)的隱藏算法。Patchwork方法采用隨機(jī)技術(shù)選擇若干對(duì)像素，通過(guò)調(diào)節(jié)每對(duì)像素的亮度和對(duì)比度來(lái)隱藏信息，并保證這種調(diào)整不影響圖像的整體觀感。丁瑋從數(shù)字圖像的透明疊加方法出發(fā)，提出了基于融合的數(shù)字圖像信息隱藏算法。并根據(jù)七巧板的游戲原理，提出了隱藏?cái)?shù)字圖像的Tangram算法，Marvel將數(shù)字圖像看作嗓聲，提出了空間域中的擴(kuò)頻數(shù)據(jù)隱藏方法。Lippman使用信號(hào)的色度，提出了在國(guó)家電視委員會(huì)的色度信道中隱藏信息的方法。Liaw和Chen提出了將秘密圖像嵌入到載體圖像中的灰度值替方法，為了適合灰度值替換，Wu和Tsai提出了使用圖像差分的改進(jìn)方法；Wu和Tsai還在人類視覺(jué)模型的基礎(chǔ)上，提出了在數(shù)字圖像中嵌入任何類型數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)隱藏方法；Tseng和Pan提出了一種安全的、大容量的數(shù)據(jù)隱藏算法；Provos通過(guò)隨機(jī)嵌入和糾錯(cuò)編碼的方法改進(jìn)了信息隱藏的性能，Solanki等從信息論的角度出發(fā)，將視覺(jué)標(biāo)準(zhǔn)引入到通過(guò)量化來(lái)嵌入信息的方法，并由此提出了一種高容量的信息隱藏算法。在變換域算法中，正交變換的形式可以有離散傅立葉變換（DFT），離散余弦變換（DCT），小波變換（Wavelet）等。由于變換域算法利用了人眼對(duì)于不同空間頻率的敏感性，在適當(dāng)?shù)奈恢们度胄畔⒕哂懈玫聂敯粜院筒豢捎X(jué)察性。容量也較高，所以變換域隱藏算法比空間域算法復(fù)雜。
最具代表性的變換域算法是Cox在1995年提出的擴(kuò)頻算法。Andreas Westfel和Pitas分別提出了通過(guò)模擬圖像水平或者垂直移動(dòng)將秘密數(shù)據(jù)嵌入到圖像的DCT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)隱藏算法，管曉康提出了Pitas算法的改進(jìn)算法，克服了該算法中嵌入數(shù)據(jù)量小的缺點(diǎn)。丁瑋成功地將該算法修改并在小波域中運(yùn)算該算法，并通過(guò)置亂技術(shù)改進(jìn)了Pitas算法中的隨機(jī)數(shù)策略，消除了誤判的可能性。
Cabin提出了數(shù)據(jù)隱藏的信息論模型，并引入了概念e-安全。如果載體信號(hào)和載密信號(hào)的概率分布的相關(guān)熵小于e，那么稱數(shù)據(jù)隱藏系統(tǒng)是e安全的。如果e=o,那么數(shù)據(jù)隱藏系統(tǒng)是絕對(duì)安全的。Mittelholzer從信息論的角度出發(fā)，提出了數(shù)據(jù)隱藏算法，并以互信息來(lái)描述數(shù)據(jù)隱藏算法的安全性與魯棒性。Shin在Cabin信息論模型的基礎(chǔ)理論上，提出了在任何滿足條件的載體數(shù)據(jù)中嵌入秘密數(shù)據(jù)的絕對(duì)安全的一次哈希數(shù)據(jù)隱藏算法。Zollner等提出的安全模型也是利用信息理論來(lái)衡量數(shù)據(jù)隱藏系統(tǒng)的安全性。Sunlivan也從信息論的角度出發(fā)，對(duì)數(shù)據(jù)隱藏的安全性進(jìn)行了分析。
Ettinger得出了數(shù)據(jù)嵌入的最佳策略。Marvel假定數(shù)據(jù)圖像是在數(shù)據(jù)隱藏的加性信道，對(duì)該 數(shù)據(jù)隱蔽通道的容量進(jìn)行了分析。蘇育挺提出了改進(jìn)的加性數(shù)據(jù)隱蔽通道模型。Barni假定離散余弦系統(tǒng)離散傅立葉變換系數(shù)分別為零均值高斯分布和Weibull分布，分析了變換域中信道容量。
科學(xué)的發(fā)展、新技術(shù)和新工藝的應(yīng)用，為信息隱藏技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。信息隱藏技術(shù)作為一個(gè)跨多領(lǐng)域、多學(xué)科（數(shù)字信號(hào)處理、圖像處理、模式 識(shí)別、數(shù)字通信、多媒體技術(shù)、密碼學(xué)、語(yǔ)音處理等）的技術(shù)體系，由于它與具體的應(yīng)用密切相關(guān)，這也決定了信息隱藏技術(shù)研究成果的多樣性以及信息隱藏技術(shù)研究的不完善性，仍有許多技術(shù)問(wèn)題需要解決。但可以相信，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息隱藏將有更多巧奪天工的新創(chuàng)意、新方法和新技術(shù)，將有更加廣闊的發(fā)展空間。
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