信息安全中的信息隐藏技术及其应用

一、关于信息隐藏

所谓的信息隐藏是利用媒体信息普遍存在的冗余特性，将秘密信息隐藏在其他媒体信息中。其首要目标就是使加入隐藏信息后的媒体目标的质量下降，尽可能地小，使人无法觉察到隐藏的数据，或者知道它的存在，但未经授权者无法知道它的位置，并不像传统加密过的文件一样，看起来是一堆会激发非法拦截者破解机密资料动机的乱码，而是看起来和其它非机密性的一般资料无异，因而十分容易逃过非法拦截者的破解。其道理如同生物学上的保护色，巧妙地将自己伪装隐藏于环境中，免于被天敌发现而遭受攻击。被人们誉为历史学之父的古希腊历史学家希罗多德(Herodotus，486-425)，在其著作中讲述了这样一则故事：一个名叫Histaieus的人筹划着与他的朋友合伙发起叛乱，里应外合，以便推翻波斯人的统治。他找来一位忠诚的奴隶，剃光其头发并把消息刺在头皮上，等到头发义长起来了，把这人派出去送“信”，最后叛乱成功了。

信息隐藏技术是20世纪90年代中期从国外必起的一门集多学科理论与技术于一身的新兴技术领域，它涉及感知科学、信息论、密码学等多个学科领域，涵盖信号处理、扩频通信、图像处理等多种专业技术的研究方向。

人的眼睛或耳朵本身对某此信息都有一定的掩蔽效应，利用人的这些特点，可以很好地将信息隐藏而不被察觉，信息隐藏过程一般由密钥来控制，通过嵌入算法将有意义的信息即嵌入对象隐藏于掩护对象中，从而生成隐密载体，隐密载体通过信道传输到接受端，在密钥的控制下采用特定的提取算法从隐藏载体通过信道提取出嵌入对象，利用密钥从中恢复或检测出隐藏的秘密信息，从而使用户获得真实可靠的信息使非法者不知道这个载体信息中是否隐藏了其它的信息，而且即使知道，也难以提取隐藏的信息，从而实现信息的保密。

据目前已经提出的信息隐藏算法，从它们对载体的修改方式上进行分类，可以分为：时域(空域)替换技术、变换域技术、扩展频谱技术、统计方法等等。

二、信息隐藏的特点

利用不同的媒体进行信息掩藏时有着不同的特点，但是它们都必须具有下列基本特征：

1.隐蔽性：指嵌入信息后在不引起秘密信息质量下降的前提下，不显著改变掩护对象的外部特征，即不引起人们感官上对掩护对象变化的察觉。以使非法拦截者无法判断是否有秘密信息存在。

2.不可测性：指隐蔽载体与原始载体具有一致的特性，即非法护截者要检测到秘密信息的仔在并提取出来应相当困难，至少在秘密信息的有效期内是不可能的，

3.不可见性：利用人类视觉系统和听觉系统的属性，经过一系列隐藏处理，使目标资料没有明显的降质现象，而隐藏的资料却无法人为地看见或听见。

4.鲁棒性：指不困图像文件的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力，这甲所谓“改动”包括传输过程中的隐藏载体对一般的信号处理(如滤波、增强、重采样、有损压缩等)、一般的几何变换(如平移、旋转、缩放、分割等)和恶意攻击等情况，即隐藏载体不会因为这些操作而丢失了隐藏的秘密信息。

5.自恢复性：指经过了一些操作和变换后，可能会使隐蔽载体受到较大的破坏，如果只留下部分的数据，在不需要宿主信号的情况，却仍然能恢复隐藏信息的特征就是所谓的自恢复性。

6.安全性：指隐藏算法有较强的抗攻击能力，即它必须能够承受一定程度的人为攻击，而使隐藏信息不会被破坏。

三、信息隐藏的应用

在信息安全领域中，信息隐藏技术的应用可归结为下列几个方面。

1.数字知识产权保护

知识产权保护是信息隐藏技术中数字水印技术和数字指纹技术所力图解决的重要问题，信息隐藏技术的绝大部分研究成果都是在这一应用领域中取得的，随着网络和数字技术的快速普及，通过网络向人们提供的数字服务也会越来越多，如数字图书馆，数字图书出版，数字字电视，数字新闻等，这些服务提供的都是数字产品，数字产品具有易修改、易复制、易窃取的特点，因此，当前的数字知识产权保护就已经成为迫切需要解决的实际问题，

