LSB算法

一、课题背景What’sinformationhiding?信息隐藏技术使一种新型的信息安全技术，它把一个有意义的信息隐藏到载体信息中得到含密载体，非法获得者不知道这个看似普通的载体中是否隐藏了其它的信息，而且即使知道也难以提取或去除隐藏的信息。信息隐藏的古典应用公元前440年一个叫Histaieus的奴隶用头发掩盖叛乱信息的方法将信函隐藏在信使的鞋底、衣服的皱褶，妇女的头饰、首饰中17世纪的无形墨水：在特定的字母上制作非常小的斑点19世纪的微缩胶片化学方式实现的高级隐写术：用笔蘸淀粉水写在白纸上，喷上碘水后显示棕色字体中国文学上的藏头诗施耐庵《水浒传》第61回，吴用诱使卢俊义将离合诗，题于墙上，使卢俊义遭官府迫害逼上梁山。卢花潭上有扁舟，俊杰黄昏独自游。义到尽头原有命，反弓逃难必无忧。在以计算机和Internet为代表的信息时代信息隐藏技术已经涉及：感知科学信息论密码学信息隐藏技术与传统密码学的区别传统密码技术：信息隐藏技术：传统密码技术通过密文的不可理解性来保护信息的内容，而密文的不可理解性同时也暴露了信息的重要性。这很容易引起攻击者的注意，从而吸引攻击者采取多种手段对通信的内容进行破译或对通信过程进行破坏，继而造成信息传递的失败。信息隐藏技术与传统密码学不同的是，它利用多媒体信息普遍存在的冗余性，将秘密信息隐藏在多媒体信息中而不引起多媒体信息物理外观的显著变化，使得人们觉察不到它的存在，即使截获者知道秘密信息的存在，未经授权也难以将其提取出来，从而保证了秘密信息的机密性和安全性。传统密码加密技术示意图载体图像秘密信息图像LSB算法提取提取的秘密信息图像原始秘密信息图像加密信息隐藏技术示意图载体图像秘密信息图像载体图像秘密信息图像载体图像秘密信息图像信息隐藏信息隐藏技术应用信息隐藏是一种隐蔽通信手段，在军事、情报、国家安全方面具有重要的意义。匿名通信。许多国家和金融机构在电子选举、电子现金方案和匿名邮件协议中广泛使用难以被第三方跟踪的匿名通信技术，使得使用者的隐私权得到有效的保护。版权保护。数字水印作为信息隐藏技术的一个重要分支，利用数字内嵌的方法将所有者的版权信息嵌入到多媒体中，并作为鉴定、起诉非法侵权的证据，从而成为知识产权保护的有效手段。印刷品的防伪。信息隐藏技术用于印刷品的防伪是近些年来提出的新课题，已经被许多出版社和相关产品发行机构所采用。该方法在数字图像印刷或打印之前先嵌入一定的秘密信息，经印刷或打印输出后的纸张可以再次扫描输入，利用特定的提前和鉴别算法来验证该图像作品的真伪。信息隐藏技术的基本要求①极高的安全性。安全性是信息隐藏技术的核心。因为信息隐藏技术用于国防安全方面，所以对安全性的要求极高。安全性主要包括：视觉隐蔽性和统计隐蔽性或算法不可检测性。②足够的信息隐藏量。二、信息隐藏系统设计1.Thebasicmodelofimformationhidingsystem嵌入算法Embedding隐密密钥Stego-Key提取算法Extracting隐密密钥Stego-Key载体信息Cover-datatype含密载体Stego-datatype秘密信息Embedden-datatype攻击或分析Stegoanalyst秘密信息Embedden-datatypeLSB（LeastSignificantBits）算法：将秘密信息嵌入到载体图像像素值的最低有效位，也称最不显著位，改变这一位置对载体图像的品质影响最小。2.信息隐藏算法设计LSB算法嵌入步骤①将原始载体图像的空域像素值由十进制转换到二进制表示，以大小的块图像为例255253254253255253252255254111111111111110111111110111111011111111111111101111111001111111111111110②用二进制秘密信息中的每一比特信息替换与之相对应的载体数据的最低有效位，假设待嵌入的二进制秘密信息序列为[011000100]，则替换过程如图所示。111111101111110111111111111111001111111011111100111111011111111011111110111111111111110111111110111111011111111111111101111111001111111111111110③将得到的含秘密信息的二进制数据转换为十进制像素值，从而获得含秘密信息的图像，如图所示。