基于LSB的图像信息隐藏技术研究


暖U蔓——盟。二丽两-—1丽i基于LSB的图像信息隐藏技术研究黄海波(山西大学商务学院杨森太原030031)摘要信息隐藏技术是信息安全技术的一个分支,是当前国际学术界的研究热点。本文对信息隐藏进行了简要地概述,详细介绍了LSB的基本原理,采用Maflab7.0进行相关仿真实验,论述r基于LSB的图像信息隐藏技术的优势与不足。关键词信息隐藏LSB数字水印中图分类号TP391.4文献标识码A文章编号110308—5690ResearchonImageInformationHidingTechnologyBasedonLSBHuangHaiboYangSen(BusinessCollegeofShanxiUniversityShanxiTaiyuan030031)AbstractTheInformationHidingisInformationhidingtechnologyisabranchofinformationsecuritytechnology,andit'sthecurrentinternationalacademiccircle’Sresearchfocus.ThearticleprovidesanoverviewoftheInformationHiding,introducestheLSBbasicprincipleindetail,usesMatlab7.0tocarryontherelatedsimulationexperiment,anddiscussesthesuperiorityandinsufficiencyaboutImageInformationHidingTechnologybasedonLSB.KeywordsInformationHidingLSBDigitalWatermark随着互联网的快速发展,各种形式的多媒体数字作品纷纷以网络形式发表,但是随之而出现的问题也十分严重,如作品的侵权、篡改等,从而使得数据的安全保护问题日益突出。因此如何既充分利用因特网的便利,又能有效地保护知识产权,已受到人们的高度重视。信息隐藏技术作为网络安全技术的一个重要新兴课题,内容涉及数据隐藏、保密通信、密码学等相关学科领域,作为隐蔽通信和知识产权保护等的主要手段,正得到广泛的研究与应用。一、信息隐藏技术信息隐藏是对信息存在本身以及信息存在位置加以隐藏,从而达到保密的效果。信息隐藏技术利用载体信息的冗余性,将秘密信息隐藏于普通信息之中,通过普通信息的发布而将秘密信息发布出去,可以避免引起其他人注意,从而具有更大的隐蔽性和安全性,十分容易逃过拦截者的破解。作为一种隐藏信息或其他数据存在的方法,信息隐藏技术主要研究如何将某一机密信息秘密隐藏于另一公开的信息载体中,然后通过公开信息的传输来传递机密信息。二、数字水印技术数字水印技术足国际上最新的一门信息隐藏技术。这种被嵌入的水印叮以是任何形式数据如一段文字、标识、序列号等,而且这种水印通常是不可见或不可察的,它与原始数据(如图像、音频、视频数据)紧密结合并隐藏其中。·32‘办公自动化杂志三、时域替换技术目前已经提出的信息隐藏算法中,最常采用的是时域替换技术和变换域技术,本文主要研究时域替换技术。时域替换技术的原理是用秘密信息替换掉数字多媒体信息中的随机噪声。因为任何获取数字多媒体信息的过程都会产生物理随机噪卢,而人对这种随机噪声不敏感,随机噪声被替换为秘密信息后不会被人轻易察觉。四、LSB算法的基本原理对于一个8X8共64个像素点的图像,每一个像素点的灰度值量化时可以取值为0~255,如果转换为二进制,则可以用8为的“0”、“1”二进制串去表示。这样,一个分辨率为mxn的数字图像文件就可以用m×n×8的三维矩阵存储。从高到低町分为8个位平面,分别对应着8个灰度值位所在的平面。对于数字图像,这8个位平面在图像中所代表的莺要程度是不同的。其中最低的1个一2个位基本上噪声,所在的位平面没有太多图像的有用信息,这些位平面信息的改变,对整个图像没有明显的影响。因此,替换这些不重要的位平面信息,町以隐藏秘密信息,同时使人难以察觉。基于最低有效位的图像信息隐藏技术,实际卜是利用图像的视觉冗余。对于灰度图像,人眼不能分辨全部256个灰度等级,4个左右灰度等级的差异人眼是不能区别的。而当对比度比较小时,人眼的分辨能力更差。 万方数据 日%五矿—面竺盟——j阻堕所“可“得日j埔沧㈨图像自々能酤壤中枉高』L层忙r而,【目像对高儿层的修改L嗷敏感,f2}嘲像的蛙怔博平面甚i是最低的儿层位平面几于不含有fi息量.对修改币敏感。(3}uf“用保密情息去替换鲧始藏体的雌慨位平面或最低n培位平面,从而实现信息隐藏+R小会使载体发%视觉J的可觉察性改变。五、实现信息隐藏1、LSB的算浩描述算法朦理用所要隐藏的二值图像左替换载体图像8培位平面中的屉低层.这就是I邱嵌入算法的核心。提取隐藏信息时.只需要将载体图像最低层位平面取出.恢复成二值图像即可。2.嵌^对象的预处理最低有救位的图像信息隐藏算法的优点在于垃计简单、容易耍现,同时这使得攻击暂也根容易提取出战^的数据。