《網(wǎng)絡(luò)與信息安全》課程中信息隱藏技術(shù)的教學(xué)探索與實(shí)踐

董晨++劉臻++陳智罡+朱春

摘要：本文根據(jù)目前信息安全類課程的教學(xué)現(xiàn)狀，在原有傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，提出一種較為新穎、有效、多層次的教學(xué)模式，并以信息隱藏技術(shù)為例，結(jié)合浙江萬里學(xué)院網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)集成實(shí)驗(yàn)室的條件，提出了以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的課程體系，因材施教，推進(jìn)合作性課程的教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞：信息隱藏；協(xié)作學(xué)習(xí)；立體化

隨著網(wǎng)絡(luò)中信息安全事件的不斷升溫，網(wǎng)絡(luò)安全教育也越來越受到高校重視。各大高校紛紛開設(shè)該類課程。本校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信息工程等專業(yè)都相繼開設(shè)《網(wǎng)絡(luò)與信息安全》、《信息安全》、《信息安全技術(shù)》等課程，普及網(wǎng)絡(luò)安全知識，提高學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)安全技能，增加網(wǎng)絡(luò)安全意識。以《網(wǎng)絡(luò)與信息安全》課程為例，課程分配學(xué)分為4.0，采用“2+2”模式教學(xué)，其中理論2.0為課堂教學(xué)和課堂討論課時，實(shí)驗(yàn)2.0為實(shí)驗(yàn)課時，即每周理論2節(jié)課，單周理論課時，雙周討論課，實(shí)驗(yàn)課每周2節(jié)課。該課程的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。[1，2]

● 教學(xué)過程中的基礎(chǔ)內(nèi)容

《網(wǎng)絡(luò)與信息安全》課程分為三大模塊：①網(wǎng)絡(luò)安全基本知識概述。該模塊主要講述了網(wǎng)絡(luò)安全的發(fā)展和現(xiàn)狀問題，列舉網(wǎng)絡(luò)安全問題引發(fā)的各種不同影響的案例。②網(wǎng)絡(luò)攻擊技術(shù)。該模塊主要講述網(wǎng)絡(luò)中的一些攻擊現(xiàn)象、攻擊行為以及攻擊工具等。③密碼學(xué)模塊。該模塊主要講述古典密碼學(xué)和現(xiàn)代密碼學(xué)的一些應(yīng)用，以及信息隱藏技術(shù)的一些實(shí)際作用等。④網(wǎng)絡(luò)防護(hù)技術(shù)。該模塊主要講述網(wǎng)絡(luò)中針對安全的一些防護(hù)措施，如防火墻、入侵監(jiān)測系統(tǒng)等。

以信息隱藏技術(shù)為例，該部分內(nèi)容在整個課程中非常重要，它將一些保密或重要的信息隱藏到另外一個可以公開的媒體之中，如把指定的信息隱藏于數(shù)字化的圖像、聲音或文本當(dāng)中，充分利用人們的“所見即所得”的心理，來迷惑惡意的攻擊者。近幾年來，信息隱藏技術(shù)不斷發(fā)展，越來越多地應(yīng)用在生活中，如隱寫術(shù)、數(shù)字水印、數(shù)字指紋、隱藏信道、閾下信道、低截獲概率和匿名通信等，是目前較熱的話題。[3，4]

在課程中這部分內(nèi)容是整個課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)之一，教學(xué)過程采用了比較、舉例等方法，課時分配——理論教學(xué)：討論：實(shí)驗(yàn)=1：1：2，理論講授以圖1中的知識框架為主線，算法原理及實(shí)現(xiàn)方法，討論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合中軟吉大的網(wǎng)絡(luò)信息安全系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)。綜合起來可以把這部分內(nèi)容分為以下幾部分。

1.信息隱藏位圖法

位圖法目前使用越來越少，但作為一種基礎(chǔ)信息隱藏方法，仍有較高的教學(xué)應(yīng)用價值。該方法作為課程中的一個基本知識點(diǎn)，要求學(xué)生掌握它的基本原理，并能通過一個案例，掌握主要運(yùn)算過程如下：

例如，一幅24位BMP圖像，文件頭和圖像數(shù)據(jù)由54字節(jié)組成，文件頭不能隱藏信息，從第55字節(jié)開始為圖像數(shù)據(jù)部分，這部分可以隱藏信息。圖像數(shù)據(jù)部分是由一系列的8位二進(jìn)制數(shù)所組成，因?yàn)槊總€8位二進(jìn)制數(shù)中“1”的個數(shù)只有奇數(shù)或偶數(shù)兩種可能性，因此若一個字節(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。

