信息与电脑2018年第12期China Computer&Communication信息安全与管理数字图像隐写与隐写分析技术的研究魏程程（西安工业大学，陕西 西安 710021）摘 要：近年来，随着全球信息化水平的不断提高和信息安全的重要性日趋增强，隐写分析成为信息安全领域的一个新的重要研究热点。隐写分析技术，是对嵌入秘密信息导致的载体信息的一些统计特征的变化进行分析，来判断载体中是否隐藏有秘密信息。隐写分析技术在网络信息过滤、维护社会稳定、国家的安全发展等方面具有十分重要的现实意义。关键词：隐写术；隐写分析；信息安全中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2018）12-213-03Research on Digital Image Steganography and SteganalysisWei Chengchenginformation security, steganalysis has become a new and important research hotspot in the field of information security. Steganalysis Abstract: In recent years, with the continuous improvement of the global informatization level and the increasing importance of (Xi'an Technological University, Xi'an Shaanxi 710021, China)technology analyzes the change of some statistical characteristics of the carrier information caused by the embedded secret information network information filtering, maintaining social stability, and national security development.to judge whether the hidden information is hidden in the carrier. Steganalysis technology has very important practical significance in Key words: steganography; steganalysis; information security１ 引言大量的隐写方法如雨后春笋般冒出,用户通过互联网可以轻隐写术作为信息隐藏的一个重要分支，现已成为信息安松便捷地获取多种隐写工具，其操作简单、容易上手。如果全领域的重要研究内容之一，与密码学的不同之处在于，隐滥用这些工具，便会对网络信息安全产生严重的威胁，因此，写术是把特定的秘密信息隐藏在某个公开的信息（载体信号）人们对反隐写技术的需求在不断增加。隐写分析是一项反隐里，其中嵌入的秘密信息既不会改变载体信号的视听觉效果，写术的技术，它具有重要的现实意义，近年来，正成为信息同时，也不会改变载体文件的格式和大小，外观的表现仍旧安全领域一个新的研究热点。是载体信号（公开信息）的内容和特征，有公开的信息作掩护，２ 隐写术因此，第三方不会觉察出秘密信息的存在，从而实现了隐蔽数字隐写术，作为信息隐藏的重要分支，就是把需要保通信。密传递的信息隐藏在一些数字载体中，就载体本身而言，并现实生活中有很多不同的数字载体（图像、视频、音频没有发生太大的改变，不会引起人们的怀疑，从而达到信息等）供隐写术使用，其中使用最广泛的是数字图像。隐密图隐藏的目的。像是指图像中隐藏有信息，而载体图像指的是图像中没有隐隐写术具有如下基本特征。藏信息。隐写术既可以满足合法的利益，也可能被人们滥用，（1）不可察觉性（Imperceptibility）。隐写术利用信源例如，公众可以利用其来保护隐私，也可以保障政治、军事、数据的自相关性和统计冗余特性，把隐秘信息嵌入载体中，经济等重要信息在公共传输过程中的安全性和可靠性，而恐指嵌入的隐秘信息不能使原载体的品质发生明显改变，不会怖分子可能用它来在互联网上传播恐怖主义的信息，从而隐影响原载体的使用价值，也就是说隐密对象与载体对象在人写术也成为了犯罪分子进行非法活动的工具和手段。