如若托们能利用蹦像的置乱变换、棍沌变换或其他方法对曦^的水印信息进行相关的处理,i口么即使攻击并能够容易地提取出水印信息,如若他不知道置乱变换的方法“世街钥.那么他也可能台将水印信息当作噪声而忽略,这样在某种程度上也就加强了数据的隐蔽性.3、确定可嵌入的信息量可嵌^的信息昔是指在掩体时象中Ⅱ“容纳的信息量。如果原始的农印信息不经过预先的处理那么遮十信息最与水印信息量将台有若^接的关系.姐果水印信息%过Ⅱ缔、加密编码之后.那幺”f嵌^的信息鞋与编码后的信息量则有着直接的若系。在术空中,主要0f究的是在掩体对象隐藏血印信息和检剥水印信息所以币需Ⅲ对水印做顶处理。利用最低肓烛位隐藏信息.可嵌^曲信息量,般是摧据所使甩的最低有娥位的位数而定的。如粜使用的是最低一位挪幺可嵌人的情息世则是原始魁像信0的Im,如粜魁蛀后日他的话.就足lH。所“使用的位数越小,那幺黼^的信息z塬蛤周像的影响就越小. 一囤61载体目像六、实验分析1、水印信息的嵌^与提取r信息隐藏载体位圈图像c:m删⋯岫d轴ttl.gs\raaII蛳\桌面\wInterhmD,如图61昕6。耍隐藏的信息:c:∞⋯№nd岛I“n目h“"n桌面/windows系统文件详解m.如羯6.2昕示,文*(0皤鼠0格式c口壹看凹帮助c缈Awi“。。”5系统文件祥解鬻静接。辅助状态指示器一高级”ina2应用程序接口鞴辫网卡驱动程序一动西光标目62待隐藏的信息执行信口隐藏算法:圈6,3隐藏信息成功☆信息隐藏选择伪装图片自迁耀出的臆藏信息的保存路径.如图6.4所示.还原出的文本史件1“Im.如嘲6.5所示。办公自动化杂志驺 ;一一■一■ 谰_ 万方数据 圜UL—旦丽—广—1墨丽~z*(D*镕㈤镕稚∞置§(口*勋(∞21“o。懈系统文件祥瞬蒜器裘嚣弦一一:囊瓷渤茬霹用程序棱。蒜蓊群一动吗巍赴,围6,5还原出的女件2、隐藏位Isb的选取与隐写田像不可Ⅲ性的关§利用Ⅵ^rl^H软件宴现两者的芰系.此妲牧件掰障进Ⅲ默认的lenna坪ay25“Pg水印信息为:_ph^IⅢ如吲6.6所示圈6.6aJphabet文本信息“下为_“日k{Ⅲ的内容(a捌ekh。】kIⅡlno州6I⋯曲de%huklr∞oHo⋯yⅡkdeI曲UkI⋯HH⋯Mabcde妯ⅡkImn"吓⋯y2)下面是在不同佗嵌^水印后的教果图.如图67所Ⅲ。l鬣l瓯c)№#&Isb-7口Jm#&lsb=B目67效%图宴骑结论:奉试骑中【^J{丧示的足每像隶的像素值柏最后一位,Ⅻ默认的uB;1.加^将1蛐值改为2,3..8.明Ⅱ发现随着修疽34办公自动化杂志卜f。1ii磊荔畸1_目6.8攻击与误码率的美§瞳位的增加,倒像的失真越米越明B。3,数字水印常Ⅲ攻击在水印系统的rL能评价过程中.需要对数字水印系统进行攻击试驻,“检验其件能。这起攻击是在实际使用水印系统时有可能舍受到‘攻击”的手段.包括有意和无意的攻击攻击。有意攻击一般是指去昧水印时Ⅲ采取的各种方法.这种攻击通常是恶意的.^意攻.H殷是指古水印的罔像在使用中受到的诸如有损Ⅲ缩蚺蜘噪声影响等处理。4、各种攻击与醣秘信息误码隼的关系)”gjli雏科l“柞法的破坏是黠灭性的;1日时嵌人的水印信息n报存妨受到滤披【目像量化、n何变形的攻.j,破坏。七、结论Ml‘面的实验·T“看出『5B将信息嵌^到随机选择的图像点巾品不重要的像寨付r+这可像*E嵌^的隐写信息是{可”的.mH片操n二简单,实现存易,隐藏信息帚翱时比较大撞足mr使用r州像4、重受的像素位,算法的鲁棒性若,黥q信息很容易为滤波、剖像量化n何变形的操作破坏。d参考文献⋯刘振o#p萍缔情息隐藏技术&麻用【MJ科学出版社,2002午2月(第1版)【2】谣蓉高有{r数‘r图象水印技术研Y£IJl湖南大学学报,2002年4H,第2期Ⅲ崭开祥数字蚓像加密%数字水印拄水研究fDl博L论女浙Ⅱ大学2001年7H『4】Ⅱ小帆、蛾跃伟茅*雌信息靡藏技术方法自I血用m】"l械Ⅲ版社.2001年作者篙舟黄帐渡(1975一)男.m西太学商务学院信息学院.教学r事,助理&济师扬淼i1982一).男,m明太学商务学院信息学院.讲师.研究方向信息安仝日像处理,瓯一瓯r‘●■■■■■■—¨』■IIl■-l—U 万方数据 基于LSB的图像信息隐藏技术研究 作者: 黄海波, 杨森, Huang Haibo, Yang Sen 作者单位: 山西大学商务学院,太原,030031 刊名: 办公自动化(综合版) 英文刊名: OFFICE AUTOMATION 年,卷(期): 2011(3) 参考文献(4条) 1.易开祥 数字图像加密与数字水印技术研究 2001 2.汪小帆;戴跃伟;茅耀斌 信息隐藏技术-方法和应用 2001 3.潘蓉;高有行 数字图象水印技术研究 2002(02) 4.刘振华;尹萍 信息隐藏技术及应用 2002 本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_bangzdh201103012.aspx
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