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作为信息隐藏技术的重要分支,隐写术主要应用于隐蔽通信。它将秘密信息嵌入到载体对象中,并经由公开信道将载密对象传输给接收方。广义隐写术包括数字媒体隐写术、语言隐写术、文件系统隐写术以及网络隐写术。目前开展的大部分研究都是针对数字媒体隐写术和网络隐写术,前者是已经拥有丰富成果的成熟研究领域,主要以图像、视频、音频等数字多媒体文件为载体对象;后者是隐写术的最新分支,主要以网络通信数据作为载体对象。隐写术通常要求产生的载密对象与载体之间无明显的统计差异,以抵抗隐写术的反向技术一隐写分析技术的攻击。随着隐写分析技术的发展,以矩阵嵌入为代表的隐写编码技术已经广泛应用于高安全性的自适应数字媒体隐写方案的设计,而预编码及基于模型的调制技术也逐步应用于设计兼具抗检测性和强鲁棒性的网络隐写方案。 本文立足于数字媒体隐写和网络隐写中的编码问题。在数字媒体隐写中,针对最小化加性隐写失真的矩阵嵌入框架,着重研究其网格隐写编码实现、安全性增强、鲁棒性提高以及多播隐蔽通信拓展等重要问题;在网络隐写中,研究兼具抗检测性、强鲁棒性以及模型自适应性的时间式隐信道设计中所面临的编码问题。主要研究成果如下: (1)揭示了以最小化加性隐写失真为目标的二元矩阵嵌入问题与二元对称信道中信道编码的最大似然译码问题的关联性。并分别以线性分组码以及卷积码为研究对象,构造相应的网格隐写码。其中,利用线性分组码校验矩阵构造BCJR伴随式网格并实施维特比算法,寻找最小化隐写失真的载密对象;利用一种卷积码特殊陪集快速求解方法以及卷积码的最小跨长生成矩阵网格,构造对应的网格隐写方案;该方案不同于Filler等所提的伴随式网格隐写码构造方式,在部分嵌入率下能达到更低的计算复杂度和存储需求。 (2)对当前广泛应用的伴随式网格隐写码的密钥安全性进行了分析。在两类攻击条件下,利用校验矩阵的结构特性推证了周期时变网格隐写码相比较于现有的时不变网格隐写码,具有更高的密钥安全性。对基于时变卷积码的网格隐写码的构造过程进行了阐述,并对时变网格隐写码的校验矩阵结构要求进行了分析。在此基础上,提出了一种基于矩阵扩展的周期时变网格隐写码。实验结果表明,该周期时变网格隐写码可以达到与优选的时不变网格隐写码相近的性能,且相比于时不变网格隐写码构造中所采用的穷举搜索机制,该网格隐写码的构造方法具有更好的系统性和灵活性。 (3)在载密对象的部分数据在传输过程中可能遭受损坏或丢失的情形下,面向最小化隐写失真的矩阵嵌入机制无法保护秘密信息的完整性,载密对象的部分损坏和丢失会导致矩阵嵌入解码过程的错误扩散问题。在分析矩阵嵌入机制的受损率扩散函数的基础上,利用纠删码与嵌入码的校验级联,提出了一种抗损矩阵嵌入框架,对其嵌入效率与受损数据恢复率定义的抗损性之间的影响机理进行了理论分析,得到了近似的抗损性——嵌入效率限函数,该限函数揭示了抗损性与嵌入效率之间的制约关系。依据系统卷积码和网格隐写码所采用的校验矩阵的级联依然为卷积码这一重要特性,进一步提出了一种可以逼近理论限的抗损网格隐写编码方案。 (4)将传统的单播隐写拓展到多播隐写,即将多个接收方的秘密信息嵌入到同一载体对象中通过多播通信方式同时传递给多个接收方。对多播隐写的组内私密性、扩展嵌入效率和信息提取复杂度这三个问题进行了分析。将单播矩阵嵌入框架扩展为多播矩阵嵌入框架,分别提出了同步多播矩阵嵌入方案和异步多播矩阵嵌入方案,前者基于Slepian-Wolf分布式信源编码,后者基于可重叠多重嵌入机制。在此基础上,对网格隐写码的同步及异步多播形式进行了拓展。实验结果与分析表明,同步多播矩阵嵌入方案相比异步多播矩阵嵌入方案具有更高的嵌入效率,而异步多播矩阵嵌入方案在组内私密性和信息提取复杂度方面具有明显优势。 (5)针对基于模型的时间式隐蔽信道存在的收发双方模型同步的问题,建立模型自适应性的概念,并利用模拟喷泉码,提出了一种基于模型拟合编码的模拟喷泉时间信道方法。发送方根据目标模型分布与模拟喷泉码码元分布形状之间的差异分别采取码元转移和码元分裂策略,生成与模型分布一致的包间时延序列。将接收到的包间时延或连续包间时延的组合可视为模拟喷泉码元的线性映射、模型拟合噪声以及信道噪声的叠加信号,进而设计了一种改进的信任传递译码算法,可以在无需模型分布和信道噪声分布信息的情形下直接译码秘密信息。实验结果表明所提时间信道方法具有良好的抗检测性和鲁棒性,且具备良好的模型自适应性,也可以直接扩展到多播时间信道应用。 最后,对论文进行了总结,展望了广义隐写术中编码问题的发展趋势,并指出了未来的研究方向。