文本文档信息隐藏软件设计与实现毕业论文设计(编辑修改稿)

文本文档信息隐藏软件设计与实现毕业论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

来跟踪产品，保护版权。 版权保护 也是信息隐藏技术迅速发展的原动力 ， 这一特性吸引了诸多政府、公司和研究机构参与研究。 尽管目前的各种商业化信息隐藏系统的结构各不相 同，但是绝大多数都是在版权保护基础上设计的。 数字水印技术解决了密 码技术不能跟踪版权的问题。 另外一个重要的分支 是 现代隐写术，实现秘密信息透明传输的同时，通过传播媒介普遍或常见的特点隐藏了传输发生时间和发生过程 ， 这一特点克服了现代加密通信的缺点，符合现代保密通信的要求。 信息隐藏 技术相对于密码技术的优势，使其自 1992 年来逐渐获得了广泛地关注和研究 [2]。 国内外研究现状 信息隐藏技术是近年来信息安全领域发展起来的一个新研究热点。 信息隐藏是在图像、声音、视频、文本等数字媒体信号中嵌入不可察觉的隐蔽数据。 信息隐藏有两个重要分支，数字水印技术和隐写技术。 20 世纪 90 年代以来，人们对数字水印的研究急剧升温，发表了大量的论文，还出现了一批商用软件。 与数字水印相比，隐写技术的研究起步较晚，直到近年来网络信息安全成为突出问题，有关隐写技术的研究才开始呈现明显的上升势头。 数 字水印的发展现状 数字水印技术的发展很快，研究数字水印的文章陆续发表 ， 且文章数呈快速增长的趋势，几个有影响的国际会议（如 IEEE ICIP、 IEEE ICASSP 、 ACM Multimedia等）以及一些国际权威杂志相继出版了数字水印的专辑 [3] [4]。 目前，从研究对象上看主要涉及图像水印、视频水印、音频水印、文本水印、和三维网格数据水印等方面。 大部分的水印研究都集中在图像水印上，因为图像是最基本的多媒体数据，且互联网的发展为图像水印的应用提供了大量的应用。 数字水印的基础研究主要集中在鲁棒水印算法和水 印容量等方面， 90 年代中期，采用通信理论模型，将原始图像和有意无意的攻击看做噪声，特别是将扩频理西南交通大学本科毕业设计 第 3 页 论引入后，水印的鲁棒性大大增加。 随后提出感知模型 [5]、自适应鲁棒水印算法 [6]，还有 更精确的 Communication With side information 模型 [7]，以及后来提出的基于矢量化的方法和基于奇异值分解的鲁棒水印算法 [8]。 目前，主要研究方向是鲁棒性水印的攻击和反攻击方面，大部分工作致力于寻找能同时满足保真度、鲁棒性和经济约束的平衡点。 数字隐写的发展现状 从 1996 年以后人们才提 出了一些成功的隐写方法，还出现了一些隐写工具。 适用的技术包括将 LSB 嵌入法直接用于图像的像素、颜色指数、变换系数、结合 JPEG和 MP3 编写的隐写，应用扩频技术的隐写法 [9]等。 近年来还出现了许多其他方法，例如基于小波变换的有损压缩嵌入技术 [10]，具有抗压缩的能力；通过修改量表嵌入数据，在提高嵌入量的同时能达到很高的隐蔽性。 一些隐写算法 已 被 用于开发 信息隐藏 工具。 对隐写分析的研究也取得了不少进展。 已发表的成果包括面向 JPEG 图像隐写 [11]、 LSB 嵌入、调色板图像等隐写分析法 [12]。 近年来的一些研究成果包括Memon 等基于图像和音频质量测度的隐写检测技术 [13]，以及 Westfeld 针对 MP3steg等几种隐写算法进行的低嵌入量隐写分析 [14]。 隐写的安全性一直是研究者关注的重要问题。 一些隐写分析方法要求 强大 的计算能力和关于载体的详细统计知识，这是不现实的。 最多可嵌入多少信息而不会导致统计可检测性是另一个重要问题。 有人针对 LSB 嵌入法和基于压缩图像的隐写，结合安全性考虑作了理论分析 [15][16]。 本 论文 的主要内容和结构安排 论 文探讨并设计了一种基于 改进的最低有效位法（文中称为基于彩色静止数字图像的 信息隐藏算法）的软件，实现了文本文档的隐藏和正确恢复。 主要完成了需求分析、软件设计和实现、软件测试的工作。 本论文共有四章，各章节主要内容如下： 第 1 章： 信息隐藏技术 的背景和意义，对国内外在该领域的研究状况进行必要说明，并简述论文主要工作和文章结构安排。 第 2 章：主要介绍 信息隐藏的基本原理和方法，数字图像的格式，软件设计采用的算法。 