类的视觉和听觉系统下都是不可区分的。不可察觉性有时也随着互联网的广泛使用以及信息隐藏技术的日渐成熟，被称为透明性。作者简介：魏程程（1987-），女，陕西西安人，硕士研究生，助理工程师。研究方向：网络信息安全。— ２１３ —信息安全与管理信息与电脑China Computer&Communication2018年第12期（2）不可检测性（Undetectability）。指隐密对象与载密信息的方向发展。体对象保持的一些特征所具有的一致性。例如，它们的统计隐写分析性能的好坏，其评价主要参照如下指标。噪声分布的一致性，这样的图像若是被非法拦截，从数学的（1）准确度：它是通过虚警率（False Positive，FP）和角度分析数据特点对判别载体中是否隐藏信息是无效的。检测率（True Positive，TP）来衡量的，是评价隐写分析性（3）鲁棒性（Robustness）。鲁棒性反映了隐写术的抗能最重要的指标。虚警率是指误将干净的载体图像检测成含干扰能力，是指如果隐藏后的数字媒体经过了某些不具破坏有秘密信息的隐秘图像的概率，检测率是指正确判断图像中性的修改之后，仍能提取出所嵌入的秘密数据，保持了原有是否隐藏有秘密信息的概率。数据的完整性和可靠性。所谓修改包括：传输过程中的信道（2）适用性：就是指某种隐写分析算法适用于不同的噪声、有损压缩、滤波操作、重采样等。隐写算法的程度，换而言之，就是看这种隐写分析方法能够（4）信息嵌入量（Capability）。信息嵌入量，指的是有效检测几种隐写算法，这亦作为其衡量标准。在满足不可察觉性的前提下，数字载体中可以隐藏秘密信息（3）实用性：可以通过检测结果的稳定性程度、是否的最大比特数。符合现实条件等来度量。（5）计算复杂度（Computational Complexity）。隐写（4）复杂度：可以通过计算算法实现所消耗的运行时间、术可以从不同的角度进行分类，按密钥的使用情况可分为无对软硬件资源的要求等来度量。密钥隐写、私钥隐写和公钥隐写；依据载体类型不同可分为隐写分析对抗隐写术，目标是要分析判断秘密信息是否音频隐写、视频隐写、图像隐写、文本隐写等；按所采用的存在，甚至影响阻碍隐密通信，在恐怖活动猖獗和互联网广技术分类可分为空间域隐写、变换域隐写以及扩频隐写。泛使用的当下，隐写分析技术能够有效解决非法使用隐写术本节主要介绍以图像为载体的几类隐写技术：空间域隐的问题，对保障国家安全和社会稳定发挥了至关重要的作用。写、变换域（频域）隐写及扩频隐写。现有的隐写分析方法，根据基本原理的不同可以分为三（1）空间域隐写方法。空间域隐写是出现最早、应用类[3]：感官分析法、基于标识特征分析法和基于统计特征分较为广泛的数字隐写方法，通过对图像的像素直接进行操作，析法。将秘密信息隐藏在图像的空间域。其中主要包括有：最不重（1）感官分析法。直接或间接利用人类对噪声的辨别要比特位（Least Significant Bit，LSB）替换隐写和LSB匹能力和感管知觉来判断载体中是否隐藏有秘密信息。感官检配[1]隐写、基于位平面复杂度分割（Bit Plane Complexity 测完全依赖人的感知能力，因此，可靠性较低、偏主观性、Segmentation，BPCS）隐写及调色板图像隐写。这类方法原识别速度受到人为等因素影响，对于实现计算机自动检测有理简单、容易实现、嵌入量大，但一般鲁棒性较差，不易抵一定的难度，当今，数字隐写的安全性不断提升，这种方法抗主动式隐写分析。已基本失去效用。（2）变换域隐写方法。变换域的隐写方法是指在载（2）标识特征分析法。一些隐写方法或软件进行隐写体图像的变换域系数中隐藏信息，和空域隐写术相比，时在载体中留下标识特征，对待测对象进行分析，看能否找变换域隐写术具有更好的鲁棒性。在变换域隐写技术到这类标识特征以实现检测。这种方法检测的准确性较高，中，常用的正交变换包括离散傅立叶变换DFT（Discrete 并且有利于信息提取，但只适用于已知的算法和工具，对未Fourier Transform）、离散余弦变换DCT（Discrete Cosine 知的隐写算法无效，因此，适用范围有限。同时，随着各式Transform）和离散小波变换DWT（Discrete Wavelet 数字隐写方法的不断增多，在现存所有的隐写方法和软件中，Transform），最常使用的是DCT与DWT。