图像隐写分析研究

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随着互联网络的发展和数字媒体应用的普及,信息安全日益重要。如何防止信息被窃听、被盗用、被篡改,从而保证通信安全,成为需要首先解决的问题。加密技术是一种解决通信安全的传统手段。它以密码学为基础,对明文进行加密变换输出密文,使得通信内容不可读。但形式上容易暴露通信发生的事实,从而引起攻击者的注意并因此招致攻击。 隐写术是近年发展起来的一种信息保密技术,它使用信息隐藏技术将秘密信息隐藏在可公开的普通载体中进行传送,实现隐蔽通信。但是,隐写术的发展在为人们带来一种新的安全隐蔽通信手段的同时也带来了新的威胁。如何检测发现隐藏信息,进而破坏隐蔽通信,以监控非法通信,成为影响国家安全和社会稳定的一个重要问题。本文主要研究以图像为载体的隐写术分析,目的是检测图像中秘密信息的存在性。 基于LSB(LeastSignificantBit)替换的隐写术是一种简单而又重要的经典隐藏方法。它通过用秘密消息比特替换载体图像像素值的最低比特位来实现嵌入,只需对载体图像做很小的更改就可以实现较大的嵌入容量(≤1bpp)。本文通过对LSB隐写前后位平面图像的对比观察和分析,发现LSB隐写会改变图像低位平面的随机纹理特性以及位平面之间的相关性。定义位平面复杂度和纹理特性度量,在此基础上提取32个位平面统计特征量,结合支持向量机的交叉验证和网格搜索,实现了一种空域LSB隐写术的分析算法。该算法使用较少的统计特征量,实现了较低嵌入容量下的准确检测和具有较好的稳定性。 随机调制(StochasticModulation)隐写通过在载体图像中嵌入服从高斯分布的隐写噪声来隐藏秘密消息,能实现较大的嵌入容量(≤0.8bpp)。它具有较好的安全性,目前尚没有相应的有效检测算法。本文首先建立载体图像、掩密图像和隐写噪声三者差分之间的统计关系模型。在唯掩密攻击条件下,采用Mallat矩估计方法,通过掩密图像对载体图像差分统计分布进行初步估计。结合网格搜索和分布拟合校验,提出了一种随机调制隐写的分析算法,能实现对随机调制隐写秘密消息隐藏量的准确估计。 JPEG图像的广泛使用使其成为一种重要的隐写载体,基于JPEG图像的隐写和隐写分析受到学者们的关注。自然彩色图像YCbCr颜色空间各通道DCT系数的直流分量近似服从高斯分布,而交流分量近似服从广义高斯分布。通过计算载体图像和掩密图像DCT系数统计分布之间的鉴别信息,对常见DCT域隐写术进行实验分析,发现隐写术所引起的统计变化度量与秘密消息嵌入量、隐写质量因子和DCT分块大小之间等存在一定的联系和趋势。在此基础上,提取统计分布模型的参数为特征向量,借助以RBF为核函数的支持向量机,提出一种针对彩色JPEG图像的通用型隐写分析算法。该算法实现了对载体图像和掩密图像的有效分类。 由于图像存在格式、规格、来源和内容等多样性,要构建实际可用的有效检测系统有一段比较长的路要走。图像隐写分析的研究仍然处于一个比较初级的阶段,尚缺乏系统的研究方法和成熟的理论体系,有很多问题尚待进一步的研究。
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