王明月

摘 要：信息隱藏是21世紀(jì)初開(kāi)始被關(guān)注的一門(mén)新興的信息安全技術(shù)，是傳統(tǒng)加密技術(shù)的有力補(bǔ)充。經(jīng)過(guò)十多年的研究，信息隱藏技術(shù)得到飛速發(fā)展，并在相關(guān)領(lǐng)域得到應(yīng)用。最初信息隱藏主要是以圖像為隱藏載體，但近年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)帶寬的增長(zhǎng)以及流媒體技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)流媒體應(yīng)用已經(jīng)深入影響社會(huì)生活的方方面面，并且已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)中最主要的網(wǎng)絡(luò)流量。因此，信息隱藏也開(kāi)始采用網(wǎng)絡(luò)流媒體作為隱藏載體，因而岀現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)信息隱藏這新的研究方向。

關(guān)鍵詞：信息隱藏 網(wǎng)絡(luò)隱蔽通信

以網(wǎng)絡(luò)流媒體為載體實(shí)現(xiàn)信息隱藏，具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。首先，網(wǎng)絡(luò)流媒體數(shù)據(jù)的“海量”特點(diǎn)為信息隱藏提供了“天然隱蔽屏障”，也為流媒體隱蔽通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。以互聯(lián)網(wǎng)海量的流媒體為隱藏載體，發(fā)送者將秘密信息實(shí)時(shí)地隱藏其中進(jìn)行傳輸；接收者實(shí)時(shí)提取秘密信息，且不保存流媒體載體信息。這樣使得秘密信息的“存在性”得到了掩蓋，極大地增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)隱蔽通信的隱蔽性，減少了被攻擊的概率。因此，基于網(wǎng)絡(luò)流媒體的隱蔽通信技術(shù)將具有巨大的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1.現(xiàn)代信息隱藏技術(shù)的發(fā)展

計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)及數(shù)字多媒體的發(fā)展為信息隱藏技術(shù)提供了新的發(fā)展空間和技術(shù)手段。國(guó)際上正式提出現(xiàn)代信息隱藏技術(shù)的研究是在1992年，1996年5月30日～6月1日，在英國(guó)劍橋大學(xué)召開(kāi)了第一屆國(guó)際信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)（ The First InternationalWorkshop on Informat1 on Hiding，IHW1996），這標(biāo)志著“信息隱藏學(xué)”的正式誕生。在國(guó)內(nèi)，何德全、周仲義和蔡吉人三位院士于1999年在北京聯(lián)合號(hào)召發(fā)起了第一屆全國(guó)信息隱藏學(xué)術(shù)會(huì)議，這標(biāo)志著我國(guó)信息隱藏技術(shù)研究正式開(kāi)始。至2015年3月，全國(guó)信息隱藏學(xué)術(shù)會(huì)議已經(jīng)召開(kāi)十二屆，期間還召開(kāi)了許多次專門(mén)學(xué)術(shù)交流會(huì)。信息隱藏技術(shù)發(fā)展至今，己涉及多個(gè)學(xué)科，如密碼學(xué)、信息處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、生理和心理學(xué)等，信息與網(wǎng)絡(luò)的安全需求不斷提升。經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展以及數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，信息隱藏被賦予了新的含義，人們開(kāi)始研究如何在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中隱藏信息。同時(shí)，各種現(xiàn)代化的理論和數(shù)學(xué)工具也被用于信息隱藏中，慢慢形成和豐富了信息隱藏自身的理論基礎(chǔ)信息和理論資源，多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼與擴(kuò)頻通信技術(shù)的發(fā)展為信息隱藏提供了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。信息隱藏技術(shù)已經(jīng)成為信息安全領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)，它在保護(hù)網(wǎng)絡(luò)信息安全領(lǐng)域起到重要作用。它在工業(yè)界、商業(yè)界和軍事界都具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.信息隱藏技術(shù)的特點(diǎn)

（1）魯棒性（ robustness）。指隱藏秘密信息必須能在隱藏載體進(jìn)行變換操作情況下不會(huì)發(fā)生破壞。在載體產(chǎn)生失真的情況下，隱藏信息仍然能保持一定的完整性，并能以一定的正確概率被檢測(cè)到。也就是說(shuō)，常用的信號(hào)處理操作不應(yīng)該引起隱藏信息的丟失，保持原有隱藏信息的完整性和可靠性。對(duì)隱藏載體的變換操作一般包括數(shù)/模、模/數(shù)轉(zhuǎn)換；再取樣再量化和低通濾波；剪切、位移；對(duì)圖像進(jìn)行有損壓縮編碼，如變換編碼、矢量量化；對(duì)音頻信號(hào)的低頻放大，等等。

