信息隐藏技术的研究与实现文献综述

文献综述

1. 国内外研究现状以及研究成果

互联网的迅速发展，为信息隐藏技术提供了巨大的发展看见和应用平台。国际上于1999年在英国剑桥召开了第一届信息隐藏学术会议后，后又于1998年在波兰、1999年在德国、2001年在美国、2002年在剑桥、2004年在加拿大召开了五次信息隐藏学术会议。几次国际性信息隐藏会议有力推动了信息隐藏理论和技术的共同进步。当前，越来越多的研究者认识到了信息隐藏与分析技术的重要性，并且在世界多个国家和地区开展了系统的深入的技术研究工作，在美国国防部等部门的资助下，美国一些高校和实验室陆续开展了信息隐藏技术相关方面的研究，欧洲委员会也对信息隐藏相关的研究项目进行更加深入的研究和实验。国际标准化组织也提出了MPEG-4的框架，允许将视频编码、加密技术和水印技术结合起来^[5]。

信息隐藏技术目前可分为四类：1.隐秘信道。是将原本不打算用于传输信息的信道，用作传输信息的信道。2.伪装术。是将秘密信息隐藏到另一个看似普通的信息中，从而隐藏真实信息的存在，以达到安全通信的目的。伪装术分为基于语义的伪装术和基于技术的伪装术。3.匿名通信。是通过隐藏通信的源和目的的信息来达到信息隐藏的目的。4.版权标识。是在数字化产品中嵌入标记信息，以达到保护版权的目的。版权标识分为鲁棒的版权标识和脆弱的版权标识。水印和指纹属于鲁棒的版权标识范畴。水印又分为不可见水印和可见水印。

随着信息隐藏技术的发展和数字隐写技术的实用化，信息隐藏的算法的实现多采用以下技术：空间域算法、DCT变换域算法、Wavelet变换域方法、RST不变性、量化水印等。

国外提出的软件数字水印算法中有以下几种极具代表性的算法：第一种，一种在C源程序中嵌入用户标志性信息的算法。第二种，Collberg和Thomborson提出的动态图水印算法。第三种，Akito和Hajimu提出的一种针对Java程序的水印算法。

国内对于信息隐藏也十分重视，相继举办了多次关于信息隐藏技术的学术研究讨论会议。我国在1999年12月11日于北京召开了中国首届信息安全学术研讨会（CIHW），此次会议中我国信息安全领域的三位院士何德全、蔡吉、周仲义等与会专家就我国信息安全领域所面临的形势威胁以及信息隐藏技术的发展策略和前景做出分析与讨论，为我国信息安全和信息隐藏技术的进一步发展奠定了坚实的基础。其后，又于2000年在北京、2001年在西安、2002年在大连、2004年在广州、2006年在哈尔滨、2007年在北京、2009年在湖南、2010年在成都、2012年在北京邮电大学、2013年在西安武警工程大学陆续举办了信息隐藏技术学术会议。信息隐藏技术学术会议为相关技术研究者提供了一个多面和便利的学术交流平台，有效推动了国内信息隐藏技术的进步和发展，促进多元交流和学科进步，展示了国内信息安全领域的最新研究成果。

目前国内的信息隐藏技术的理论研究和实验主要以软件源代码和Java字节码为研究对象, 而以PE文件作为信息隐藏载体的公开研究还较少。向PE文件中插入隐秘信息的技术主要集中于文件型病毒技术。当前的文件型病毒感染PE文件的方式有这两种：第一种，病毒在原PE文件的末尾添加一个新节, 把病毒代码附加在新节中;第二种方式, PE文件中存在未使用的区域, 病毒把代码插入这部分未使用区域进行传染破坏。尽管PE文件广泛应用于网络软件当中，但是PE文件相关的信息隐藏技术的研究才刚刚开始^[14]。

1. 发展趋势

信息隐藏技术是近年来信息安全领域逐渐发展起来的一个研究热点，信息隐藏技术作为一个横跨多领域、多学科（数字信息处理、图像处理、密码学、语言处理、视频处理等）的技术体系，决定了信息隐藏技术研究超过的多样性。其中，利用信息隐藏技术进行安全、隐蔽的通信，在军事、情报、政府机要部门中具有重要的应用价值，如利用扩频通信使敌方难以检测和干扰通信信号；使用隐秘的不可见信道进行军事通信，可以封锁信息源，产生无军事机要信息传输的假象，以有效地抵制敌方的信息侦察和信息破坏；还可以利用信息隐藏技术实施伪装，欺骗敌方通信侦察系统等。目前，经过多年的研究与实验，信息隐藏技术已经实现了很大进步，国际存在的先进的信息隐藏技术已经能够实现：含有隐藏信息的信息不仅可以通过人的测验和计算机仪器设备的测验，还能够抵挡各种蓄意攻击的行为。

但是，信息隐藏技术还存在不够完善的问题，没有达到可实用的阶段，仍然有许多技术性问题没有攻克，同时信息隐藏技术还没有形成逐渐的理论体系。其中，信息隐藏技术的研究包括隐藏技术和隐藏分析技术，前者主要用于隐蔽通信，基于数字隐写的隐蔽通信技术以数字媒体为载体，将要发送的秘密信息嵌入到载体信号内部，以不引起外界注意的方式通过公共信道进行信息间的传递；而后者主要用于检测判断传递的多媒体数据中是否含有秘密信息。信息隐藏技术存在着许多问题没有解决，其一是如何确定信息隐藏的最大容量和如何测算信息隐藏算法的隐藏效率，其二是如何测定嵌入信息的失真度，在秘密信息嵌入伪装对象后信息的传输信道等都由伪装对象决定，当伪装对象受到干扰破坏时信息的安全性存在问题。

数字水印方面在理论上的工作包括如何建立更好的水印模型、确定隐藏水印的最大容量, 隐藏水印的最大容量是否能够达到, 嵌入算法的稳健性和抗攻击、构建合适的评价鲁棒性的指标等性能。以数字水印为基础的图像信息隐藏技术分为两类：第一种，变换域数字水印算法，变换域数字水印算法采用了扩展频谱通信的基本技术, 其应用原理为:首先进行离散余弦变换的计算, 即计算DCT, 其次是在变换域中进行水印叠加, 通常叠加到最大的前K系数之中, 表现为图像低频分量。第二种，空间域数字水印算法，空间域水印算法简称空域水印, 是当前很多新型的数字水印算法的依据, 此种算法的基本法则是选择水印图像中最不重要的像素进行信息的随机嵌入, 从而保障水印的不可察觉性。空间域数字水印算法存在信息容易被几何变形、图像量化以及滤波等操作行为干扰与破坏的漏洞^[12]。当前第一代数字水印算法以全局为考虑重点，主要作用于全部图像和视频中，一般在空间域或者变换域中嵌入水印。这种方法的缺点是该方法基于区域或对象，数字水印没有嵌入信息最重要的部分，而且很难抵挡几何攻击，当图像进行各种变换后无法检测。因此第二代数字水印算法的研究迫在眉睫，第二代水印算法是基于内容特征的，将数字水印真正嵌入到图像、视频、音频的重要部分。