任師遷

（河南大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，河南開封,475004）

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)成為當(dāng)今社會(huì)最為重要的信息傳送渠道，各種形式的多媒體數(shù)字作品紛紛以網(wǎng)絡(luò)形式傳送和發(fā)表。互聯(lián)網(wǎng)在為人們帶來(lái)巨大方便的同時(shí)，也帶來(lái)了了風(fēng)險(xiǎn)與隱患。盜版活動(dòng)日益猖獗，產(chǎn)權(quán)保護(hù)問題和個(gè)人信息的保密成為信息安全行業(yè)首要解決的問題。

信息安全系統(tǒng)的意義在于保持信息的保密性、完整性和真實(shí)性。傳統(tǒng)信息安全的主要研究領(lǐng)域是信息加密技術(shù)。信息加密的主要思想是隱藏信息的內(nèi)容，使非法攔截者不能輕松獲取機(jī)密信息，以達(dá)到信息安全的目的，但它在保護(hù)版權(quán)及個(gè)人隱私信息方面存在致命弱點(diǎn)。一方面，看似不可識(shí)別的密文也容易在信息傳遞過程中被截獲，即使不能被破解，也能破壞和干擾信息傳遞的過程。另一方面，加密的作用范圍僅僅存在于傳輸過程中，當(dāng)接收者接收到加密信息并將之解密后，機(jī)密信息將變得完全透明，與普通文檔無(wú)異。也就是說，當(dāng)數(shù)字作品一旦被接收者解密后，信息加密也將失去其對(duì)數(shù)字作品的保護(hù)作用。

信息隱藏是一種嶄新的信息安全技術(shù)，它有別于傳統(tǒng)的信息加密技術(shù)，利用載體信息中具有隨機(jī)特性的冗余部分，將機(jī)密信息嵌入到某一公開信息中，隱藏其存在性，進(jìn)而通過公開信息的傳輸來(lái)傳遞機(jī)密信息，使監(jiān)測(cè)者和非法攔截者難以察覺。

1 基于數(shù)字圖像的信息隱藏技術(shù)綜述

1.1 基于數(shù)字圖像的信息隱藏技術(shù)概念

基于數(shù)字圖像的信息隱藏技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是利用數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)冗余。信息隱藏的原理是利用人類的視覺感知系統(tǒng)在不同背景下會(huì)受到不同的影響，當(dāng)背景較強(qiáng)時(shí)，如果疊加信息的信號(hào)較弱且低于對(duì)比度門限，則人類視覺無(wú)法感覺到疊加的信息。

信息隱藏系統(tǒng)的一般化模型如圖1所示

圖1 信息隱藏系統(tǒng)模型

圖2 所示為信息隱藏系統(tǒng)模型。信息隱藏者首先通過嵌入密鑰將需要隱藏的嵌入對(duì)象藏入掩體對(duì)象中，接收方收到包含嵌入對(duì)象的信息后，再利用相應(yīng)的算法和密鑰，從中提取還原嵌入對(duì)象。

1.2 圖像信息隱藏技術(shù)的分類

1996年倫敦會(huì)議上，對(duì)信息隱藏技術(shù)的術(shù)語(yǔ)進(jìn)行了統(tǒng)一和規(guī)范，提出了信息隱藏科學(xué)的框架和分支，如圖2所示，并對(duì)術(shù)語(yǔ)給出了相應(yīng)的解釋。

圖2 信息隱藏技術(shù)分類

信息隱藏的四個(gè)主要分支包括：隱寫術(shù)(Steganography)、掩蔽信道(Covert Channels)、數(shù)字水?。–opyright Marking）和匿名技術(shù)（Anonymity）。

在信息隱藏技術(shù)的分支中，應(yīng)用最廣泛的兩個(gè)技術(shù)是隱寫術(shù)和數(shù)字水印技術(shù)。隱寫術(shù)主要是為了隱藏實(shí)際存在的機(jī)密信息，側(cè)重于利用掩體來(lái)隱藏機(jī)密信息，一般分為基于語(yǔ)義的隱寫和基于技術(shù)的隱寫。數(shù)字水印技術(shù)是保護(hù)版權(quán)信息的有效手段，通過向數(shù)字作品中嵌入版權(quán)信息來(lái)保證數(shù)字作品不被非法復(fù)制或盜版。

2 基于矢量量化的信息隱藏技術(shù)