設(shè)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?yàn)椋?，0，1，1，0，1，1，1.現(xiàn)在需要隱藏16進(jìn)制信息4F，由于4F轉(zhuǎn)化為8位二進(jìn)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(jìn)行調(diào)制，使其與4F轉(zhuǎn)化的8位二進(jìn)制相一致：第2位：將00111100變?yōu)?0111101，則該字節(jié)由偶變?yōu)槠妫坏?位：將10001111變?yōu)?0001110，則該字節(jié)由奇變?yōu)榕迹坏?位：將00011010變?yōu)?0011011，則該字節(jié)由奇變?yōu)榕?；?位：將00000000變?yōu)?0000001，則該字節(jié)由偶變?yōu)槠妗?/p>

經(jīng)過變化，8個字節(jié)便隱藏了一個字節(jié)的信息，這樣就能很好地將信息隱藏在位圖中了。當(dāng)然逆向提取隱藏信息需要花費(fèi)更長的時間。

2.LSB水印提取

LSB（最低有效位）算法是在位圖法的基礎(chǔ)上將輸入的信號打亂，并按照一定的分配規(guī)則使嵌入的信息能夠散布于圖像的所有像素點(diǎn)上，增加破壞和修改水印的難度。水印信號嵌入模型如圖2，水印信號檢測模型如圖3。

3.DCT變換域算法

DCT變換域算法是這一類算法的總稱，在它下面的具體的算法會有一些不同。下面介紹一種基于模運(yùn)算的數(shù)字水印算法。該方法將水印作為二值圖像（每一像元只有兩種可能的數(shù)值或者灰度等級狀態(tài)的圖像）進(jìn)行處理，依據(jù)圖像在進(jìn)行DCT變換后系數(shù)的統(tǒng)計來選取適當(dāng)?shù)拈撝?，通過模處理加入水印。此算法的特點(diǎn)是在水印檢測時不需要原始圖像（如圖4）。

● 模擬主動水印攻擊教學(xué)過程

通過基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生對信息隱藏技術(shù)已經(jīng)有了一定的了解，為了加深記憶，使知識應(yīng)用得更好，在這部分課程最后增加了一個模擬主動水印攻擊的教學(xué)模塊。該模塊主要應(yīng)用前期的知識完成。常見的水印攻擊方法有：移去攻擊、幾何攻擊、密碼攻擊、協(xié)議攻擊（如圖5）。

通過模擬攻擊實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對數(shù)字隱藏技術(shù)有了更深的了解，對各種算法增加了興趣。并在課堂上針對結(jié)果展開討論。下頁圖6為實(shí)驗(yàn)?zāi)M攻擊后的有效結(jié)果之一。

選用LSB或者DCT進(jìn)行水印攻擊，測試可以顯示如下頁圖6效果。

● 教學(xué)成效

通過對課程中信息隱藏技術(shù)教學(xué)的改進(jìn)，學(xué)生對比較難懂的數(shù)字水印部分內(nèi)容有了更深一步的了解。通過改革，不僅充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，培養(yǎng)了自學(xué)能力，開發(fā)了創(chuàng)新能力，還鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊合作意識和實(shí)踐能力。攻擊中涉及算法的選擇、操作的選擇、速度的快慢，學(xué)生都能通過團(tuán)隊合作完成。學(xué)生在實(shí)踐過程中強(qiáng)烈感受到了成功感和自信感。

● 結(jié)束語

本文以信息隱藏技術(shù)內(nèi)容教學(xué)為例，闡述了三種不同的信息隱藏技術(shù)的基本知識點(diǎn)，分析了它們之間的關(guān)聯(lián)性和區(qū)別，提高了學(xué)生的團(tuán)隊合作能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，加強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，本模式將教學(xué)與科研能力培養(yǎng)相融合，更多地引發(fā)了學(xué)生的思考。該教學(xué)模式可推廣到其他課程中。

參考文獻(xiàn)：

[1]李繼芳，奚李峰，董晨.IPR—CDIO環(huán)境的計算機(jī)工程教育研究[J].計算機(jī)教育，2009（18）.

[2]李繼芳，奚李峰，殷偉鳳，高昆.基于合作式學(xué)習(xí)的計算機(jī)導(dǎo)論課程教學(xué)[J].計算機(jī)教育，2008（10）.

[3]于學(xué)斗.以CDIO為指導(dǎo)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].計算機(jī)時代，2010（5）.

