20189216 2018-2019-2 《密码与安全新技术专题》第四次作业

20189216 2018-2019-2 《密码与安全新技术专题》第四次作业

课程：《密码与安全新技术专题》
班级： 1892
姓名： 鲍政李
学号：20189216
上课教师：夏超
上课日期：2019年4月9日
必修/选修： 选修

1.本次讲座的学习总结

本次讲座的主题是信息隐藏

• 信息隐藏是指将特定用途的消息隐蔽地藏于其他载体（Cover）中，使得它们难以被发现或者消除，通过可靠提取隐藏的信息，实现隐蔽通信、内容认证或内容保护功能 。
• 信息隐藏主要包括水印、可视密码、隐写等
• 密码主要解决了消息保密传输、数据来源认证与完整性认证等信息安全问题，但是密码方法不能解决保密通信的行为隐蔽性问题和内容保护与内容认证问题。
• 鲁棒水印是重要的数字产权管理与安全标识技术之一，指将与数字媒体版权或者购买者有关的信息嵌入数字 媒体中，使攻击者难以在载体不遭到显著破坏情况下消除水印，而授权者可以通过检测水印实现对版权所有者或者内容购买者等表示信息的认定。
• 可视密码技术主要特点是恢复秘密图像时不需要任何复杂的密码学计算，而是以人的视觉即可将秘密图像辨别出来。
• 隐写是基于信息隐藏的隐蔽通信或者隐蔽存储方法，将秘密消息难以感知地隐藏在内容可公开的载体中，保护保密通信或者保密存储这些行为事实。
• 隐写技术是一把“双刃剑 ”，可被恐怖组织和非法团体等用于传递信息，从事分裂国家主权、破坏社会稳定等非法活动。隐写分析对抗隐写的主要手段是，发现与识别隐写对各类特征的扰动。
  (1)有效提取隐写分析特征。发现与提取对隐写敏感的特征。
  (2)有效构造隐写特征识别系统。构造与训练能有效识别隐写分析特征的系统。
  (3)有效获得先验知识。先验知识指分析者知道的有关隐写者所采用的算法和参数等信息，它能帮助分析者更好地提取隐写分析特征并构造特征识别系统。
• LSB嵌入是最简单且最普遍的隐写算法——最低有效位嵌入算法
• 矩阵嵌入以最小的嵌入修改数目达到嵌入要传递消息的目的，可提高嵌入效率，即利用较少的嵌入修改嵌入同样数量的秘密消息。
• 自适应隐写根据构造的嵌入失真函数计算载体图像中元素发生更改所引起的失 真，利用隐写编码控制秘密信息的嵌入位置，在最小化图像总体嵌 入失真的同时保证秘密信息的准确提取。
• 高维隐写分析特征可以尽可能多地捕获隐写对图像统计特性的影响

2.学习中遇到的问题及解决

• 问题1：信息隐藏有什么特点？
• 问题1解决方案：经过十几年的研究和发展，信息隐藏技术不同的应用使它形成了不同的特点。但是，所有的信息隐藏系统共有一些基本的特点。作为利用数字通信技术来进行隐蔽信息通信的一种手段，信息隐藏技术具有的基本特点主要有以下几种:
  (1)不可感知性　信息隐藏技术利用信源数据的自相关性和统计冗余特性，将秘密信息嵌入数字载体中，而不会影响原载体的主观质量，不易被观察者察觉。如果载体是图像，所做的修改对人类的视觉系统应该是不可见的；如果载体是声音，所做的修改对人类的听觉系统应该是听不出来的。
  (2)鲁棒性　鲁棒性反映了信息隐藏技术的抗干扰能力，它是指隐藏信息后数字媒体在传递过程中，虽然经过多重无意或有意的信号处理，但仍能够在保证较低错误率的条件下将秘密信息加以恢复，保持原有信息的完整性和可靠性，它也称为自恢复性或可纠错性。对隐藏信息的处理过程一般包括数/模、模/数转换；再取样、再量化和低通滤波；剪切、位移；对图像进行有损压缩编码，如变换编码、矢量量化；对音频信号的低频放大，等等。
  (3)隐藏容量　将信息隐藏技术应用于隐蔽通信中时，为了提高通信的效率，往往希望每一个数字载体文件能够携带更多的秘密数据。隐藏容量是反映这种能力的一个指标，它是指在隐藏秘密数据后仍满足不可感知性的前提下，数字载体中可以隐藏秘密信息的最大比特数。
• 问题2：信息隐藏技术有哪些应用？
• 问题2解决方案：信息隐藏技术在信息安全保障体系的诸多方面发挥着重要作用，主要可归结为下列几个方面：
  (1)数据保密通信　信息隐藏技术可应用于数据保密通信，通信双方将秘密信息隐藏在数字载体中，通过公开信道进行传递。在军事、商业、金融等方面，如军事情报、电子商务中的敏感数据、谈判双方的秘密协议及合同、网上银行信息等信息的传递，信息隐藏技术具有广泛的应用前景。
  (2)身份认证　信息通信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，这是信息系统中的一个重要环节。可利用信息隐藏技术将各自的身份标记隐藏到要发送的载体中，以此确认其身份。
  (3)数字作品的版权保护与盗版追踪　版权保护是信息隐藏技术所试图解决的重要问题之一。随着数字化技术的不断深入，人们所享受的数字服务将会越来越多，如数字图书馆、数字电影、数字新闻等。这类数字作品具有易修改和复制的特点，其版权保护已经成为迫切解决的现实问题。利用信息隐藏中的鲁棒数字水印技术可以有效解决此类问题。服务提供商在向用户发放作品的同时，将服务商和用户的识别信息以水印的形式隐藏在作品中，这种水印从理论上讲是不能被移除的。当发现数字作品在非法传播时，可以通过提取的识别信息追查非法传播者。
  (4)完整性、真实性鉴定与内容恢复　可在数字作品中嵌入基于作品全部信息的恢复水印和基于作品内容的认证水印，由认证水印实施对数字作品完整性和真实性的鉴别并进行篡改区域定位，由恢复水印对所篡改区域实施恢复。

