黃超

摘 要：隨著信息技術的發(fā)展，信息安全問題越來越受到人們的重視。信息隱藏作為保障信息安全的新技術，為研究信息安全提供了一個新的方向。該文綜述了信息隱藏的方式、方法，分析了基于多媒體文件的信息隱藏原理，實現(xiàn)了在多媒體音視頻文件中數(shù)據(jù)隱藏的技術應用，并展望了多媒體信息隱藏技術的發(fā)展前景。

關鍵詞：信息隱藏 數(shù)據(jù)嵌入 多媒體

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）02（b）-0017-02

互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展、電子政務、電子商務的普及，對信息的安全存儲、傳輸及訪問提出了新的挑戰(zhàn)。信息隱藏作為保障信息安全的新技術，為研究信息安全提供了一個新的方向。先進的信息隱藏技術使隱藏的信息不但能經受人的感覺和儀器設備的檢測，而且還能抵抗各種人為的蓄意攻擊?；诙嗝襟w的信息隱藏技術在當前互聯(lián)網(wǎng)隱藏通信領域，特別是在迫切需要解決的版權保護、信息安全等方面具有重要的研究及應用價值。

1 信息隱藏的方式

1.1 傳輸隱藏

在通信系統(tǒng)的信道中隱藏信息。在保障通信信號質量的前提下，利用通信壓縮編碼中的資源，嵌入壓縮的信息編碼，形成秘密通信信道。同時數(shù)據(jù)通信中的ip包或tcp包，均有未使用的保留空間，可用來傳輸隱藏信息。比如，ip包的時間戳可嵌入秘密數(shù)據(jù)進行傳送。

1.2 載體隱藏

在文本、圖像、聲音、可執(zhí)行文件等載體中嵌入秘密信息，可實現(xiàn)信息隱藏。如將秘密信息插入圖像文件中對人的視覺系統(tǒng)不敏感的比特位；利用可執(zhí)行文件中的冗余信息，加載秘密信息等。

1.3 存儲隱藏

利用計算機系統(tǒng)中保留或未使用的空間保存秘密信息，通過隱藏分區(qū)、操作系統(tǒng)中未使用的空間來隱藏信息?；蛘咄ㄟ^外掛的usb、光盤和云存儲空間實現(xiàn)信息隱藏。

2 信息隱藏的實現(xiàn)方法

2.1 替換

就是互換秘密信息與載體中不重要的比特。即改變隱藏消息中的字節(jié)或字節(jié)順序，讓人們感知不到文件內容的變化，它不會在載體文件中增加新內容。常用的替換方法：一是最低比特位替換。是將某幾位比特替換成秘密信息的相應比特；二是偽隨機置換。是把秘密信息比特近似隨機地分散在整個載體中，因插入比特的順序是無規(guī)律的，從而增加了檢測及被攻擊的復雜度。三是載體區(qū)域和奇偶校驗位替換。是將載體不同區(qū)域的奇偶校驗位與其內嵌入的信息比特反轉，使二者相等，排列起來重構信息。四是osi網(wǎng)絡協(xié)議幀結構替換。就是將秘密信息插入tcp/ip包中未使用的空間，形成一個秘密的通信信道。

2.2 插入

插入方法不會改變原始數(shù)據(jù)，但增加了文件的額外數(shù)據(jù)。因此通過插入方法隱藏消息會有一些額外內容，比如，文件制作工具的標識。這種方法通常會利用文件格式中的空白部分。常見的插入法有：追加插入法，是在文件末尾附加數(shù)據(jù)。在不導致文件損壞的前提下可以在多種類型的文件后追加數(shù)據(jù)； 前置插入法，可插入批注內容的文件都可被插入數(shù)據(jù)，比如可在HTML和JPEG文件的標識符區(qū)域隱藏大量的數(shù)據(jù)。除此之外，基于變形技術、神經網(wǎng)絡等信息隱藏方法也在研究中。

3 多媒體音、視頻文件信息隱藏技術

互聯(lián)網(wǎng)時代，數(shù)字音樂、播客、視頻電話和媒體流等各種多媒體得到廣泛傳播使用，它們改變了我們的溝通方式。我們使用多媒體來傳播思想、培養(yǎng)員工、吸引客戶，當然也會被另有用心的人用來傳輸隱蔽消息、泄漏知識產權和組織內部機密。