[4]唐歆，王海嬰.基于DCT變換域自適應(yīng)水印算法的研究[J/OL].中國科技論文在線.http：//www.paper.edu.cn

項(xiàng)目：寧波市重點(diǎn)專業(yè)——計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)——人才培養(yǎng)模式改革與特色，編號為：JX0211310400101。endprint

摘要：本文根據(jù)目前信息安全類課程的教學(xué)現(xiàn)狀，在原有傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，提出一種較為新穎、有效、多層次的教學(xué)模式，并以信息隱藏技術(shù)為例，結(jié)合浙江萬里學(xué)院網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)集成實(shí)驗(yàn)室的條件，提出了以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的課程體系，因材施教，推進(jìn)合作性課程的教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞：信息隱藏；協(xié)作學(xué)習(xí)；立體化

隨著網(wǎng)絡(luò)中信息安全事件的不斷升溫，網(wǎng)絡(luò)安全教育也越來越受到高校重視。各大高校紛紛開設(shè)該類課程。本校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信息工程等專業(yè)都相繼開設(shè)《網(wǎng)絡(luò)與信息安全》、《信息安全》、《信息安全技術(shù)》等課程，普及網(wǎng)絡(luò)安全知識，提高學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)安全技能，增加網(wǎng)絡(luò)安全意識。以《網(wǎng)絡(luò)與信息安全》課程為例，課程分配學(xué)分為4.0，采用“2+2”模式教學(xué)，其中理論2.0為課堂教學(xué)和課堂討論課時，實(shí)驗(yàn)2.0為實(shí)驗(yàn)課時，即每周理論2節(jié)課，單周理論課時，雙周討論課，實(shí)驗(yàn)課每周2節(jié)課。該課程的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。[1，2]

● 教學(xué)過程中的基礎(chǔ)內(nèi)容

《網(wǎng)絡(luò)與信息安全》課程分為三大模塊：①網(wǎng)絡(luò)安全基本知識概述。該模塊主要講述了網(wǎng)絡(luò)安全的發(fā)展和現(xiàn)狀問題，列舉網(wǎng)絡(luò)安全問題引發(fā)的各種不同影響的案例。②網(wǎng)絡(luò)攻擊技術(shù)。該模塊主要講述網(wǎng)絡(luò)中的一些攻擊現(xiàn)象、攻擊行為以及攻擊工具等。③密碼學(xué)模塊。該模塊主要講述古典密碼學(xué)和現(xiàn)代密碼學(xué)的一些應(yīng)用，以及信息隱藏技術(shù)的一些實(shí)際作用等。④網(wǎng)絡(luò)防護(hù)技術(shù)。該模塊主要講述網(wǎng)絡(luò)中針對安全的一些防護(hù)措施，如防火墻、入侵監(jiān)測系統(tǒng)等。

以信息隱藏技術(shù)為例，該部分內(nèi)容在整個課程中非常重要，它將一些保密或重要的信息隱藏到另外一個可以公開的媒體之中，如把指定的信息隱藏于數(shù)字化的圖像、聲音或文本當(dāng)中，充分利用人們的“所見即所得”的心理，來迷惑惡意的攻擊者。近幾年來，信息隱藏技術(shù)不斷發(fā)展，越來越多地應(yīng)用在生活中，如隱寫術(shù)、數(shù)字水印、數(shù)字指紋、隱藏信道、閾下信道、低截獲概率和匿名通信等，是目前較熱的話題。[3，4]

在課程中這部分內(nèi)容是整個課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)之一，教學(xué)過程采用了比較、舉例等方法，課時分配——理論教學(xué)：討論：實(shí)驗(yàn)=1：1：2，理論講授以圖1中的知識框架為主線，算法原理及實(shí)現(xiàn)方法，討論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合中軟吉大的網(wǎng)絡(luò)信息安全系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)。綜合起來可以把這部分內(nèi)容分為以下幾部分。

1.信息隱藏位圖法

位圖法目前使用越來越少，但作為一種基礎(chǔ)信息隱藏方法，仍有較高的教學(xué)應(yīng)用價值。該方法作為課程中的一個基本知識點(diǎn)，要求學(xué)生掌握它的基本原理，并能通過一個案例，掌握主要運(yùn)算過程如下：