由于原始圖像在藏入機(jī)密信息后會(huì)使得數(shù)據(jù)量增大而不利于傳輸，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者都把研究的重心聚焦到壓縮領(lǐng)域機(jī)密信息的嵌入。這是因?yàn)閴嚎s后的數(shù)字圖像不僅能夠藏入秘密信息，還能夠縮短數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳送的時(shí)間、減少存儲(chǔ)空間。但是，和沒有壓縮的圖片相比，壓縮后的圖片更難以藏入信息。矢量量化編碼（Vector Quantization）是一種基于區(qū)塊的壓縮方法，該方法對(duì)空間中的每一個(gè)矢量進(jìn)行矢量量化，只傳輸或存儲(chǔ)該矢量的索引值，因此該方法與傳統(tǒng)的信息隱藏方法相比能夠達(dá)到更高的壓縮率，同時(shí)節(jié)約了存儲(chǔ)空間。圖3給出了VQ編碼和解碼的過程。

圖3 VQ編碼和解碼過程

在編碼前，原始圖像被分成了不重復(fù)的區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊大小都是r×l像素，所以每一個(gè)區(qū)塊都能用r×l像素的空間向量表示。VQ基本方法就是用一個(gè)從r×l像素的歐幾里得空間到它的有限子集的映射函數(shù)Q來(lái)關(guān)聯(lián)每一個(gè)區(qū)塊，并且以此來(lái)建立一個(gè)碼書。

在VQ的編碼過程中，計(jì)算出原圖像中每一個(gè)向量X到碼書中的編碼Y i的最小歐幾里得距離，計(jì)算公式如下。

上述公式中，Xj ，Yi,j分別是X和Yi的第j個(gè)元素，當(dāng)找到對(duì)應(yīng)的最小歐幾里得距離之后，索引i就用來(lái)編碼向量X。按此方法循環(huán)進(jìn)行，最終原始圖像全部被索引值編碼。解碼的過程只需要查詢索引表中的索引值來(lái)重建原始圖像。VQ解碼必須使用和編碼時(shí)相同的碼書。正因?yàn)槿绱?，碼書的優(yōu)劣直接影響了VQ壓縮圖像的質(zhì)量。

作為一個(gè)新興的技術(shù)，信息隱藏還有很大的發(fā)展空間。在理論方面，對(duì)信息隱藏技術(shù)的理論研究?jī)H停留在一般性描述上，真正能夠指導(dǎo)信息隱藏技術(shù)實(shí)踐的理論成果并不多，且沒有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在技術(shù)發(fā)展方面，如何減少嵌入算法的計(jì)算量，增強(qiáng)安全性都將是信息隱藏領(lǐng)域下一步研究急需解決的問題。

4 結(jié)論

本文介紹了基于數(shù)字圖像信息隱藏技術(shù)的研究背景、基本概念和研究現(xiàn)狀，并從信息隱藏技術(shù)的系統(tǒng)模型、基本分類入手，介紹了基本的圖像信息隱藏技術(shù)并著重介紹了基于矢量量化的信息隱藏技術(shù)。通過與傳統(tǒng)信息加密技術(shù)的對(duì)比，指出了圖像信息隱藏技術(shù)在信息安全領(lǐng)域具有更好的隱蔽性和不可識(shí)別性。文章的最后指出了圖像信息隱藏技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，為后續(xù)的深入研究打下了良好的基礎(chǔ)。

[1]黃海波，楊森.基于LSB的圖像信息隱藏技術(shù)研究[J].辦公自動(dòng)化，2011，3：32～34

[2]R.M.Gray,Vector quantization,IEEE ASSP Magazine(1984)4-29.

[3]王麗娜等編著.信息隱藏技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程[M].武漢大學(xué)出版社, 2004

[4]B.P fitzmann,Information hiding terminology[C],Proceeding of First Information Hiding Workshop,Cambridge,UK,1996,347-350.

[5]孫圣和,陸哲明著.矢量量化技術(shù)及應(yīng)用[M].科學(xué)出版社,2002

[6]鈕心忻主編.信息隱藏與數(shù)字水印[M].北京郵電大學(xué)出版社, 2004

[7]孫圣和,陸哲明,牛夏牧等著.數(shù)字水印技術(shù)及應(yīng)用[M].科學(xué)出版社, 2004

[8]陳琦,王炳錫.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信息隱藏與數(shù)字水印技術(shù).網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2001，7：19-22.