3.1 數(shù)字音頻中的數(shù)據(jù)隱藏

音頻文件作為數(shù)據(jù)隱藏的載體有其特有的優(yōu)勢：人類的聽覺系統(tǒng)有其局限性，利用這些局限性欺騙人耳從而達到隱藏數(shù)據(jù)的目的；隨著MP3文件的普遍使用和iPad等音樂播放器的出現(xiàn)，大量的數(shù)字音頻文件在全世界流通，帶有隱藏信息的音頻文件更容易混淆其中。載體文件越來越大，這意味著可以在其中隱藏非常多的載荷。例如，可以在一首歌曲中隱藏莎士比亞的所有作品。

最常用的音頻數(shù)字化方法是對模擬音頻信號進行取樣并保存一些樣本，用這些樣本來重建原始的音頻信號。重建覆蓋整個人類聽覺頻譜（22.5 kHz）高質量錄音文件，需要每秒采樣44 100次。由于音樂通常都是立體聲（雙聲道）的，所以一個立體聲音樂每秒要進行88 200次采樣。這些樣本值極有可能被用來隱藏數(shù)據(jù)。而且這些采集的樣本值都是以有符號16位整數(shù)形式存在的，即 -32 768～+32 768。因此，改變這些樣本值的最低有效位（LSB），只會略微影響模擬信號的效果。音頻文件的這個特性說明它是可以用來隱藏數(shù)據(jù)的良好載體。

3.2 在.wav文件中隱藏數(shù)據(jù)

修改16位整數(shù)的最低有效位以編碼隱藏信息。如我們提取某一.wav文件的右聲道的前8個樣本，然后將樣本值由小端序轉換為大端序，再將每個值的最低有效位依次替換為字母“A”的ASCII碼的二進制位，可以得出兩點結論：（1）每替換一個8位的ASCII碼需要使用8個樣本；（2）此例中的8個樣本值只改變了5個，因為其他3個最低有效位不需要修改，因此這種替換并沒有引起可察覺的改變。如果要隱藏8 000字節(jié)的信息只需要修改大約32 000個樣本，而不是64 000個。因此，波形文件通過LSB隱藏的數(shù)據(jù)是很難察覺的。

3.3 在高級音頻文件中隱藏數(shù)據(jù)

針對高級音頻文件（如MP3或AAC）的數(shù)據(jù)嵌入可借助一些工具軟件實現(xiàn)，如MP3Stego采用一種特殊的量化方法，將數(shù)據(jù)隱藏在MP3文件的奇偶校驗塊中。MP3編碼器將。wav文件和一個要隱藏的載荷文件作為輸入，生成一個新的MP3文件。采用這種方法的載荷文件不能太大，一個5 MB的全頻譜波形音頻文件最多只能嵌入5 kB的信息，嵌入率約為0.1%。

3.4 數(shù)字視頻中的數(shù)據(jù)隱藏

基于數(shù)字視頻文件的數(shù)據(jù)隱藏有可能成為隱藏通信的首要手段，主要原因在于如今流通的視頻文件容量之大、數(shù)量之多，以及通過互聯(lián)網(wǎng)和虛擬云中視頻交換的普遍存在。借助工具軟件，可在壓縮和非壓縮的視頻文件中嵌入數(shù)據(jù)。如TCStego是個新式數(shù)據(jù)隱藏武器，它在加密的基礎上增加了隱寫掩蓋功能，可以把包含外層卷和內層卷（隱藏卷）的TrueCrypt容器隱藏到MP4或QuickTime多媒體文件中，這使得處理后的文件運行時既可以是一個標準和多媒體文件，也可以是一個可掛載的TrueCrypt卷。

典型的視頻文件的簡化結構包括文件類型，媒體數(shù)據(jù)MDAT和采樣表塊偏移STOC。通過操作MADT和STCO，TCStego可以嵌入一個不包含原始音頻或視頻，卻含有TrueCrypt隱藏卷的內容的數(shù)據(jù)塊，在嵌入數(shù)據(jù)的過程中會丟棄外層卷，但內層卷還是完整的，因此，如果用十六進制編輯器查看視頻文件，不會看到MDAT中有任何可疑數(shù)據(jù)，播放媒體文件也不會有任何異常。

4 結語

要隱藏較大的數(shù)據(jù)塊時，通常會選擇使用多媒體文件作為載體，因為多媒體文件本身的體積就很大。多媒體文件可以隱藏的數(shù)據(jù)量多，質量更好。多媒體文件嵌入數(shù)據(jù)后，音頻或視頻效果基本不受影響。因此，基于多媒體音、視頻文件的數(shù)據(jù)隱藏技術應用前景十分廣闊，必將吸引廣大圖像、語音、網(wǎng)絡、人工智能等領域的研究者加入這一行列，從而推動信息安全技術更快地發(fā)展。

參考文獻

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