例如，一幅24位BMP圖像，文件頭和圖像數(shù)據(jù)由54字節(jié)組成，文件頭不能隱藏信息，從第55字節(jié)開始為圖像數(shù)據(jù)部分，這部分可以隱藏信息。圖像數(shù)據(jù)部分是由一系列的8位二進(jìn)制數(shù)所組成，因?yàn)槊總€8位二進(jìn)制數(shù)中“1”的個數(shù)只有奇數(shù)或偶數(shù)兩種可能性，因此若一個字節(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。

設(shè)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?yàn)椋?，0，1，1，0，1，1，1.現(xiàn)在需要隱藏16進(jìn)制信息4F，由于4F轉(zhuǎn)化為8位二進(jìn)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(jìn)行調(diào)制，使其與4F轉(zhuǎn)化的8位二進(jìn)制相一致：第2位：將00111100變?yōu)?0111101，則該字節(jié)由偶變?yōu)槠?；?位：將10001111變?yōu)?0001110，則該字節(jié)由奇變?yōu)榕?；?位：將00011010變?yōu)?0011011，則該字節(jié)由奇變?yōu)榕?；?位：將00000000變?yōu)?0000001，則該字節(jié)由偶變?yōu)槠妗?/p>

經(jīng)過變化，8個字節(jié)便隱藏了一個字節(jié)的信息，這樣就能很好地將信息隱藏在位圖中了。當(dāng)然逆向提取隱藏信息需要花費(fèi)更長的時間。

2.LSB水印提取

LSB（最低有效位）算法是在位圖法的基礎(chǔ)上將輸入的信號打亂，并按照一定的分配規(guī)則使嵌入的信息能夠散布于圖像的所有像素點(diǎn)上，增加破壞和修改水印的難度。水印信號嵌入模型如圖2，水印信號檢測模型如圖3。

3.DCT變換域算法

DCT變換域算法是這一類算法的總稱，在它下面的具體的算法會有一些不同。下面介紹一種基于模運(yùn)算的數(shù)字水印算法。該方法將水印作為二值圖像（每一像元只有兩種可能的數(shù)值或者灰度等級狀態(tài)的圖像）進(jìn)行處理，依據(jù)圖像在進(jìn)行DCT變換后系數(shù)的統(tǒng)計來選取適當(dāng)?shù)拈撝?，通過模處理加入水印。此算法的特點(diǎn)是在水印檢測時不需要原始圖像（如圖4）。

● 模擬主動水印攻擊教學(xué)過程

通過基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生對信息隱藏技術(shù)已經(jīng)有了一定的了解，為了加深記憶，使知識應(yīng)用得更好，在這部分課程最后增加了一個模擬主動水印攻擊的教學(xué)模塊。該模塊主要應(yīng)用前期的知識完成。常見的水印攻擊方法有：移去攻擊、幾何攻擊、密碼攻擊、協(xié)議攻擊（如圖5）。

通過模擬攻擊實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對數(shù)字隱藏技術(shù)有了更深的了解，對各種算法增加了興趣。并在課堂上針對結(jié)果展開討論。下頁圖6為實(shí)驗(yàn)?zāi)M攻擊后的有效結(jié)果之一。

選用LSB或者DCT進(jìn)行水印攻擊，測試可以顯示如下頁圖6效果。

● 教學(xué)成效

通過對課程中信息隱藏技術(shù)教學(xué)的改進(jìn)，學(xué)生對比較難懂的數(shù)字水印部分內(nèi)容有了更深一步的了解。通過改革，不僅充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，培養(yǎng)了自學(xué)能力，開發(fā)了創(chuàng)新能力，還鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊合作意識和實(shí)踐能力。攻擊中涉及算法的選擇、操作的選擇、速度的快慢，學(xué)生都能通過團(tuán)隊合作完成。學(xué)生在實(shí)踐過程中強(qiáng)烈感受到了成功感和自信感。

● 結(jié)束語

本文以信息隱藏技術(shù)內(nèi)容教學(xué)為例，闡述了三種不同的信息隱藏技術(shù)的基本知識點(diǎn)，分析了它們之間的關(guān)聯(lián)性和區(qū)別，提高了學(xué)生的團(tuán)隊合作能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，加強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，本模式將教學(xué)與科研能力培養(yǎng)相融合，更多地引發(fā)了學(xué)生的思考。該教學(xué)模式可推廣到其他課程中。

參考文獻(xiàn)：

[1]李繼芳，奚李峰，董晨.IPR—CDIO環(huán)境的計算機(jī)工程教育研究[J].計算機(jī)教育，2009（18）.

[2]李繼芳，奚李峰，殷偉鳳，高昆.基于合作式學(xué)習(xí)的計算機(jī)導(dǎo)論課程教學(xué)[J].計算機(jī)教育，2008（10）.

