信息隐藏——图片基础
文章目录
- 一些名词
- 原理框图
- 基本要求
- 系统特性
一些名词
首先讲几个重要名词，载体对象、伪装对象和伪装密钥。A向B秘密传递一些信息m，不想被别人知道，于是A要从一个随机消息源中随机的选取一个无关紧要的消息c，相当于一个选择一个掩体，即使消息传递时被别人看到也不会引起怀疑，这个掩体消息c就称为载体对象。包含m的c称为伪装对象。而秘密信息的嵌入过程是需要密钥的，这个密钥只有A和B知道，就是伪装密钥。
原理框图
下面是原理图，秘密消息和载体对象c通过信息嵌入算法变成伪装对象，就可以经过不安全的信道，利用密钥进行信息提取算法，将秘密消息安全的传递给B，也不会引起别人的怀疑。就像咱们初中上课的时候给同学传小纸条，比如A想问B中午吃什么，又肯定不能被老师发现，这时A借助一本书，将小纸条夹在书里传递给同学B，纸条上的消息就相当于秘密消息m，书是载体对象c，而夹着纸条的书就是伪装对象c’，通过若干名同学的传递，相当于不安全信道，安全的将夹着纸条的书传递到了B同学手上，假设AB事先约定好了纸条夹在第几页，这个页数即是密钥。B利用“密钥”就看到了A传递的秘密消息，而对于老师和同学们来说传递的只是一本书。
下面以图片为例，讲一个简单的图片隐藏，首先说一些图像的类型。
真彩图像：指图像中的每个像素值都分成R、G、B三个基色分量。
灰度图像：让像素点矩阵中的每一个像素点都满足关系R=G=B的图像，此时的这个值叫做灰度值。灰度图像可以进行位平面分解，灰度值在0-255之间，共有256级亮度，所以可以将每个像素点的十进制数值都转变为八位的二进制，将所有像素点的这八位二进制数的同一位提取出来组成图像，就可以分解组成八张位平面图像。
二值图像：图像中的任何像素点的灰度值均为0或者255，分别代表黑色和白色。
索引图像：和灰度图像比较类似，它的每个像素点也可以有256种颜色容量，但它可以负载彩色。当灰度图像转换成索引模式时，系统会自动根据图像上的颜色归纳出能代表大多数的256种颜色，就像一张颜色表，然后用这256种来代替整个图像上所有的颜色信息。索引的图像只支持一个图层，并且只有一个索引彩色通道。
数据矩阵就是将图像数据矩阵化，以行和列来显示图像数据。
在对图像影响最小的位平面图像中，进行一些数值的修改，人的肉眼难以察觉，所以可以将待嵌入的图像也转化为二进制，嵌入到这些位平面当中，从而实现图片的信息隐藏。而提取的过程则是逆向地将嵌入后的图片的对应位置的数值再提取出来组合成图片。
下面是一个实例，首先读取一张图片文件，size用于读取图像尺寸，这个图像的像素值是376500，对原始图像I1中的前200行、前200列进行+1操作，得到I2，I2和I1用肉眼看来难以区分的，但实际上I2比I1多了200200个数据，用I3=I2-I1使得前200行、前200列全为1，其余行和列全为0，灰度值01均为黑色，这里I3255的目的是为了拉大区分度，0255=0为黑色，1*255=255为白色，嵌入消息的部分显而易见。
这个白色的矩阵就是前200行和列。
基本要求
实现信息隐藏的基本要求是载体对象是正常的，意思是要用常用的载体，这样才不易引起怀疑。无法区分不仅指人类视觉听觉无法区分，安全性高的信息隐藏也要使计算机无法区分。信息隐藏的安全性取决于第三方有没有能力将载体对象和伪装对象区别开来。对伪装对象进行正常处理，一定不要破坏隐藏的信息。
系统特性
信息隐藏系统有很多特性：
安全性包括系统自身算法的安全性和各种攻击情况下的安全性，真正的安全就是攻击者经过各种方法仍然不能判断是否有信息隐藏。
鲁棒性指嵌入水印后的数据经过各种处理操作和攻击操作后，不导致其中的水印信息丢失或者被破坏，包括传输过程中的信道噪音、滤波操作、重采样、有损编码压缩、D/ A或A/ D转换等。
安全性和鲁棒性之间存在一种平衡。安全性高鲁棒性差：c’与c难以区分，信息隐藏必须采用载体的随机噪声，经过有损压缩或者攻击者在c’中加入随机噪声，就可以抹去隐藏信息。鲁棒性强安全性低：隐藏信息系统不易被破坏但隐藏信息会改变载体的某些特征，严重降低载体质量。
透明性：利用人类视觉系统或听觉系统属性，经过一系列隐藏处理，使目标数据没有明显的降质现象，而隐藏的数据却无法人为地看见或听见。
自恢复性：经过一些操作或变换后，可能会使封面信息产生较大的破坏，如果只从留下的片段数据，仍能恢复隐藏信号，而且恢复过程不需要宿主信号，这就是所谓的自恢复性。
可纠错性：为了保证隐藏信息的完整性，使其在经过各种操作和变换后仍能很好的恢复，通常采取纠错编码方法。
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