第 3 章： 完成了软件需求分析、概要设计和详细设计、编码实现。 第 4 章：详细阐述 软件 过程，对测试结果进行总结和分析。 西南交通大学本科毕业设计 第 4 页 第 2 章 信息隐藏技术概述 引言 信息隐藏技术 有丰富的 内容，它 是集数学、密码学、信息论和计算机技术等为一体的一个交叉性学科， 信息隐藏的基本原理和方法是我们研究和应用的根本依据。 图像是使用最广泛的信息载体， 基于数字图像的信息隐藏有较大的信息容量，因此数字图像是信息隐藏技术主要的载体之一。 一种基于彩色静止图像的最低有效位替换算法具有较高的不可觉察性和隐藏率，论文将以其作为软件的隐藏算法。 信息隐藏技术 信息隐藏 技术 是把机密信息隐藏在大量信息中不让对手发觉的一种方法。 信息隐藏的方法主要有隐写术、数字水印技术、可视密码、潜信道、隐匿协议等。 由于信息隐藏 不易被发 现的优点 ， 信息隐藏技术 将在未来网络中保护信息 方面起到重要作用。 信息隐藏基本概念 信息隐藏技术是研究如何将某一信息隐藏于另一公开的信息中，然后通过公开信息的传输来传递隐藏的信息。 由于含有隐藏信息的媒体发布是公开的，而可能的检测者难以从公开信息中判断隐藏信息是否存在，更加难以截获隐藏信息，从而达到保证信息安全的目的。 信息隐藏继承了信息加密的一些基本思想，但是使用密码方法有很多缺点 ： ，明确地提示攻击者信息的重要性，容易引起攻击者的注意，增加被攻击的可能性 ； 解密后就完全透明了，对信息的保护作用也随之消失。 基于此，信息隐藏的目的不是限制资料信息的交流存取，而在于保证隐藏信息不被察觉和破坏，不但隐藏了信息的内容而且隐藏了信息的存在性。 信息隐藏有时也称数据隐藏，从广义上看，信息隐藏有多种含义：一是信息的不可见，二是信息的存在性隐蔽，三是信息的接收方和发送方隐蔽，四是传输信道隐蔽。 信息隐藏就是将保密信息隐藏于另一非保密载体中，以不引起检查者的注意。 这里的载体可以是图像，视频，音频，也可以是信道，甚至是某套编码体制或整个系统。 广义上的信息隐藏技术包括隐写术、数字水印、数 字指纹、隐蔽信道、低截获概率通信等等；从狭义上看，西南交通大学本科毕业设计 第 5 页 信息隐藏就是将某一机密信息秘密隐藏于另一公开的信息中，然后通过公开信息的传输来传递机密信息。 狭义上的信息隐藏技术通常指隐写术与数字水印。 隐写术将保密的信息隐藏于另一非保密载体中，以不引起检查者的意注。 这里的载体形式可以是任何一种数字媒体，比如图像、音频、视频等。 隐写术将某一机密信息隐藏于另一公开的载体中，然后通过公开的载体来传递机密信息。 因此，可能的检测者或非法拦截者则难以公开地在体制中判断机密信息是否存在，截获机密信息，从而保证机密信息的安全。 数字水印技术 作为信息隐藏的一个分支，是解决多媒体数据版权保护问题的有效手段之一。 它的基本思想是在数字图像、音频、视频等数字产品的版权，证明产品的真实可靠性。 跟踪盗版行为或者提供产品的附加信息。 其中的秘密信息可以是版权标志、用户序列号或者是产品相关信息，用以证明原创者对其作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的证据。 一般，这些信息需要经过适当变换再嵌入到数字产品中。 通常变换后的秘密信息称为数字水印。 信息之所以能够隐藏在多媒体数据中是因为：其一，多媒体信息本身存在很大的冗余性。 从信息论的角度看，未压缩的多媒体信息的编码效率 是很低的，所以将这些机密信息嵌入到多媒体信息中进行秘密传送是完全可行的，并不会影响多媒体信息本身的传送和使用。 其二，人眼或人耳本身对某些信息都有一定的掩蔽效应，比如人眼对灰度的分辨率只有几十个灰度级；对边缘附近的信息不敏感。 利用人类的这些特点，就可以很好地将信息隐藏起来而不被察觉 [17][18][19][20]。 信息隐藏基本原理 信息隐藏技术是集数学、密码学、信息论和计算机技术等为一体的一个交叉性学科，其基本原理是整合密码技术成熟的加密功能，以最终消费者无法感知的变化为改变限度，把待传递的秘密 信息嵌入到另一公开传输的信息之中。 实际传输的是这一经过融合的信息。 信息隐藏技术的基本模型如图 21： 西南交通大学本科毕业设计 第 6 页 图 21信息隐藏基本模型 根据图 21 可知，信息隐藏技术的基本操作流程是：首先把待传输的秘密信息m 经过特定预处理算法处理形成信息比特流 S，然后使用构建的嵌入算法将信息比特流 S 嵌入数字媒介 M 中形成 M’。 