3.本次讲座的学习感悟、思考等）

随着多媒体技术在通信领域的广泛应用和飞速发展,信息隐藏及隐写分析技术成为信息安全领域的研究热点。通过夏老师的这次课让我对信息隐藏和隐写分析技术等有了基础的了解。最重要的一点是夏老师给我们提出的四点建议让我感受颇深。首先我们要在平时学习专业课之余去看一些最新的顶会、期刊文章，增加自己的知识储备。当然，要想看懂顶会期刊就必须拥有一定的英语水平。老师建议我们去抽时间学习英语，说好英语，写好英语。作为一名计算机的学生，编程自然是少不了的。要想在科研工作上走的更远，需要拥有良好的编程能力。老师告诉我们要利用好资源，GitHub上有很多优秀的代码，很多牛人都值得我们去学习。最后一点就是不管干什么事都要放平心态，我认为老师说的非常对，我深有感触。只有遇到问题遇到麻烦不慌不忙，平心静气，踏踏实实去尽自己最大的努力完成就可以了。心态是决定你能否成功的关键因素。

4.信息隐藏最新研究现状

(1)Information-theoretic analysis of information hiding

期刊信息： IEEE Transactions on Information Theory
作者信息：

• P. Moulin
  Beckman Inst., Univ. of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, USA
• J.A. O'Sullivan

研究进展：
提出了信息隐藏的信息理论分析，为信息隐藏系统的设计奠定了理论基础。信息隐藏包括数字媒体版权保护，水印，指纹识别，隐写术和数据嵌入等应用。在这些应用中，信息隐藏在主机数据集中，并且可靠地传送给接收器。主机数据集故意被破坏，但是以隐蔽的方式设计，以便随意分析无法察觉。接下来，攻击者可能会寻求破坏此隐藏信息，并为此目的，为数据集引入额外的失真。辅助信息（以加密密钥的形式和/或关于主机信号的信息）可供信息隐藏者和解码器使用。本文将这些概念形式化并评估隐藏容量，其隐藏了可靠传输速率的上限并量化了三个量之间的基本权衡：可实现的信息隐藏率和信息隐藏者和攻击者允许的失真水平。隐藏容量是信息隐藏者和攻击者之间游戏的价值。最优攻击策略是特定速率失真问题的解决方案，最优隐藏策略是信道编码问题的解决方案。隐藏能力是通过扩展Gel'fand-Pinsker的通信理论和编码器的辅助信息得出的。扩展包括失真约束的存在，解码器处的辅助信息和未知的通信信道。在几种情况下给出了容量的显式公式，包括伯努利和高斯问题，以及小扭曲的重要特例。在某些情况下，包括上面的最后两个，无论解码器是否知道主机数据集，隐藏容量都是相同的。结果表明，许多现有的信息隐藏系统远远低于容量。

(2)A New Displaying Technology for Information Hiding Using Temporally Brightness Modulated Pattern

期刊信息： IEEE Transactions on Industry Applications ( Volume: 53 , Issue: 1 , Jan.-Feb. 2017 )
作者信息：