（2）安全性（ security）。指隱藏算法必須能夠承受一定程度的人為攻擊，而使隱藏的信息在人為攻擊下不被破壞。理想情況是對(duì)手不能檢測(cè)到載體中是否包含隱藏信息。信息隱藏技術(shù)與信息加密一樣，要把對(duì)信息的保護(hù)轉(zhuǎn)化為對(duì)密鑰的保護(hù)。因此，在設(shè)計(jì)一個(gè)信息隱藏系統(tǒng)時(shí)，密鑰的產(chǎn)生、發(fā)放、管理等也必須安全，這是需要綜合考慮的因素。

（3）不可檢測(cè)性（ undetectability）。指隱藏載體與載體信息在統(tǒng)計(jì)特征上的一致性，使得非法護(hù)截者要檢測(cè)到隱藏信息的存在并提取是相當(dāng)困難的。例如，如果隱藏載體和隱藏信息具有一致的噪聲統(tǒng)計(jì)分布，這就使得隱寫(xiě)分析者無(wú)法判斷隱藏對(duì)象中是否隱藏信息。

（4）透明性（ invisibility）。也稱為不可感知性（ imperceptibility），指載體在隱藏信息后不應(yīng)使得載體發(fā)生可感知的改變，也不能使得載體在質(zhì)量上發(fā)生可以感覺(jué)到的失真，更不能破壞載體的使用價(jià)值。因此，如果不使用特殊檢查手段，就無(wú)法感知隱藏信息的存在。

（5）隱藏容量。載體中能夠容納的隱藏信息位的最大值，它是指在隱藏秘密信息后仍滿足不可感知性的前提下，數(shù)字載體中可以隱藏秘密信息的最大比特?cái)?shù)。

3.網(wǎng)絡(luò)隱蔽通信的概念

（1）網(wǎng)絡(luò)隱蔽通信產(chǎn)生的背景

隱蔽通信的概念首先由 Lampson提出。隱蔽通信是允許一方以不違反系統(tǒng)的安全策略的方式傳送信息到另一方，是一種能抵抗審查的通信方式。隱蔽通信是信息隱藏的個(gè)主要分支。在隱蔽通信中，通信雙方允許彼此基于系統(tǒng)的安全策略，使用信息隱藏技術(shù)在合法的信息內(nèi)容上加上無(wú)法覺(jué)察的信息。因此，隱蔽通信技術(shù)導(dǎo)致了隱寫(xiě)術(shù)學(xué)術(shù)方向的產(chǎn)生。最簡(jiǎn)單的例子通常是指在數(shù)字圖像中使用每個(gè)像素的低端2個(gè)或3個(gè)比特位來(lái)隱蔽信息并進(jìn)行通信。因?yàn)樽詈蟮?位或3位的信息不會(huì)明顯影響載體圖像內(nèi)容，并且隱藏了秘密內(nèi)容的存在。因此，隱寫(xiě)術(shù)確保了隱蔽通信用于傳送秘密信息。

在互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放環(huán)境下，隱蔽通信也能使用網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流等載體來(lái)實(shí)現(xiàn)隱寫(xiě)。因?yàn)樗型ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)的信息都以數(shù)據(jù)流的形式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。當(dāng)通過(guò)不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，在它們到達(dá)目的地之前，這些數(shù)據(jù)流由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)共享，如果以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流為載體，采用隱寫(xiě)術(shù)是可以實(shí)現(xiàn)隱蔽通信的。因此，隨著互聯(lián)網(wǎng)廣泛的應(yīng)用，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的隱寫(xiě)術(shù)促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)隱蔽通信技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展。

