信息隐藏技术-第一章-概述

信息隐藏技术第一章概述2013年09月17日陈真勇北京航空航天大学计算机学院先进计算机应用技术教育部工程研究中心2021/4/82主讲教师•陈真勇博士，副教授，82338175，[e-mail]先进计算机应用技术教育部工程研究中心，新主楼G948.2021/4/83主要参考书•《DigitalWatermarkingandSteganography,SecondEdition》IngemarCox，MatthewMiller，JeffreyBloom，andJessicaFridrich，MorganKaufmannPublishers，20072021/4/84主要参考书•《DigitalWatermarkingandSteganography:FundamentalsandTechniques》FrankY.Shih，CRCPublishers，20072021/4/85主要参考书•《数字水印》，王颖，黄志蓓等译，IngemarCox，MatthewMiller，JeffreyBloom著，电子工业出版社，2003•《信息隐藏技术及其应用》，刘振华，尹萍编著，科学出版社，2002•《信息隐藏技术与应用》，王丽娜，张焕国编著，武汉大学出版社，2003•《信息隐藏技术实验教程》，王丽娜，郭迟，李鹏编著，武汉大学出版社，2004•《数字水印技术及应用》，孙圣和，陆哲明，牛夏牧，科学出版社，20042021/4/86课程安排时间课程内容第2周，2013.09.17第一章概述第3周，2013.09.24第二章多媒体与密码学基础第4周，2013.10.01“十一”放假第5周，2013.10.08第三章隐写与隐写分析第6周，2013.10.15第四章数字图像水印第7周，2013.10.22第五章数字视频水印第8周，2013.10.29第六章数字指纹第9周，2013.11.05第七章可逆水印第10周，2013.11.12第八章数字水印攻击，第九章研究热点2021/4/87课程网站•考核方式•考查课•考核指标日常考勤，课堂作业，实验大作业.•实验大作业3~4人组成一个团队，Demo程序、源码和实验报告.2021/4/89第一章概述主要内容•实例演示•信息隐藏技术的重要性•发展历程•基本概念和范畴•主要应用领域2021/4/810信息隐藏与提取——实例演示•基于LSB方法的信息隐藏与提取LSB：LeastSignificantBit，最低有效位.2021/4/811第一章概述主要内容•实例演示•信息隐藏技术的重要性•发展历程•基本概念和范畴•主要应用领域2021/4/812重要事件一•2006-2007维基解密2021/4/813重要事件二•2009年6月24日美国总统奥巴马批准成立美国的网络战司令部。2021/4/814重要事件三•2013年6月6日斯诺登事件，棱镜项目。•《卫报》、《华盛顿邮报》•美国国家安全局和联邦调查局•微软、雅虎、谷歌、苹果等•信息电邮，即时消息，视频，照片，存储数据，语音聊天，文件传输，视频会议，登录时间，社交网络资料的细节2021/4/815在计算机科学中所处的位置•基础理论（理论计算机，量子计算）•计算机软件（可信软件）•计算机体系结构（多核技术）•计算机硬件•计算机应用技术（多媒体，人工智能）•自然语言理解与机器翻译•信息安全（密码学，信息隐藏）•计算机网络（无线传感器网络，自组网）2021/4/816信息安全•广义上，凡是涉及到信息的安全性，完整性，可用性，真实性和可控性的相关理论和技术都是信息安全所要研究的领域。•狭义的信息安全是指信息内容的安全性，即保护信息的秘密性、真实性和完整性，避免攻击者利用系统的安全漏洞进行窃听、冒充、诈骗、盗用等有损合法用户利益的行为，保护合法用户的利益和隐私。•现代密码学(Cryptography)是信息安全技术的核心。2021/4/817依靠密码学不能解决所有问题•加密方法有一个缺点，那就是它明确地提示攻击者哪些是重要信息，容易引起攻击者的好奇和注意，并有被破解的可能性，而且一旦加密文件经过破解后其内容就完全透明了。•攻击者可以在破译失败的情况下将信息破坏，使得即使是合法的接收者也无法阅读信息内容。2021/4/818数字媒体的知识产权保护、内容安全等问题•模拟时代到数字时代。•互联网上的数字媒体应用正在呈爆炸式的增长，越来越多的知识产品以电子版的方式在网上发布和传播。•数字信号处理和网络传输技术可以对数字媒体(数字音频，图象和视频)的原版进行无限制的任意编辑，修改，拷贝和散布，造成数字媒体的知识产权保护和内容安全的问题日益突出。2021/4/819华南虎虎照事件2021/4/820华南虎虎照事件20嵌入脆弱水印2021/4/821DigitalvideowatermarkingformetadataembeddinginUAVvideo•USAirForceResearchLaboratory,Rome,NY,award#FA8750-04-1-0185GlobalHawkPredator2021/4/8DigitalvideowatermarkingformetadataembeddinginUAVvideo22MetaDataofPropertiesGPScoordinatesCameraanglesAltitudeTimeetc.2021/4/823第一章概述主要内容•实例演示•信息隐藏技术的重要性•发展历程•基本概念和范畴•主要应用领域2021/4/824信息隐藏的发展历史（1）•隐写术steganography，最早源于古希腊词汇steganos和graphia•大约公元前440年，古希腊奴隶携带秘密消息的故事故事中奴隶主Histiaus将一个奴隶的头发剃光，把秘密信息刺在这个奴隶的头皮上，然后派他去Miletus的Ionian城。为了把消息隐藏起来，刺字后让奴隶头发重新长起来。