5.2.1空域算法 该类算法中最典型的是将隐秘信息嵌入到随机选择的取 样点的值的最低几位上的最低有效位LSB(least significant bits)算法。 ·LSB是由L.F.Turner和R.G.vanSchyndel等人最早提出的。 由于隐秘信息在最低位，相当于叠加一个能量微弱的信 号，因而在视觉和听觉上很难察觉。 Stego Dos、White Noise Storm和STools等在早期提出的信息隐藏算 法都采用了LSB算法。虽然可以隐藏较多的信息，但由于使用的是 不重要的像素位，算法对信道干扰及数据操作的鲁棒性差，编码信 息很容易遭到信道干扰、数据压缩、滤波、量化和变形等破坏。另 一个常用方法是利用像素的统计特征将信息嵌入像素的亮度值中 如Patchwork算法。这是麻省理工学院媒体实验室WalterBander等人 提出的，主要用于打印票据防伪。通过适当的调整参数，Patchwork 算法可以达到较强的鲁棒性，对剪切、灰度校正、JPEG压缩及FIR 滤波等攻击有一定抵抗力，缺陷是嵌入的信息量较低，大信息量嵌 入就需要牺牲其鲁棒性。 信息安全导论05 12
5.2.1 空域算法 • 该类算法中最典型的是将隐秘信息嵌入到随机选择的取 样 点 的 值 的 最 低 几 位 上 的 最 低 有 效 位 LSB(least significant bits)算法。 • LSB是由L.F.Turner和R.G.vanSchyndel等人最早提出的。 由于隐秘信息在最低位，相当于叠加一个能量微弱的信 号，因而在视觉和听觉上很难察觉。 • Stego Dos、White Noise Storm和STools等在早期提出的信息隐藏算 法都采用了LSB算法。虽然可以隐藏较多的信息，但由于使用的是 不重要的像素位，算法对信道干扰及数据操作的鲁棒性差，编码信 息很容易遭到信道干扰、数据压缩、滤波、量化和变形等破坏。另 一个常用方法是利用像素的统计特征将信息嵌入像素的亮度值中， 如Patchwork算法。这是麻省理工学院媒体实验室WalterBander等人 提出的，主要用于打印票据防伪。通过适当的调整参数，Patchwork 算法可以达到较强的鲁棒性，对剪切、灰度校正、JPEG压缩及FIR 滤波等攻击有一定抵抗力，缺陷是嵌入的信息量较低，大信息量嵌 入就需要牺牲其鲁棒性。 信息安全导论05 12
5.2.2变换域算法 此类信息隐藏算法中的大部分都基于离散余弦 变换DCT)和离散小波变换(DWT)。这是因为DCT 变换是静态数字图像压缩编码标准PEG和运动图 像压缩编码标准MPEG2.0的核心算法，而DWT变 换是静态数字图像压缩编码标准PEG-2000和运 动图像压缩编码标准MPEG-4的核心算法。 DCT变换域的基本思想是：先计算原始图像D的 离散余弦变换(DCT),然后将隐秘信息叠加到变 换域的系数上（不包括直流分量），这些系数通 常为图像的低频分量。即使载体图像经过一些通 用信号处理操作，但仍能从中提取出一个比较可 信赖的隐秘信息的拷贝。 信息安全导论05 13
5.2.2 变换域算法 • 此类信息隐藏算法中的大部分都基于离散余弦 变换(DCT)和离散小波变换(DWT)。这是因为DCT 变换是静态数字图像压缩编码标准JPEG和运动图 像压缩编码标准MPEG2.0的核心算法，而DWT变 换是静态数字图像压缩编码标准JPEG-2000和运 动图像压缩编码标准MPEG-4的核心算法。 • DCT变换域的基本思想是：先计算原始图像D的 离散余弦变换(DCT)，然后将隐秘信息叠加到变 换域的系数上（不包括直流分量），这些系数通 常为图像的低频分量。即使载体图像经过一些通 用信号处理操作，但仍能从中提取出一个比较可 信赖的隐秘信息的拷贝。 信息安全导论05 13
在此算法的基础上，有不少改进算法。 。 常出现的改进是按照应用条件选择变换域，可以将 数字图像的空域数据通过离散余弦变换(DCT)、离散 傅里叶变换(DFT)或离散小波变换(DWT)转化为相应 的频域系数。 第二种改进是根据待隐藏的隐秘信息的类型，对它 进行适当的预编码或变形，以提高嵌入的信息量。 第三种改进是根据隐藏信息量的大小和其相应的安 全目标，有目的地选择某种变换的频域系数序列 (实际应用中可能是高频、中频或低频)。一个简 单的方法是将隐秘信息嵌入变换域的中频分量而不 是低频分量上，以调节算法的稳健性与隐蔽性之间 的矛盾 ·总的来说，这类算法的隐藏和提取隐秘信息的过程 复杂，隐藏信息量不能很大，但抗攻击能力强，很 适合应用在数字作品版权保护的数字水印技术中。 信息安全导论05 14