• Hiroshi Unno
  Kanagawa Institute of Technology, Atsugi, Kanagawa 243-0292, Japan
• Ronnaporn Yamkum
  Department of Imaging & Printing Technology, Faculty of Science, Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand
• Chutharat Bunporn
  Department of Imaging & Printing Technology, Faculty of Science, Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand
• Kazutake Uehira
  Kanagawa Institute of Technology, Atsugi, Kanagawa 243-0292, Japan

研究进展：
本文提出了一种新的显示系统技术，可以隐藏显示图像背后的秘密信息，同时满足高隐蔽性和可读性要求。隐藏信息是一种包括字符和各种模式的二进制图像，即二次剩余（QR）码。该技术在运动图像或视频中使用时间上明亮的调制不可见图案。在读出时总结了一些时期的帧图像，增强了不可见图案的对比度以使其可见。本文还提出了一种新方法来解决由于显示器和摄像机的异步操作而发生的问题，这是一种通过使用时移采样实现的技术。根据进行的实验来读出隐藏的二进制图像以确认结果。此外，当放置在主图像后面时，该技术中使用的图案明显不可见，这表明所提出的技术在实际应用中根据该确认非常可行。

(3) An improved information hiding algorithm based on image

期刊信息： 2017 IEEE 15th International Conference on Software Engineering Research, Management and Applications (SERA)
作者信息：

• Yuan Ziqian
  School of Information and Safety Engineering, Zhongnan University of Economics and Law, Wuhan, China
• Guan Zijie
  School of Information and Safety Engineering, Zhongnan University of Economics and Law, Wuhan, China
• Feng Hao
  School of Information and Safety Engineering, Zhongnan University of Economics and Law, Wuhan, China

研究进展：
本文提出了一种改进的基于图像的信息隐藏方法，该方法利用人眼对一定范围内颜色变化的不可感知性以及红色，绿色和蓝色识别能力的差异。 根据每个位平面的特征和颜色分量值调整变换范围，并在嵌入二进制信息时改变范围，使信息隐藏在图像的大部分区域中。 此外，该方法还对隐藏信息进行加扰，并在嵌入时随机剪切信息。 实验表明，该方法具有很强的透明性，安全性和鲁棒性。

(4)Large — Capacity LSB information hiding scheme based on two-dimensional code

期刊信息： 2017 7th IEEE International Conference on Electronics Information and Emergency Communication (ICEIEC)
作者信息：

• Yushuang Liu
  College of Computer Science, Inner Mongolia University, Hohhot
• Junxing Zhang
  College of Computer Science, Inner Mongolia University, Hohhot

研究进展：
在大数据的背景下，信息安全面临更多的机遇和挑战。 图像隐写术作为信息隐藏的重要手段，被广泛应用于军事，医疗，商业等重要场合。 二维码图像作为一种随处可见的信息交换手段。 本文在图像隐写和二维码相结合的基础上，设计了一种改进的LSB信息隐藏算法。 二维码作为特殊的图像载体，其中RGB通道嵌入秘密信息进行隐蔽通信，具有实现简单，安全性高的优点。 实验结果表明，本文提出的LSB嵌入算法具有良好的隐蔽性，嵌入容量非常大，对噪声和剪切具有鲁棒性。

(5)Research of image information hiding algorithm based on quadrilateral partition

期刊信息： 2014 IEEE 3rd International Conference on Cloud Computing and Intelligence Systems
作者信息：

• Qing Xue
  College of Sciences, Beijing Forestry University, 100083, China
• Guifang Zhang
  College of Sciences, Beijing Forestry University, 100083, China
• Xiaochun Wang
  College of Sciences, Beijing Forestry University, 100083, China

研究进展：
信息隐藏技术是信息安全的支撑技术之一。提出了一种基于四边形划分的图像信息隐藏算法。该算法首先对秘密图像的像素灰度值进行最小二乘拟合，并获得分段多项式。给定拟合多项式的程度和拟合精度的控制误差，可以相应地进行相应的自适应图像三角测量;然后获得三角形秘密图像。将秘密图像的分区信息记录为四进制数，并将加扰的分区信息和秘密图像的顶点灰度信息嵌入到载体数字图像中，获得隐秘图像。从隐秘图像中提取分区信息和顶点灰度信息，接收器可以恢复拟合多项式的系数并进一步重建秘密图像。实验结果表明，该方法具有较高的隐藏容量和良好的隐蔽性，重建后的秘密图像令人满意。

参考资料

• Information-theoretic analysis of information hiding
• A New Displaying Technology for Information Hiding Using Temporally Brightness Modulated Pattern
• An improved information hiding algorithm based on image
• Large — Capacity LSB information hiding scheme based on two-dimensional code
• Research of image information hiding algorithm based on quadrilateral partition