數(shù)字水印技術研究

摘 要： 本文主要對信息隱藏的一種技術數(shù)字水印進行分析，給出了一個數(shù)字水印實現(xiàn)的例子。

關鍵詞： 信息隱藏 數(shù)字水印 最低有效位算法

一、水印技術

信息隱藏主要應用在需要安全保密通信的部門，利用多媒體信息中的冗余空間攜帶隱蔽信息，達到秘密信息偽裝傳遞的目的。同時，信息隱藏還要研究其對立面——隱蔽信息的分析和檢測，這與密碼編制學和密碼分析學是類似的，信息隱藏與分析是一對矛盾統(tǒng)一體，它們既相互對立又相互促進。數(shù)字水印從實質上說也是一類信息隱藏，但是其目的不是為了保密通信，而是為了標明載體本身的一些信息，如多媒體信息的創(chuàng)作者、版權信息、使用權限等一系列需要標明的信息。利用數(shù)字水印，還可以跟蹤多媒體產(chǎn)品的非法傳播和擴散，打擊盜版。數(shù)字水印技術目前正處于一個快速發(fā)展和持續(xù)深入的階段，應用領域也在快速擴展。從最初的圖像水印、音頻水印，發(fā)展到軟件水印、視頻水印、文字水?。粡淖畛醯乃惴ㄑ芯?，擴展到行業(yè)領域的應用，如數(shù)字地圖的版權保護、數(shù)字圖書的版權保護、證件防偽、多媒體數(shù)據(jù)的檢索、電子公文防篡改等。

信息隱藏的目的：1.要回答在一個載體中是否隱藏有秘密信息。2.如果藏有秘密信息，能提取出秘密信息。3.如果藏有秘密信息，不論能否提取出秘密信息，都不想讓秘密信息正確到達接收者手中，因此，這就是將秘密信息破壞，但是不影響偽裝載體的感觀效果（視覺、聽覺、文本格式等），也就是說使得接收者能夠正確收到偽裝載體，但是又不能正確提取秘密信息，并且無法意識到秘密信息已經(jīng)被攻擊。

圖像信息隱藏是近年信息隱藏技術中新興起的研究課題，它以數(shù)字圖像為掩護媒體，將需要保密的信息按照某種算法嵌入數(shù)字圖像中，并且要求：1.嵌入信息后的圖像與原始圖像相比，在人的視覺上沒有什么區(qū)別；2.數(shù)據(jù)隱藏要不改變掩護媒體的數(shù)據(jù)量，即直接對媒體數(shù)據(jù)的某些部分進行修改，而不增加掩護媒體的數(shù)據(jù)，這就是數(shù)字水印。本文介紹一種利用BMP彩色圖像實現(xiàn)信息隱藏的方法。

二、水印算法

本文采用的是最低有效位算法（LSB），這是一種典型的空間域數(shù)據(jù)隱藏算法。由于該算法是通過調整原始數(shù)據(jù)的最低幾位來隱藏信息，因此一般用戶對于隱藏信息在視覺和聽覺上很難察覺。該算法雖然有較大的信息隱藏量，但作為數(shù)字水印算法，其因基本原理限制，所隱藏的數(shù)字水印信息是極為脆弱的，無法經(jīng)受一些無損和有損的信號處理。

最低有效位算法利用了人們對顏色的一定的敏感，當我們對紅綠藍三相素的亮度作微小的改動，人們的肉眼是無法發(fā)現(xiàn)這種差異的。如我們僅將相素的亮度增一或減一，這樣就可以隱藏信息。

一幅24位BMP圖像，由54字節(jié)的文件頭和圖像數(shù)據(jù)部分組成，其中文件頭不能隱藏信息，從第55字節(jié)以后為圖像數(shù)據(jù)部分，可以隱藏信息。圖像數(shù)據(jù)部分是由一系列的8位二進制數(shù)所組成，由于每個8位二進制數(shù)中“1”的個數(shù)或者為奇數(shù)或者為偶數(shù)，約定：若一個字節(jié)中“1”的個數(shù)為奇數(shù)，則稱該字節(jié)為奇性字節(jié)，用“1”表示；若一個字節(jié)中“1”的個數(shù)為偶數(shù)，則稱該字節(jié)為偶性字節(jié)，用“0”表示。我們用每個字節(jié)的奇偶性來表示隱藏的信息。

舉例：設一段24位BMP文件的數(shù)據(jù)為：01100110，00111100，10001111，00011010，00000000，10101011，00111110，10110000，則其字節(jié)的奇偶排序為：0，0，1，1，0，1，1，1．現(xiàn)在需要隱藏信息79，由于79轉化為8位二進制為01001111，將這兩個數(shù)列相比較，發(fā)現(xiàn)第2，3，4，5位不一致，于是對這段24位BMP文件數(shù)據(jù)的某些字節(jié)的奇偶性進行調制，使其與79轉化的8位二進制相一致：

第2位：將00111100變?yōu)?0111101，則該字節(jié)由偶變?yōu)槠妗?/p>

第3位：將10001111變?yōu)?0001110，則該字節(jié)由奇變?yōu)榕肌?/p>

第4位：將00011010變?yōu)?0011011，則該字節(jié)由奇變?yōu)榕肌?/p>

第5位：將00000000變?yōu)?0000001，則該字節(jié)由偶變?yōu)槠妗?/p>

經(jīng)過這樣的處理，此24位BMP文件數(shù)據(jù)段字節(jié)的奇偶性便與79轉化的8位二進制數(shù)完全相同，這樣，8個字節(jié)便隱藏了一個字節(jié)的信息。

綜上所述，將信息嵌入BMP文件的步驟為：

1.將待隱藏信息轉化為二進制數(shù)據(jù)碼流。

2.將BMP文件圖像數(shù)據(jù)部分的每個字節(jié)的奇偶性與上述二進制數(shù)碼流進行比較。

3.調整字節(jié)最低位的“0”或“1”，改變字節(jié)的奇偶性，使之與上述二進制數(shù)據(jù)流一致，即將信息嵌入到24位BMP圖像中。

信息提取是把隱藏的信息從偽裝媒體中讀取出來，其過程和步驟正好與信息嵌入相反：

1.判斷BMP文件圖像數(shù)據(jù)部分每個字節(jié)的奇偶性，若字節(jié)中“1”的個數(shù)為偶數(shù)，則輸出“0”；若字節(jié)中“1”的個數(shù)為奇數(shù)，則輸出“1”。

2.每判斷8個字節(jié)，便將輸出的8位數(shù)組成一個二進制數(shù)（先輸出的為高位）。

經(jīng)過上述處理，得到一系列8位二進制數(shù)，就是隱藏信息的代碼。

三、結語

本文主要介紹了數(shù)字水印的基本內容，然后給出了數(shù)字水印的一個算法最低有效位算法，并給出了這個算法的一個實例。

參考文獻：

［1］梁志敏，蔡建.NET安全性與密碼術［M］.北京：清華大學出版社.

［2］Ross J.Anderson著.孫彥妍譯.信息安全工程［M］.北京：機械工業(yè)出版社.

［3］Bruce Schneier著.吳士忠譯.應用密碼學一協(xié)議、算法與C源程序［M］.北京：機械工業(yè)出版社.