[3]于學(xué)斗.以CDIO為指導(dǎo)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].計算機(jī)時代，2010（5）.

[4]唐歆，王海嬰.基于DCT變換域自適應(yīng)水印算法的研究[J/OL].中國科技論文在線.http：//www.paper.edu.cn

項(xiàng)目：寧波市重點(diǎn)專業(yè)——計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)——人才培養(yǎng)模式改革與特色，編號為：JX0211310400101。endprint

摘要：本文根據(jù)目前信息安全類課程的教學(xué)現(xiàn)狀，在原有傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，提出一種較為新穎、有效、多層次的教學(xué)模式，并以信息隱藏技術(shù)為例，結(jié)合浙江萬里學(xué)院網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)集成實(shí)驗(yàn)室的條件，提出了以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的課程體系，因材施教，推進(jìn)合作性課程的教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞：信息隱藏；協(xié)作學(xué)習(xí)；立體化

隨著網(wǎng)絡(luò)中信息安全事件的不斷升溫，網(wǎng)絡(luò)安全教育也越來越受到高校重視。各大高校紛紛開設(shè)該類課程。本校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信息工程等專業(yè)都相繼開設(shè)《網(wǎng)絡(luò)與信息安全》、《信息安全》、《信息安全技術(shù)》等課程，普及網(wǎng)絡(luò)安全知識，提高學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)安全技能，增加網(wǎng)絡(luò)安全意識。以《網(wǎng)絡(luò)與信息安全》課程為例，課程分配學(xué)分為4.0，采用“2+2”模式教學(xué)，其中理論2.0為課堂教學(xué)和課堂討論課時，實(shí)驗(yàn)2.0為實(shí)驗(yàn)課時，即每周理論2節(jié)課，單周理論課時，雙周討論課，實(shí)驗(yàn)課每周2節(jié)課。該課程的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。[1，2]

● 教學(xué)過程中的基礎(chǔ)內(nèi)容

《網(wǎng)絡(luò)與信息安全》課程分為三大模塊：①網(wǎng)絡(luò)安全基本知識概述。該模塊主要講述了網(wǎng)絡(luò)安全的發(fā)展和現(xiàn)狀問題，列舉網(wǎng)絡(luò)安全問題引發(fā)的各種不同影響的案例。②網(wǎng)絡(luò)攻擊技術(shù)。該模塊主要講述網(wǎng)絡(luò)中的一些攻擊現(xiàn)象、攻擊行為以及攻擊工具等。③密碼學(xué)模塊。該模塊主要講述古典密碼學(xué)和現(xiàn)代密碼學(xué)的一些應(yīng)用，以及信息隱藏技術(shù)的一些實(shí)際作用等。④網(wǎng)絡(luò)防護(hù)技術(shù)。該模塊主要講述網(wǎng)絡(luò)中針對安全的一些防護(hù)措施，如防火墻、入侵監(jiān)測系統(tǒng)等。

以信息隱藏技術(shù)為例，該部分內(nèi)容在整個課程中非常重要，它將一些保密或重要的信息隱藏到另外一個可以公開的媒體之中，如把指定的信息隱藏于數(shù)字化的圖像、聲音或文本當(dāng)中，充分利用人們的“所見即所得”的心理，來迷惑惡意的攻擊者。近幾年來，信息隱藏技術(shù)不斷發(fā)展，越來越多地應(yīng)用在生活中，如隱寫術(shù)、數(shù)字水印、數(shù)字指紋、隱藏信道、閾下信道、低截獲概率和匿名通信等，是目前較熱的話題。[3，4]

在課程中這部分內(nèi)容是整個課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)之一，教學(xué)過程采用了比較、舉例等方法，課時分配——理論教學(xué)：討論：實(shí)驗(yàn)=1：1：2，理論講授以圖1中的知識框架為主線，算法原理及實(shí)現(xiàn)方法，討論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合中軟吉大的網(wǎng)絡(luò)信息安全系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)。綜合起來可以把這部分內(nèi)容分為以下幾部分。

1.信息隱藏位圖法

位圖法目前使用越來越少，但作為一種基礎(chǔ)信息隱藏方法，仍有較高的教學(xué)應(yīng)用價值。該方法作為課程中的一個基本知識點(diǎn)，要求學(xué)生掌握它的基本原理，并能通過一個案例，掌握主要運(yùn)算過程如下：

