抗统计分析的图像密写技术研究

论文摘要

密写是一种隐蔽通信手段,在军事、情报、国家安全方面具有重要的意义。对密写的基本要求是要有极高的安全性和足够的信息嵌入量,其中安全性是其核心,安全性主要包括视觉隐蔽性和统计隐蔽性。由于当前针对密写的主要对抗措施是密写分析,即利用统计分析手段发现含密数字媒体的统计异常性,从而揭示其中隐蔽信息的存在性,因此统计隐蔽性是安全密写的主要考虑因素。基于LSB的图像密写方法简单,嵌入量较大;而基于人眼视觉特性的图像密写算法具有很好的视觉隐蔽性和较大的嵌入量,因此两者都得到了广泛的应用,但现在针对它们已出现了多种有效的密写分析方法。为提高密写的安全性,本文在研究相应密写分析方法的基础上,针对密写算法中存在的统计异常,提出了能有效的抗统计分析、安全性能更好的密写算法,取得了以下主要成果:(1)针对位平面复杂度分割(BPCS)密写中存在的安全漏洞,即密写图像的位面小块复杂度直方图中存在的两个明显的不连续点暴露了秘密信息的存在,本文提出了一种改进算法,即通过在不同位平面设置不同的复杂度阈值,同时构造一个二次函数来衡量区域的明暗度,利用小块所处区域的明暗度和复杂度相结合来选择位面小块嵌入信息。实验表明了采用改进算法较好的保持了复杂度直方图的平滑,能有效的抗基于复杂度直方图的统计分析,且视觉隐蔽性比BPCS密写有较大的提高。(2)边缘匹配(SM)密写会引起像素灰度差值直方图统计特性的异常,使灰度差值直方图中出现阶梯,分析者据此可以察觉秘密信息的存在。为提高密写算法的安全性,本文提出了一种改进的SM算法,即通过动态地划分差值d的区间,消除了灰度差值直方图中出现的阶梯效应;并在对d进行调整时,在多个候选值中选择一个与原始值最接近的,有效的减小了失真,取得更好的视觉隐蔽性。实验证明了该算法的有效性。(3)提出了一种新的混合密写算法,将动态运行编码应用到最小直方图失真(LHA)密写中。在可用来嵌入信息的位置比要嵌入的比特数多的条件下,在LHA嵌入过程中,用动态运行编码将这些多出来空闲的资源利用起来,通过运算来选择要改变的载体比特,目的是减少对原始数据的改动。实验证明了该算法大大提高了数据嵌入效率,在同样负载情况下对原始数据的改动更小,所以有更好的统计隐蔽性,从而提高了密写的安全性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 1.4 论文结构
• 第2章 传统密写和密写分析技术
• 2.1 引言
• 2.2 LSB 密写的原理与方法
• 2.3 主要的 LSB 密写分析方法
• 2.4 针对 LSB 分析的安全密写算法
• 2.5 基于视觉特性的密写与密写分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 抗统计分析的 BPCS 密写
• 3.1 引言
• 3.2 BPCS 密写
• 3.3 对 BPCS 的统计分析
• 3.4 抗统计分析的 BPCS 密写
• 3.5 实验结果
• 3.6 本章小结
• 第4章 边缘匹配密写
• 4.1 引言
• 4.2 SM 密写
• 4.3 针对 SM 嵌入法的密写分析
• 4.4 抗差值直方图分析的 SM 密写
• 4.5 实验结果
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于动态运行编码与 LHA 的密写
• 5.1 引言
• 5.2 动态运行编码
• 5.3 LHA 密写
• 5.4 基于动态运行编码与 LHA 的密写
• 5.5 实验结果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 1. 本文工作总结
• 2. 进一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录攻读学位期间所发表的学术论文目录