掩密技术是一门秘密通信技术,其目的在于隐藏信息的存在,而不是像密码学那样仅隐藏信息的内容。数字图像、视频文件、声音文件以及其他计算机文件中包含大量人体感觉不到的冗余信息,可用作传递秘密信息的载体。将信息嵌入这些载体中就形成了人们视觉、听觉以及其他感观所难以检测到的实体。
如同密码分析试图破解密码一样,掩密分析以破坏掩密为目的,它是一门检测隐匿信息存在的技术,包括对隐匿信息的检测、提取和破坏。掩密分析技术是信息隐藏领域的研究难点和重点。
1、掩密技术
掩密系统的结构如图1所示。
图1:掩密系统的结构
掩密技术可应用于多个领域,如:图像技术、音频技术、视频技术、文本通信等领域,目前信息隐藏技术正逐渐走向成熟。在基于图像的信息掩密技术中,有两种掩密技术:基于时空域的掩密技术和基于频率域的掩密技术。基于时空域的掩密技术相对简单,通常采用最小有效位(LSB)嵌入的方法;基于频率域的掩密技术首先把载体变换到频率域,将信息隐藏在频率域的系数中。通常采用的频率域方法有:傅立叶变换、离散余弦变换(DCT)、小波变换等。对于掩密技术,有两个重要的衡量指标,即隐秘性和鲁棒性。
通常在载体中嵌入一定数量的消息应该不会给原始载体带来可感知的降质,但是,随着嵌入信息的增加,载体的降质会逐渐明显起来。对嵌入的信息应要求具有一定的鲁棒性,能够抵抗载体的多种变换操作,而不破坏隐藏的信息。掩密技术的发展可以分为4代,被列于下表1中。
表1:4代掩密技术介绍
目前随着信息掩密技术的发展,掩密信息的检测变得越来越困难。
2、掩密分析技术
掩密分析技术是伴随着信息掩密技术而产生的,它是对信息掩密的攻击技术。这很类似于加密技术与密码分析技术的关系。掩密分析技术主要是为了检测隐秘信息的存在或破坏隐秘的通信。
掩密分析技术可分为3种:
1)攻击。对隐秘载体的破坏,以使信息无法被提取。
2)检测。判断隐藏信息是否存在。
3)破解。截取隐秘载体后,分析出隐藏的信息。
基于图像的信息掩密检测技术可以分为两种:
1)时空域方法。主要用于检测基于时空域嵌入方法的信息隐藏,如:LSB嵌入方法。时空域方法实现简单,但检测能力有限。
2)频率域方法。对于嵌入信息的数字图像,在频域呈现出与原始图像不同的特性,利用这种特性可以检测是否存在信息嵌入。常用的频域方法有:傅立叶变换、拉普拉斯变换、离散余弦变换和小波变换等方法。
掩密分析的方法有很多,根据获取的对像素进行分类,大致有4种:已知载体分析、已知消息分析、选择消息分析、已知隐藏分析。
类似于网络安全中的入侵检测系统,基于图像的信息隐藏检测系统的检测方法有两种:
1)基于签名的检测方法
针对已知的隐藏算法和工具,研究其特征,从而判定是否存在该算法或工具实现的信息隐藏。该方法的优点是检测准确性高,可以分辨嵌入的算法和工具,缺点是无法检测未知的隐藏算法和工具。
2)基于统计的检测方法
在信息嵌入到数字图像中后,改变数字图像的统计特性,根据统计的偏离判定是否存在信息隐藏。该算法的优点在于寻求某类图像或算法的检测方法,而不是针对于某个工具、算法,具有较强的检测能力,缺点是检测准确性受外界因素影响大,无法分辨是哪一种隐藏工具和算法。
常用的检测线索有:图像中是否有扩大的噪声;图像是否有扩大的图像填充;是否存在非正常的调色版项,如过多的黑色项。
衡量基于图像的信息隐藏检测系统的技术指标包括检测速度和检测的准确性。
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