数字图像隐写分析术研究

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数字图像隐写术是一种利用数字图像进行信息隐藏从而实现传递秘密信息的隐蔽通信技术。数字图像隐写分析术则主要是通过统计检测的手段对隐写术实施检测,旨在确认数字图像中秘密信息的存在性,进而达到监控/破坏隐蔽通信的目的。隐写术和隐写分析术是两种相互对立而又相互促进发展的技术,在多媒体信息安全领域已引起广泛关注。本学位论文围绕数字图像隐写分析术展开研究。 根据适用场合,可以将隐写分析算法分为专用型和通用型。前者仅针对某一种类的隐写算法进行攻击,而后者可对多种隐写算法实现检测。本文从数据嵌入域和隐写分析观测域的角度对隐写分析术进行研究。数据嵌入域是隐写术进行数据嵌入的操作域,而隐写分析域是隐写分析术进行检测隐写术、提取隐写分析特征的操作域。本文通过对几种隐写算法的数据嵌入域进行分析,构建有效的隐写分析观测域,进而提出三种专用型和一种通用型的隐写分析算法。具体工作如下: 1.提出针对JPEG LSB—GEA隐写算法的专用型隐写分析算法。LSB—GEA(Least Significant Bit Greedy Embedding Algorithm)隐写算法以JPEG图像为媒介进行信息隐藏,其数据嵌入域为JPEG(Joint Photographic Experts Group) DCT(Discrete Cosine Transform)域。该算法具有经典LSB算法的简单性,同时可以抵御卡方(Chi—square)检测算法的攻击。本文以数据嵌入域为隐写分析观测域,发现JPEG DCT系数的对称性因需嵌入数据而遭破坏,因此引入一个对称卡方统计量来衡量JPEG DCT系数的对称性,从而判别图像是否经LSB—GEA隐写算法进行信息隐藏。 2.提出针对空域MBNS隐写算法的专用型隐写分析算法。MBNS(Multiple—Base Notational System)隐写算法是一种以空域位图图像为媒介的自适应隐写术,其特点在于使用混合进制系统来表示秘密数据。该算法首先根据图像局部纹理复杂程度确定进制系统的基值;然后将二进制系统下的秘密数据转换为混合进制系统下的符号;最后采用求模同余的方式,将像素值相对于进制基所求得的模值替换为待嵌入的符号值。本文将像素值相对于进制基值所求得的模值所在的域视为数据嵌入域,通过与数据嵌入者相同的自适应方式寻找出数据嵌入域,并将其作为隐写分析观测域的一部分。我们发现并证明了进行信息隐藏后,在隐写分析观测域中,对于给定的进制基,其对应小值模值的出现概率将增大。据此我们设计了可以粗略估计数据嵌入比例的隐写分析算法。 3.提出针对JPEG YASS隐写算法的专用型隐写分析算法。YASS(Yet Another Steganographic Scheme)隐写算法以JPEG图像为媒介进行信息隐藏,但并不以JPEG DCT域作为数据嵌入域,且其数据嵌入域由密钥决定。YASS隐写算法有效地抵御了以JPEG DCT域、空域或小波域作为隐写分析观测域的通用型隐写分析算法的攻击。通过研究YASS隐写算法的数据嵌入域,我们发现在数据嵌入率较大的情况下,其产生方式的随机性并不强。因此我们构建了一个隐写分析观测域,观测域中的一部分集合以一定的概率与数据嵌入域产生交集,而另一部分集合与数据嵌入域无交集。对于进行信息隐藏后的图像,从这两类集合所提取的统计特征将呈现差异。本文在构建的隐写分析观测域中提取了三组隐写分析特征,并通过线性分类器,对图像是否经YASS进行信息隐藏实现了有效判别。 4.提出基于纹理特征的通用型隐写分析算法。本文将图像纹理分类问题与隐写分析问题相联系,提出信息隐藏给图像引入的高频噪声可以视为在精细尺度下给图像引入了随机纹理的观点。据此,本文结合纹理分类的方法,对图像采用局部线性变换,以局部线性变换域为隐写分析观测域,提取变换系数截断的归一化直方图作为隐写分析特征,并通过线性分类器对图像是否经信息隐藏进行判别,对多种隐写算法均体现了不错的检测性能。
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