嵌入秘密信息的数字媒介 M’经过信道传递给接受方。 接受方使用已构建的提取算法从接收的数字媒介 M”中获得信息比特流 S’。 信息比特流 S’经过后处理算法形成解 密消息 m’。 信息隐藏技术要求在保证数字媒介中隐藏的信息不被发现的同时，还要保证这些信息经历传输或攻击后不会出错或丢失。 因此，嵌入秘密信息前后的数字媒介 M 和 M’，以及传输前后的数字媒介 M’和 M’’，应不存在可预见的差别；应保证 m 和 m’一致性。 预处理算法和后处理算法是互逆的，嵌入算法和提取算法也是互逆的。 在设计这两对算法时，密钥不是必需的，但为了增加秘密信息隐藏的安全性，对密钥的使用却很普遍。 为了融合密码技术优点，一般在预处理算法设计中加入某种加密技术以增强秘密信息安全性；在相应的后处理算法中，整合对应的解密技 术。 秘密信息 m 进行预处理之后，或进行后处理得到解密信息 m’之前，信息处于比特流的形式，这一形式一般是人机不可读的，表现为密码技术中常见的乱码。 因此，在除去图 21 中虚线框部分之后，图中剩余部分可看做密码技术的基本模型或基本操作流程。 比较可知，信息隐藏技术优于密码技术的关键点在于，信息隐藏技术融合密码技术的同时，引入了数字媒介，并由此引入了针对数字媒介的嵌入算法和提取算法。 对信息隐藏技术言而，预处理算法和后处理算法保证了秘密信息的安全性，而嵌入算法和提取算法保证了秘密信息的隐蔽性。 秘密信息 m 预处理算法 嵌入算法 数字媒介 M’ 数字媒介 M 秘密信息 m’ 后处理算法 提取算法 数字媒介 M’’ 密钥 密钥 信道 西南交通大学本科毕业设计 第 7 页 信息隐藏的方法 及分类 在过去几 年中，人们已 提出了许多不同的信息隐秘技术，其中许多技术都是基于替换方法或修改方法。 即用一个秘密信息替换或修改另一个信号中的冗余部分。 从系统的角度来看，信息隐藏技术主要用来实现以下几类保护：防窃听、防篡改、仿伪造、防抵赖。 其中防窃听是用某种方式来修改原始对象，要求这种修改不能让人或计算机觉察，因而更强调隐秘性，使得攻击者无法觉察这个通信事件的存在。 防篡改要求对普通攻击有一定的鲁棒性，使得在不降低对象质量且保持其有效性的前提下修改或去除隐藏数据是不可能的。 一般来说，对信息隐藏技术可作如下分类 ：。 前者保护秘密信息本身，后者保护的是隐秘载体 ，其中 数字水印 包括： 版权标志 ： 向载体信息中嵌入一定标志信息说明其所有权 数字指纹 ： 向载体信息中嵌入合法接受者标志以跟踪非法拷贝行为 拷贝标志 ： 嵌入禁止拷贝或允许一次拷贝标志，以限制过度拷贝 认证标志 ： 嵌入对修改敏感的水印，以检测载体数据的完整性 而 隐秘通信 是 向载体信息中嵌入需要传递给接收者的信息，明着传送载体信息，暗地传送所嵌入的信息。 ：时空域法和变换域法。 时空域法： 时空域法是将秘 密信息嵌入载体对象的时域或空域中。 在空域实现信息的隐藏多采用替换法。 由于人们感觉系统的有限性，对某些变化不敏感，可直接用待隐藏的信息来替换载体对象的数据，并保证不会影响载体对象。 （ 1） 最低有效位替换法 最简单的空域法就是用秘密信息代替图像或音频取样的一个或多个位平面的最低有效位的所有比特。 该方法实现速度快，信息隐藏量大，但其抵抗噪声、压缩等攻击的能力差。 （ 2） 统计隐藏法 对静止图像来说，根据图像中像素的统计特征来将信息嵌入到像素的亮度值中，如随机选取 N 个像素点 (a,b)， a 的亮度值增加 1， b 的亮度值减 1，从而保持整 个图像的平均亮度不变。 适当调整参数，它对 JPEG 压缩、 FIR 滤波和图像裁剪具有一西南交通大学本科毕业设计 第 8 页 定的抵抗性。 以图像为载体的空域法还包括伪随机置换、图像降质和秘密信道、将信息编码在基于调色板图像中、量化和抖动、失真技术等；以声音为载体的空域法还包括回声编码等。 变换域法： 变换域法是指将秘密信息嵌入载体对象的某一变换域中。 基于变换域的技术可以嵌入大比特量的数据而不会引起可察觉的变化。 这类技术一 般 基于局部或全部的图像变换，比较常见的变换技术有傅里叶变换、离散余弦变换（ DCT）、小波变换、分形变换等，目前国际上比较常用的是离散 余弦变换和离散小波变换 (DWT)。 （ 1） 基于 DCT 的频域方法 Cox 等人提出的基于 DCT 的数字水印方案，主要贡献是提出了“鲁棒性数字信息应嵌入到图像中视觉感知最重要部。