• 在此算法的基础上，有不少改进算法。 • 常出现的改进是按照应用条件选择变换域，可以将 数字图像的空域数据通过离散余弦变换(DCT)、离散 傅里叶变换(DFT)或离散小波变换(DWT)转化为相应 的频域系数。 • 第二种改进是根据待隐藏的隐秘信息的类型，对它 进行适当的预编码或变形，以提高嵌入的信息量。 • 第三种改进是根据隐藏信息量的大小和其相应的安 全目标，有目的地选择某种变换的频域系数序列 （实际应用中可能是高频、中频或低频）。一个简 单的方法是将隐秘信息嵌入变换域的中频分量而不 是低频分量上，以调节算法的稳健性与隐蔽性之间 的矛盾。 • 总的来说，这类算法的隐藏和提取隐秘信息的过程 复杂，隐藏信息量不能很大，但抗攻击能力强，很 适合应用在数字作品版权保护的数字水印技术中。 信息安全导论05 14
5.2.3压缩域算法 w》 隐秘信息的检测与提取直接在数据的压缩域中进行。 MPEG-4压缩视频数据流的信息隐藏算法原理是：首先 对DCT编码数据块中每一个输入的uffman码进行解码 和逆量化，以得到当前数据块的一个DCT系数；其次， 把相应隐秘信息的值与之相加，从而得到隐秘信息叠加 的DCT系数；再重新进行量化和Iuffman编码；最后， 对新的Iuffman码字的位数n,与原来的无隐秘信息的码字 n进行比较，只在n不大于no的时候，才能传输隐秘信息 码字，否则传输原码字，这就保证了不增加视频数据流 位率。该方法有一个问题值得考虑，即隐秘信息的引入 是一种引起降质的误差信号，而基于运动补偿的编码方 案会将一个误差扩散和累积起来。为解决此问题，该算 法采取了漂移补偿的方案来抵消因隐秘信息的引入所引 起的视觉变形。 信息安全导论05 15
5.2.3 压缩域算法 • 隐秘信息的检测与提取直接在数据的压缩域中进行。 • MPEG-4压缩视频数据流的信息隐藏算法原理是：首先， 对DCT编码数据块中每一个输入的Huffman码进行解码 和逆量化，以得到当前数据块的一个DCT系数；其次， 把相应隐秘信息的值与之相加，从而得到隐秘信息叠加 的DCT系数；再重新进行量化和Huffman编码；最后， 对新的Huffman码字的位数n1与原来的无隐秘信息的码字 n0进行比较，只在n1不大于n0的时候，才能传输隐秘信息 码字，否则传输原码字，这就保证了不增加视频数据流 位率。该方法有一个问题值得考虑，即隐秘信息的引入 是一种引起降质的误差信号，而基于运动补偿的编码方 案会将一个误差扩散和累积起来。为解决此问题，该算 法采取了漂移补偿的方案来抵消因隐秘信息的引入所引 起的视觉变形。 信息安全导论05 15
5.2.4NEC算法 该算法由NEC实验室的Cox等人提出，在信息隐 藏算法中占有重要地位。其实现方法是，首先以 密钥为种子来产生伪随机序列，该序列具有高斯 分布N(0,1),密钥一般由作者的标识码和图像 的哈希值组成；其次对图像做DCT变换；最后用 伪随机高斯序列来调制，（叠加）该图像除直流 (DC)分量外的1000个最大的系数。 该算法具有较强的鲁棒性、安全性、透明性等 。 该算法还提出了增强隐秘信息鲁棒性和抗攻击算 法的重要原则，即隐秘信息应该嵌入原数据中对 人感觉最重要的部分。这种隐秘信息由独立同分 布随机实数序列构成，且该实数序列应该具有高 斯分布N(0,1)的特征。 信息安全导论05 16
5.2.4 NEC算法 • 该算法由NEC实验室的Cox等人提出，在信息隐 藏算法中占有重要地位。其实现方法是，首先以 密钥为种子来产生伪随机序列，该序列具有高斯 分布N(0，1)，密钥一般由作者的标识码和图像 的哈希值组成；其次对图像做DCT变换；最后用 伪随机高斯序列来调制（叠加）该图像除直流 (DC)分量外的1000个最大的系数。 • 该算法具有较强的鲁棒性、安全性、透明性等。 • 该算法还提出了增强隐秘信息鲁棒性和抗攻击算 法的重要原则，即隐秘信息应该嵌入原数据中对 人感觉最重要的部分。这种隐秘信息由独立同分 布随机实数序列构成，且该实数序列应该具有高 斯分布N(0，1)的特征。 信息安全导论05 16