隐写与隐写分析算法及实践研究

论文摘要

信息隐藏技术作为信息安全技术的一个重要分支,已经历了十余年的发展,隐写术与隐写分析构成了信息隐藏技术中矛与盾的关系,相互制约,互为动力。本文以基于图像和音频的隐写与隐写分析技术,以及隐写分析技术的实用化为研究内容,提出了一种应用于音频的隐写算法和两种基于音频与图像的隐写分析算法,在隐写分析技术的实用化研究方面,针对网络隐蔽通信,设计并实现了实用的隐藏信息检测与监控系统。本文工作主要包括以下5个方面:1.提出了针对WAV音频LSB替换隐写的隐写分析算法。通过分析LSB替换机制中音频采样点值的值对转换规律,构造了值对转换概率模型,借鉴卡方检测、RS(Regular and Singular)检测、DIH(Differential Image Histogram)检测的原理,针对音频信号的特点对算法进行改进。实验表明,本文经过对算法的改进,实现了对基于8比特和16比特WAV音频的LSB替换隐写的可靠检测,对两种编码方式当嵌入率分别高于3%和20%时,对载密音频判决的正确率可达100%;2.提出了一种基于DCT域QIM(Quantization Index Modulation)的音频隐写算法。基于QIM原理,构造DCT域的QIM量化器,建立量化区间序号与嵌入信息比特的映射关系,根据映射关系完成信息的嵌入和提取,可实现盲提取,通过对提取误码的分析,采用改进的QIM方案,在嵌入端与提取端分别采取容错处理,提高了算法的鲁棒性。实验证明本文的隐写算法隐藏容量大,可达357.6b/s,并具有良好的不可感知性,同时对于MP3压缩、低通滤波、重采用、重量化等攻击具有很强的鲁棒性:3.提出了一种针对图像空间域LSB匹配隐写的隐写分析算法。通过分析目前常见的LSB匹配算法,构造了LSB匹配机制中像素值的转移概率模型,针对基于局部区域像素平滑度的LSB匹配算法,提出了一种基于区域相关性的检测算法,以8邻域内像素与中心像素的像素值差值定义区域内像素之间的相关性,通过分析该相关性在嵌入信息前后的差异实现对LSB匹配的检测。与已有算法相比,本文的检测算法复杂度低,运算简单,并且误检率低,当嵌入率高于0.3时检测结果具有较高的可靠性;4.设计并实现了针对网络多媒体数据的隐写检测与监控系统。通过对基于网络通信的隐蔽通信模型的研究,分别针对以互联网的多媒体信息和MMS(Multimedia Message Service)通信网中的MMS消息为载体的隐蔽通信,设计并实现了隐写检测与监控系统,并结合常见的隐写软件与实际的网络通信环境,给出两种监测系统的应用实例,应用实例说明上述系统可对网络环境下的隐蔽通信实施有效监测,对于MMS通信网络满足实时性要求;5.提出了针对常见的具有标识特征的隐写软件的隐藏信息提取方法。基于对常见的具有明显的标识特征的隐写软件的分析,提出实用的隐藏信息提取方法,对标识特征的研究不仅可以确定所使用的隐写软件,更重要的是,对于嵌入规律可知的软件可进一步确定隐藏信息的嵌入位置,进而实现提取,这对于隐写分析技术的实用化具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 信息隐藏概述
• 1.1.1 信息隐藏的历史
• 1.1.2 信息隐藏的分类及应用
• 1.1.3 信息隐藏的发展现状
• 1.2 隐写术与数字水印
• 1.2.1 隐写术的数学模型
• 1.2.2 隐写术的性能指标
• 1.2.3 隐写术与数字水印的区别
• 1.2.4 隐写术的分类及主要方法
• 1.2.5 针对隐写术的攻击
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 隐写术的安全性与隐写分析技术
• 2.1 隐写术的安全性
• 2.1.1 隐写术的安全性定义
• 2.1.2 隐写术的安全容量分析
• 2.1.3 抗检测攻击的隐写算法
• 2.2 隐写分析技术
• 2.2.1 隐写分析技术研究概况
• 2.2.2 隐写分析技术的可行性
• 2.2.3 隐写分析技术分类及主要方法
• 2.2.4 隐写术与隐写分析的发展趋势
• 2.3 本章小结
• 第三章 针对音频时域LSB替换隐写的隐写分析
• 3.1 LSB替换的安全性分析
• 3.1.1 顺序LSB替换
• 3.1.2 随机位置LSB替换
• 3.1.3 LSB替换的安全性
• 3.2 音频时域LSB替换隐写检测
• 3.2.1 音频时域LSB替换机制的值对转换概率
• 3.2.2 检测算法原理分析
• 3.2.3 值对关系转换与统计量分析
• 3.3 实验结果与分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于DCT域QIM的音频隐写算法
• 4.1 QIM原理
• 4.2 QIM的一般方法
• 4.2.1 抖动量化
• 4.2.2 QIM的应用
• 4.3 基于DCT域改进的QIM方案的音频隐写算法
• 4.3.1 DCT特性分析
• 4.3.2 基于DCT域的QIM方案
• 4.3.3 加入容错处理的改进的QIM方案
• 4.4 实验结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 针对图像空间域LSB匹配隐写的隐写分析
• 5.1 LSB匹配算法
• 5.1.1 几种常见的LSB匹配算法
• 5.1.2 LSB匹配的像素值转移概率模型
• 5.2 针对LSB匹配的检测
• 5.2.1 基于相邻颜色数与基于HCF的检测
• 5.2.2 基于通用检测的分析
• 5.3 基于区域相关性的LSB匹配检测
• 5.3.1 区域内像素相关性分析
• 5.3.2 基于区域相关性的检测算法
• 5.3.3 实验结果与分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 针对网络多媒体数据的隐写检测与监控
• 6.1 针对互联网多媒体数据的隐写检测与监控
• 6.1.1 网络隐蔽通信模型
• 6.1.2 互联网多媒体数据的检测与监控系统
• 6.1.3 监测系统的两种实施方案
• 6.2 针对MMS通信网络的隐写检测与监控
• 6.2.1 MMS通信网络结构
• 6.2.2 MMS消息结构
• 6.2.3 针对MMS网络的隐写检测与监控系统
• 6.3 基于隐写软件标识特征的隐写检测
• 6.3.1 互联网中常见的隐写软件
• 6.3.2 基于软件标识特征的隐写检测
• 6.4 应用实例
• 6.4.1 实际应用功能扩展
• 6.4.2 互联网多媒体数监测系统应用实例
• 6.4.3 MMS通信网络监测系统应用实例
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 进一步研究方向和展望
• 参考文献
• 致谢
• 博士在读期间完成的论文和成果
• 博士在读期间完成和参与的项目