信息隐藏技术应用于版权保护时，所嵌入的签字信号通常被称作“数字水印”，数字水印技术可以成为解决此难题的一种方案。现在越来越多的视频信号、音频信号和数字图像中被贴上了不可见的标签，用以防止非法拷贝和数据跟踪服务提供商在向用户发送产品的同时，将双方的信息代码以水印的形式隐藏在作品中，这种水印从理论上讲应该是不被破坏的。当发现数字产品在非法传播时，可以通过提取出的水印代码追查非法散播者其主要特点是版权保护所需嵌入的数据量小，对签字信号的安全性和鲁棒性要求很高。

2.数据完整性鉴定

使用数字水印技术有一定的缺陷，用于数字水印技术保护的媒体一旦被篡改水印就会被破坏，从而很容易被识别，在数字票据中隐藏的水印经过打印后仍然存在，可以通过再扫描回数字形式，提取防伪水印以证实票据的真实性。数据完整性鉴定是指对某一信号的真伪或完整性的判别，井需要进一步指出该信号与原始真实信号的差别，以确认资料在网上传输或存储过程中并没有被篡改、破坏或丢失一假定接收到一个如音频、视频或图像等多媒体信号，并初步判断它很可能是某一原始真实信号的修改版本，数据篡改验证的任务就是在对原始信号的具体内容不可知的情况下，以最大的可能判断是否是真实的，首先，要充分利用数据库管理系统提供的数据完整性的约束机制和各种输入数据的引用完整性约束设计以便保证数据完整、准确的输入和储存，其次，在数据传输过程中可视情况选用相应的数据校验方式对传输数据进行校验检查。

3．数据保密

在网络上传输秘密数据要防非法用户的截获和使用，这是网络安全的一个重要内容，随着信息技术的发展以及经济的全球化，这一点不仅涉及政治、军事领域、还将涉及到商业、金融机密和个人隐私、信息隐藏技术为网上交流的信息采取了有效的保护，比如电子政务中敏感信息、电子商务中的秘密协议和合同、网上银行交易的重复数据、重要文件的数字签名以及个人隐私等，还可以对一些不愿为别人所知道的内容使用信息隐藏方式进行隐藏储存，从而使数据得到保密，保证了信息的安全性。

4.资料不可抵赖性的确认

在网上交易中，交易双方的任何一方不能抵赖自己曾经做出的行为，也不能否认曾经接收到对方的信息，这是交易系统中一个重要环节。这可以使用信息隐藏技术，在交易体系的任何一方发送和接收信息时，将各自的特征标记形式加入到传递的信息中，这些标记应是不能被去除的，从而达到确认其行为的目的。

结论

总之，信息隐藏技术是多媒体通信和多媒体信号处理领域中近年来新兴的研究方向，它为信息安全提供了一种新的思路，为我们研究信息安全提供了一个新的方向。

目前国际上先进的信息隐藏技术已能做到隐藏的信息可以经受人的感觉检测和仪器的检测，并能抵抗一些人为的攻击。但总的来说，信息隐藏技术尚没有发展到可实用的阶段，使用密码加密仍是网络信息传输的主要安全手段，虽然目前对信息隐藏的研究有了很大的进展，在信息安全起到了重要的作用，但存在大量的实际问题亟待解决，如信息隐藏的容量问题，如何建立不可感知性的数学度量模型，信息隐藏的容量上界如何计算等；信息隐藏的对立面——隐藏分析如何得到同步发展；如何对信息隐藏进行分析和分类；如何找到信息隐藏技术自己的理论依据，形成完善和科学的理论体系等等。

信息隐藏是一项崭新的技术领域，也是多媒体技术、网络技术研究的前沿，应用前景十分广阔，必将吸引广大图像，语音、网络、人工智能等领域的研究者加入到这一行列，从而推动信息安全技术更快的发展。

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