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完成时间：2013年11月2日
基于图像LSB隐写算法的研究
（XX大学XX学院XX XX地）
摘要：本文先对信息隐藏技术、隐藏模型、隐写术、隐写算法等进行了简单介绍，然后借助软件matlab7.0，采用空域隐写算法LSB将秘密信息嵌入数字图像，完成隐写；接着将嵌入的秘密信息提取出来，通过计算其峰值信噪比PSNR来评估该隐写算法的不可感知性，证实了LSB嵌入时在图像的最不重重要位加载秘密信息，一定程度上加强了秘密信息的不可感知性；再通过缩小和放大二倍来分析隐写算法的鲁棒性，试验结果表明，该算法计算量低，在低嵌入率时检测结果准确，优势明显，而对嵌入率较高的载秘图像，需要修正后才能达到常规检测的标准；最后，在实验总结基础上提出了一些建议，并对未来进行了展望。 关键词：信息隐藏技术隐写算法LSB信息嵌入信息提取PSNR不可感知性鲁棒性
第一部分
1.引言
随着计算机技术、信息处理技术和计算机网络技术的飞速发展,Intemet在世界范围内得到了大力推广，各种数字信息的制作、传输、存储和处理由此变得越来越简单。通过互联网，人们可以快捷高效地获得图像、声音和文本等各种多媒体数据，分享海量的信息资源。各种机密信息，如个人的信用卡
账号逐渐在网络通信中出现。然而，全球互联网是一个开放的系统，虽然普通用户可以通过网络方便、快捷地交流信息，但是随之而出现的问题也十分严重：个人的隐私的安全如帐号、个人信息、密码口令、等能否得到保障；多媒体作品的版权能否得到应有的保护；电子商务中的企业机密能否不被商业间谍所窃取；涉及到国家安全、政府绝密的文件在网络中能否被安全地传输等。因此，蓬勃发展的网络使得信息传输和交流更加简单易行的同时，也对关系国家安全、经济发展乃至个人隐私等方而的信息安全提出了更高的要求。国内外各界已经高度重视如何在既能有效地保证各种信息的安全这个大前提下，也能充分利用Internet便利的问题，由此一门新兴的交叉学科——信息隐藏诞生了。
2.概述
现代的信息隐藏技术来源于古老的隐写术，隐写术在希腊语中就是秘密+书写的意思，它是将秘密信息隐藏于非秘密或者不太秘密的信息中的方法，信息隐藏学研究的是在信息中隐藏信息，它是一门既古老又年轻的学科。传统的隐写术，如：显隐墨水、修改公共文本的约定、代码字、藏头诗等等，古代就已经出现了，远早于电子/计算机密码技术。信息隐藏研究虽然可以追溯到古老的隐写术，但在国际上正式提出数字化信息隐藏研究则是在1992年。
①信息隐藏技术
现在所说的信息隐藏技术是指将秘密信息隐藏在其它媒体(如音频、视频、图像)中，通过载体的传输，实现秘密信息的传递。它通常以音频、视频或图像中的一种作为载体，将秘密信息嵌入到其中，以一种只有接收者才知道信息存在的秘密途径传送信息。信息隐藏的目的在于保证隐藏的信息不引起人们的注意。和加密技术相比，信息隐藏技术摆脱了数据加密技术的致命缺陷，可以在看似很正常的载体中嵌入信息进行传递，大大增加了隐秘通信的隐蔽性。信息隐藏技术包括了数字水印技术和隐写术两个重要分支。数字水印技术是指用数字信号处理的方法在多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，它通常应用在防伪和版权保护；隐写术是一种秘密通信的手段，它通过隐藏秘密数据的存在性来获得秘密通信的安全。
②信息隐藏技术的技术性能要求
根据信息隐藏的不同应用场合和目的，信息隐藏技术的技术性能要求有:
(1)不可感知性；(2)鲁棒性；(3)隐藏容量；(4)不可检测性；(5)对称性；(6)安全性；
(7)自恢复性。
信息隐藏技术最理想的状态是能同时满足以上七种要求，但是在实际应用中式很难到达这样的理想状态，只能根据实际应用的需要有所侧重。具体的信息隐藏技术都涉及到不可感知性、鲁棒性和嵌入量之间的折衷，使一方得以较好的满足。
③信息隐藏的应用
信息隐藏的应用有:
(1)版权保护；(2)隐秘通信；(3)数据完整性验证；(4)隐秘通信监测；(5)打印控制；
(6)播放控制等。
④隐写的定义及模型——囚犯模型
隐写技术起源于Simmons在1983年提出的监狱通信问题。在该问题中隐写被定义为Alice与Bob建立一条监听者Wendy无法发现的隐蔽通信线路即Alice将秘密信息在嵌入密钥的控制下，通过嵌入算法将隐秘信息隐藏于载体中形成隐密载体，隐密载体再通过监狱通道传输给Bob,Bob利用密钥从隐密载体中恢复出秘密信息的过程。由于隐写可以将秘密信息隐藏到任何一种正常多媒体报文中，因而报文在网上传输时不会引起监听者的注意，从而达到麻痹监听者的目的，即使监听者预知含有秘密信息的载体也很难将信息提取和还原出来。该隐写模型见图1:
图1隐写的模型
⑤隐写的一般框架
隐写的一般框架见图2:
图2隐写的一般框架
⑥经典数字图像隐写算法
在数字图像中嵌入秘密信息的算法主要有空域算法和变换域算法两类。空域法就是直接改变图像元素的值；频域法是利用某种数学交换，将图像用频域表示，通过更改图像的某些频域系数加入待隐藏的消息，再利用反变换来生成隐藏有其他信息的图像。本文主要介绍图像空域隐写算法LSB。下面简单介绍几种数字图像隐写算法：
⑴最低有效位(LSB)算法
LSB信息隐藏算法是最早提出的基于图像空域信息隐藏算法，它的原理是将秘密信息直接嵌入到图像
中最不重要比特位（LSB）。LSB算法虽然鲁棒性比频域算法差，但由于其隐藏的数据量大且算法简单、操作容易等诸多优点，己成为目前隐蔽通信的主流技术。
LSB替换隐写术的提取过程为：接收者据事先约定的位置、编码情况、密钥等在载密图像中进行对隐秘信息进行提取，提取后如果隐秘信息被加密，就根据密钥进行解密等，这些手段都是为了隐秘信息传递的安全性。这样可以保证即使第三方能得到载密图像，甚至提取出最低最低位平面信息，在不知道通信双方约定的密钥的情况下，仍然无法获得秘密消息。
(2)JSteg算法
Jsteg算法是最早公布的用于把信息隐藏在JPEG图像中的隐写算法，是由Upham最早提出的。该算法具体嵌入过程是：首先将BMP格式的文件转换成JPEG格式，然后将JPEG系数(即量化后的DCT系数)的最低有效位替换成要嵌入的二进制信息。在替换的过程中，值是O和1的系数和直流分量保持不变。系数的选择与空域LSB替换法类似，也存在两种方式：顺序选择和随机选择"提取过程和嵌入过程相反,JPEG系数的最低有效位即是嵌入的二进制信息"这种算法的容量和嵌入效率都比较高"这种隐写术算法在抵抗统计检测方面其实与空域LSB算法是一致的，只不过它替代的不是图像像素的LSB，而是图像JPEG系数的最不重要位，因此只
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