254253255252254252253254254111111101111110111111111111111001111111011111100111111011111111011111110下图给出了载体图像和秘密信息图像。其中，载体图像时像素的512x512像素的Lena图，秘密信息图像是48x48像素的二值图像。LSB算法嵌入结果LSB算法提取步骤①将得到的隐藏有秘密信息的十进制像素值转换为二进制数据，如图所示。254253255252254252253254254111111101111110111111111111111001111111011111100111111011111111011111110②将二进制数据的最低有效位提取出来，即为秘密信息序列[011000100]。如图所示。011000100111111101111110111111111111111001111111011111100111111011111111011111110LSB提取结果BMP图像文件的特殊结构BMP图像文件格式是微软公司为其Windows环境设置的标准图像格式。文件头信息位图头信息文件头部调色板数据图像数据BMP图像格式STRUCTpallete{BYTEB;BYTEG;BYTER;BYTEReserved;};颜色值或索引值图像文件头信息偏移量域的名称大小内容0000h标识符(Identifier)2bytes两字节的内容用来识别位图的类型：‘BM’：Windows3.1x,95,NT,…‘BA’：OS/2BitmapArray‘CI’：OS/2ColorIcon‘CP’：OS/2ColorPointer‘IC’：OS/2Icon‘PT’：OS/2Pointer0002hFileSize1dword用字节表示的整个文件的大小0006hReserved1dword保留，设置为0000AhBitmapDataOffset1dword从文件开始到位图数据开始之间的数据(bitmapdata)之间的偏移量000EhBitmapHeaderSize1dword位图信息头(BitmapInfoHeader)的长度，用来描述位图的颜色、压缩方法等。下面的长度表示：28h-Windows3.1x,95,NT,…0Ch-OS/21.xF0h-OS/22.x0012hWidth1dword位图的宽度，以像素为单位0016hHeight1dword位图的高度，以像素为单位001AhPlanes1word位图的位面数图像位图头信息偏移域的名称大小内容001ChBitsPerPixel1word每个像素的位数1-Monochromebitmap4-16colorbitmap8-256colorbitmap16-16bit(highcolor)bitmap24-24bit(truecolor)bitmap32-32bit(truecolor)bitmap001EhCompression1dword压缩说明：0-none(也使用BI_RGB表示)1-RLE8-bit/pixel(也使用BI_RLE4表示)2-RLE4-bit/pixel(也使用BI_RLE8表示)3-Bitfields(也使用BI_BITFIELDS表示)0022hBitmapDataSize1dword用字节数表示的位图数据的大小。该数必须是4的倍数0026hHResolution1dword用像素/米表示的水平分辨率002AhVResolution1dword用像素/米表示的垂直分辨率002EhColors1dword位图使用的颜色数。如8-位/像素表示为100h或者256.0032hImportantColors1dword指定重要的颜色数。当该域的值等于颜色数时，表示所有颜色都一样重要调色板数据0036hPaletteN*4byte调色板规范。对于调色板中的每个表项，这4个字节用下述方法来描述RGB的值：1字节用于蓝色分量1字节用于绿色分量1字节用于红色分量1字节用于填充符(设置为0)图像数据0436hBitmpDataxbytes该域的大小取决于压缩方法，它包含所有的位图数据字节，这些数据实际就是彩色调色板的索引号