例如，一幅24位BMP圖像，文件頭和圖像數(shù)據(jù)由54字節(jié)組成，文件頭不能隱藏信息，從第55字節(jié)開始為圖像數(shù)據(jù)部分，這部分可以隱藏信息。圖像數(shù)據(jù)部分是由一系列的8位二進(jìn)制數(shù)所組成，因?yàn)槊總€8位二進(jìn)制數(shù)中“1”的個數(shù)只有奇數(shù)或偶數(shù)兩種可能性，因此若一個字節(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。

設(shè)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?yàn)椋?，0，1，1，0，1，1，1.現(xiàn)在需要隱藏16進(jìn)制信息4F，由于4F轉(zhuǎn)化為8位二進(jìn)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(jìn)行調(diào)制，使其與4F轉(zhuǎn)化的8位二進(jìn)制相一致：第2位：將00111100變?yōu)?0111101，則該字節(jié)由偶變?yōu)槠?；?位：將10001111變?yōu)?0001110，則該字節(jié)由奇變?yōu)榕?；?位：將00011010變?yōu)?0011011，則該字節(jié)由奇變?yōu)榕?；?位：將00000000變?yōu)?0000001，則該字節(jié)由偶變?yōu)槠妗?/p>

經(jīng)過變化，8個字節(jié)便隱藏了一個字節(jié)的信息，這樣就能很好地將信息隱藏在位圖中了。當(dāng)然逆向提取隱藏信息需要花費(fèi)更長的時間。

2.LSB水印提取

LSB（最低有效位）算法是在位圖法的基礎(chǔ)上將輸入的信號打亂，并按照一定的分配規(guī)則使嵌入的信息能夠散布于圖像的所有像素點(diǎn)上，增加破壞和修改水印的難度。水印信號嵌入模型如圖2，水印信號檢測模型如圖3。

3.DCT變換域算法

DCT變換域算法是這一類算法的總稱，在它下面的具體的算法會有一些不同。下面介紹一種基于模運(yùn)算的數(shù)字水印算法。該方法將水印作為二值圖像（每一像元只有兩種可能的數(shù)值或者灰度等級狀態(tài)的圖像）進(jìn)行處理，依據(jù)圖像在進(jìn)行DCT變換后系數(shù)的統(tǒng)計來選取適當(dāng)?shù)拈撝?，通過模處理加入水印。此算法的特點(diǎn)是在水印檢測時不需要原始圖像（如圖4）。

● 模擬主動水印攻擊教學(xué)過程

通過基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生對信息隱藏技術(shù)已經(jīng)有了一定的了解，為了加深記憶，使知識應(yīng)用得更好，在這部分課程最后增加了一個模擬主動水印攻擊的教學(xué)模塊。該模塊主要應(yīng)用前期的知識完成。常見的水印攻擊方法有：移去攻擊、幾何攻擊、密碼攻擊、協(xié)議攻擊（如圖5）。

通過模擬攻擊實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對數(shù)字隱藏技術(shù)有了更深的了解，對各種算法增加了興趣。并在課堂上針對結(jié)果展開討論。下頁圖6為實(shí)驗(yàn)?zāi)M攻擊后的有效結(jié)果之一。

選用LSB或者DCT進(jìn)行水印攻擊，測試可以顯示如下頁圖6效果。

● 教學(xué)成效

通過對課程中信息隱藏技術(shù)教學(xué)的改進(jìn)，學(xué)生對比較難懂的數(shù)字水印部分內(nèi)容有了更深一步的了解。通過改革，不僅充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，培養(yǎng)了自學(xué)能力，開發(fā)了創(chuàng)新能力，還鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊合作意識和實(shí)踐能力。攻擊中涉及算法的選擇、操作的選擇、速度的快慢，學(xué)生都能通過團(tuán)隊合作完成。學(xué)生在實(shí)踐過程中強(qiáng)烈感受到了成功感和自信感。

● 結(jié)束語

本文以信息隱藏技術(shù)內(nèi)容教學(xué)為例，闡述了三種不同的信息隱藏技術(shù)的基本知識點(diǎn)，分析了它們之間的關(guān)聯(lián)性和區(qū)別，提高了學(xué)生的團(tuán)隊合作能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，加強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，本模式將教學(xué)與科研能力培養(yǎng)相融合，更多地引發(fā)了學(xué)生的思考。該教學(xué)模式可推廣到其他課程中。

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項(xiàng)目：寧波市重點(diǎn)專業(yè)——計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)——人才培養(yǎng)模式改革與特色，編號為：JX0211310400101。endprint