（2）網(wǎng)絡(luò)隱蔽通信的基本概念

網(wǎng)絡(luò)隱蔽通信的基本方式是以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流作為載體，采用隱寫(xiě)術(shù)來(lái)構(gòu)建隱秘信道。隱秘信道（ convert channel） 簡(jiǎn)稱隱信道，是相對(duì)公開(kāi)信道（ public channel）而言的，公開(kāi)信道是傳輸合法信息流的通道，而隱信道則是采用特殊編譯碼，使不合法的信息流（通常為秘密信息）逃避常規(guī)安全控制機(jī)構(gòu)的檢測(cè)，通過(guò)在普通系統(tǒng)中所形成的一個(gè)秘密的傳輸通道傳給未授權(quán)者。從最廣泛的意義上講，隱信道可表示如下：隱信道是在公開(kāi)信道中建立起來(lái)一種進(jìn)行隱蔽通信的信道，該信道的存在僅為確定的收方所知，而信道上任一時(shí)于刻傳遞信息的目的不是信息擁有者傳遞信息的公開(kāi)目的。

網(wǎng)絡(luò)隱蔽通信中的隱秘信道可分為兩種模式：基于存儲(chǔ)的隱秘信道（ storage covertchannel）與基于時(shí)間的隱秘信道（ timing covert channel）?；诖鎯?chǔ)的隱秘信道又稱為存儲(chǔ)型隱秘信道，秘密信息被嵌入到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的某些未用位或者載荷中，隨著網(wǎng)絡(luò)包一起發(fā)送出去；基于時(shí)間的隱秘信道又稱為時(shí)分型隱秘信道，秘密信息被調(diào)制進(jìn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的發(fā)包間隔、發(fā)包速率、發(fā)包次序等特征中來(lái)傳遞。

（3）網(wǎng)絡(luò)隱蔽通信系統(tǒng)的性能需求

（1）安全性（ security）。與一般隱寫(xiě)術(shù)的安全性一樣，網(wǎng)絡(luò)隱蔽通信的安全性包括不可感知性（ imperceptibility）和不可檢測(cè)性（ undetectability）。不可感知性，也稱作透明性（ transparency），是指對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)，隱藏過(guò)程是無(wú)法聽(tīng)見(jiàn)（或看見(jiàn)），即“感覺(jué)上不可分辨”的，因而要求隱蔽通信過(guò)程必須維護(hù)網(wǎng)絡(luò)信息的感官效果和使用價(jià)值，這也正是“隱”的前提。不可檢測(cè)性，是對(duì)于攻擊者而言，載體的統(tǒng)計(jì)特征不能發(fā)生明顯改變，即“統(tǒng)計(jì)上的不可分辨”，因此要求隱蔽通信過(guò)程盡可能維護(hù)通信信息被修改前后具有一致的統(tǒng)計(jì)特性。

（2）隱藏容量（ steganographic capacity）。隱藏容量是指信息載體所能承載的秘密信息的數(shù)量。因?yàn)殡[藏?cái)?shù)量具有相對(duì)性，為便于比較，通常采用秘密信息與載體信息的大小之比，即隱藏率（或嵌入率）來(lái)衡量。由于隱蔽通信系統(tǒng)以通信為目的，因而需要系統(tǒng)提供盡可能高的隱藏容量。

（3）實(shí)時(shí)性（ real time）。實(shí)時(shí)性是網(wǎng)絡(luò)通信的基本要求。如果隱蔽通信破壞了網(wǎng)絡(luò)信息的實(shí)時(shí)傳輸性，就必然會(huì)影響信息的使用效果。這使得正常的網(wǎng)絡(luò)信息難以為繼，更有可能引起竊聽(tīng)者對(duì)隱蔽通信存在性的懷疑。因而，網(wǎng)絡(luò)隱蔽通信算法必須高效地完成嵌入過(guò)程以維護(hù)流媒體的實(shí)時(shí)性。這也是網(wǎng)絡(luò)隱蔽通信系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)。

總結(jié)：伴隨著工業(yè)4.0的到來(lái)，網(wǎng)絡(luò)隱蔽通信已經(jīng)成為一個(gè)熱門(mén)科學(xué)領(lǐng)域。現(xiàn)代是數(shù)據(jù)化時(shí)代，大數(shù)據(jù)的到來(lái)必然意味著保護(hù)數(shù)據(jù)相關(guān)措施的誕生，而網(wǎng)絡(luò)隱蔽通信技術(shù)就是這樣一種保護(hù)重要信息的完美技術(shù)，它必然會(huì)為智能時(shí)代創(chuàng)造更多的便利與安全。

參考文獻(xiàn)：

黃永峰. 網(wǎng)絡(luò)隱蔽通信及其檢測(cè)技術(shù). 清華大學(xué)出版社. 2016