早期的在DCT并不是都能够找到明显的标识特征，因此，这类方法在检测变换系数上隐藏信息的算法主要有Westfeld等人提出的和扩展能力上是十分有限的。JSteg至F5系列算法[2]。（3）统计特征分析法。统计特征分析法是隐写分析领（3）扩频隐写方法。扩频隐写方法相当于对载体图像域中常采用的方法，它是将载体图像和隐密图像的一个或多叠加一个随机噪声，由于图像在获取时自身就带有噪声，在个统计量的理论期望频率分布进行比较，判断并找出二者之传输得过程中又会加入一定的噪声，使得这种方法也具有较间的差异，来进行算法设计，从而实现分类。载体数据流的好的隐蔽性能。冗余部分由于隐写发生变化，虽然视觉上产生的效果没有发３ 隐写分析生改变，但载体数据的统计特性早已发生了本质变化，通过对待检测载体的统计特性是否正常进行判断，就能判断其是作为攻击隐写术的技术，隐写分析是以检测隐写信息是否嵌入秘密信息。这种方法具有较高的可靠性，适用范围也否存在、估计隐写信息的长度和提取隐写信息、破坏隐藏在比较广，但由于载体图像多种多样，嵌入方法种类又多，寻载体中的嵌入信息为目的。隐写分析用到了多个学科的知识，找统计规律较为困难。例如，像密码学、信息处理、计算机等。当前的隐写分析技统计特征分析法根据检测目标的不同可以分为两类：特术主要检测隐秘信息的存在性，后续会向实现提取和攻击秘定隐写分析法和通用盲检测法。— ２１４ —信息与电脑2018年第12期China Computer&Communication信息安全与管理（1）特定隐写分析法。一般来说，针对性的隐写分析分重要的实际意义。方法试图在已知隐写算法的前提下，判断待检测对象是否含有隐秘信息，其检测性能和可靠性较高，但是灵活性和可扩参考文献展性较差。（2）通用盲检测法。通用的隐写分析方法也称盲检测[1]Sharp T. An Implementation of Key-Based Digital 方法[4]，就是在隐写方法未知而只有检测对象的情况下，对Signal Steganography[C]// International Workshop on 其中是否隐藏秘密信息进行检测判断。尽管通用的隐写分析Information Hiding. 2001:13-26.方法的检测率并不十分令人满意，但由于它不需要嵌入操作[2]Westfeld A. F5-A steganographic algorithm : High 的先验知识，因此，具有更高的实用价值。capacity despite better steganalysis[J]. Lncs, 2001, 2137:289-302.４ 结 语[3]钮心忻.信息隐藏与数字水印[M].北京:北京邮电大隐写和反隐写的对抗是信息安全领域的重要课题，隐写学出版社,2004.分析，作为一种检测载体中是否隐藏有秘密信息的技术，在[4]Li B, He J, Huang J, et al. A survey on image stega- 信息化高速发展的今天，为了拦截非法恶意信息的传播，阻nography and steganalysis[J]. Department of Computing, 2011, 止恐怖主义活动，从信息安全的角度来讲，隐写分析具有十2(3):288-289.（上接第200页）予以重视。人们普遍对隐私泄露的途径和危害没有清晰认知，护。我们要不断提升技术水平，使大数据在信息通信技术中这就会造成用户信息已泄露却不自知的问题。在未来的工作应用得更加广泛，做好隐私保护工作。当中必须要做好宣传工作，提升人们的防范意识。对基于大数据的信息通信技术在人们生活中的应用和由此可能导致的参考文献泄密问题进行详细的宣传，要让人们提前做好防范工作，避免不必要的损失。[1]邹谋刚.基于大数据的信息通信技术应用中的隐私保护[J].数字通信世界,2017(8):203. ５ 结 语[2]程学旗,靳小龙,王元卓,等.大数据系统和分析技综上所述，大数据是现代科技发展的必然结果，对于人术综述[J].软件学报,2014,25(9):1889-1908.们的生活和工作的良好发展都有促进作用。信息时代中，人[3]吕浩涵.基于大数据的信息通信技术应用中的隐私保们的交流越来越便捷，随之而来的是对信息内容和隐私的保护[J].科技传播,2015,7(4):88. — ２１５ —