奴隶到达Ionian城后，又将头发剃去，从而把消息展示给城市的统治者Aristagoras。正是这个信息激励Aristagoras开始反抗波斯国王。2021/4/825信息隐藏的发展历史（2）•中国古代印刷术的发明，导致产生出早期的纸质水印1282年在意大利最早出现了纸水印；18世纪，纸水印已经变得相当实用；在欧洲和美国制造的产品中，主要用于识别生产厂商和商标，以及区分纸的规格、质量和重量；•18世纪末期，“水印”这个术语似乎已形成，可能起源于德国词汇“wassermarke”•1954年，Muzak公司的埃米利.希姆布鲁克为带有水印的音乐作品申请了一项专利2021/4/826信息隐藏的发展历史（3）•1979年，Szepanski描述了一种机械探测模式，可以用在文件上起到防伪效果•1988年，Holt等人阐述了一种在音频信号中嵌入认证码的方法•大概是Komatsu和Tominaga在1988年第一次使用了术语“数字水印”（Digitalwatermarking）•到20世纪90年代初期，“数字水印”才真正流行起来；1995年前后，人们对数字水印的兴趣猛增。2021/4/827信息隐藏的发展历史（4）•1996年，第一届信息隐藏学术讨论会（IHW）召开•1999年，一些组织开始考虑包含不同标准的水印技术拷贝保护技术工作组（CPTWG）尝试用水印系统保护DVD中视频；安全数字音乐主创（SDMI）将水印作为音乐保护系统的核心技术；欧盟赞助两个用于广播监控的水印计划：“欢呼”（VIVA）和“护身符”（Talisman）；国际标准化组织（ISO）对水印技术用于高级MPEG标准设计也很感兴趣。•20世纪90年代末期，一些公司开始正式地销售水印产品Verance公司采用第一阶段的SDMI，此技术同时被诸如LiquidAudio等国际互联网音乐发行人使用；在图像水印方面，Digimarc公司把水印的嵌入器和检测器与Adobe公司的Photoshop软件捆绑在一起。2021/4/828信息隐藏的发展历史0501001502002503003504004505001998200020022004数字水印信息隐写2021/4/829全国信息隐藏暨多媒体信息安全学术大会•1999年，我国召开了第一届信息隐藏学术研讨会会议由何德全、周仲义、蔡吉人三位院士发起。•至今已经成功举行了十届这十届会议的成功举行推动了我国信息隐藏研究的发展。其中第五、六、十届。•第十届于2012年4月在北京邮电大学召开主题包括：信息隐写理论与模型、隐密术与隐密分析、数字水印与数字版权管理、非常规载体信息隐藏、数字取证、软件保护、多媒体数据检索及认证、无线通信安全、数据传输安全、信息内容安全、密码学等。2021/4/830重要人物•Prof.IngemarJ.CoxUniversityCollegeLodon,NECResearchInstitute,SecureSpreadSpectrumWatermarkingforMultimedia,IEEETrans.onImageProcessing,6,12,1673-1687,(1997)TimesCited(2013.9.12):2685Times2021/4/831重要人物•Dr.FabienPetitcolasMicrosoftResearch，Cambridge，UnitedKingdom.•CreatorofStirmarkandalotofotherexcellentwork•Makecategory2021/4/832重要人物•Dr.WuMin,IEEEFellowUniversityofMaryland,•Electrical&ComputerEngineeringSDMI(SecureDigitalMusicInitiative)2000.9,athree-weekpublicchallenge,toevaluatetheattackresistanceforfourwatermarktechniques(A,B,C,F)andtwootherschemes(D,E).•Digitalfingerprinting•Digitalforensics2021/4/833重要人物•Dr.FrankHartungStanfordUniversity•ApioneerinvideowatermarkingWatermarkingofUncompressedandCompressedVideo•DigitalRightManagement2021/4/834国内主要研究团队•黄继武，中山大学，信息科学与技术学院•杨义先，北京邮电大学，信息安全中心•牛夏牧，哈尔滨工业大学，信息对抗技术研究所•王朔中、张新鹏，上海大学，通信与信息工程学院•陈真勇，北京航空航天大学2021/4/835第一章概述主要内容•实例演示•信息隐藏技术的重要性•发展历程•基本概念和范畴•主要应用领域2021/4/836什么是信息隐藏•信息隐藏就是将秘密信息隐藏到一般的非秘密的数字媒体载体中，如图像、声音、视频和文档等载体，从而不让对手发觉的一种方法。•所谓信息隐藏，就是在一些载体信息中将需要保密传递的信息隐藏进去，而载体本身并没有太大的变化，不会引起怀疑，这样就达到了信息隐藏的目的。•简单地说，信息隐藏就是将重要信息隐藏在普通数字媒体中。•把一种信息隐藏于另一种信息之中。2021/4/837信息隐藏模型•Model嵌入过程提取过程密钥生成器嵌入密钥载体对象隐藏分析者提取密钥嵌入信息隐藏对象载体对象嵌入信息信息隐藏系统的一般模型2021/4/838信息隐藏术语•嵌入对象：希望被秘密保存的信息。•载体对象：用于隐蔽嵌入对象的非保密载体。•嵌入密钥与提取密钥•对称信息隐藏：嵌入密钥与提取密钥相同。•非对称信息隐藏：嵌入密钥与提取密钥不相同。2021/4/839信息隐藏研究范畴•Fabi