本書共7章,對信息安全中信息隱藏及數(shù)字水印技術(shù)的相關(guān)知識及部分具體應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)介紹。第1章主要介紹信息隱藏技術(shù)及其具有代表性的隱寫術(shù)、數(shù)字水印和秘密共享三大研究熱點(diǎn)技術(shù);第2、3章分別介紹基于不同載體下的兩種信息隱藏方案;第4、5章分別介紹兩種秘密共享方案;第6、7章分別介紹一種可逆水印方案及篡改定位恢復(fù)算法。
本書由淺入深、循序漸進(jìn)地描述了相關(guān)理論知識及具體應(yīng)用方法,可作為信息隱藏及數(shù)字水印領(lǐng)域的研究生及學(xué)者的參考用書。
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展使互聯(lián)網(wǎng)成為人們生活和工作中必不可少的信息傳輸媒介。互聯(lián)網(wǎng)作為一個公開的信道,惡意攻擊者可以使用各種不法手段來獲取、破壞互聯(lián)網(wǎng)中傳輸?shù)母鞣N數(shù)據(jù)信息,如果這些傳輸?shù)奈淖只驁D像信息是相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)鍵數(shù)據(jù),如醫(yī)療、法律、軍事等領(lǐng)域,那么這些信息的泄露或損壞就會造成不可預(yù)知的后果。信息隱藏技術(shù)是信息安全領(lǐng)域的一門多學(xué)科融合技術(shù),其在不影響原始載體媒介正常使用的前提下,通過一定的方法將秘密信息隱藏到公開的數(shù)字媒介之中。由于該技術(shù)本身擁有的超越傳統(tǒng)密碼學(xué)的諸多優(yōu)點(diǎn),其已廣泛應(yīng)用于數(shù)字媒體版權(quán)保護(hù)、隱秘通信等領(lǐng)域。在解決數(shù)字圖像的版權(quán)保護(hù)、內(nèi)容認(rèn)證等信息安全問題上,數(shù)字水印同樣也扮演著非常重要的角色。
本書的主要內(nèi)容是研究信息隱藏及數(shù)字水印技術(shù)在特定載體中的具體應(yīng)用,共分為7章。
第1章主要介紹了信息隱藏技術(shù)的產(chǎn)生背景、意義、分類及特性,并根據(jù)其研究側(cè)重點(diǎn)不同分別論述了隱寫術(shù)技術(shù)、數(shù)字水印技術(shù)及秘密共享技術(shù)的相關(guān)概念、發(fā)展現(xiàn)狀及主要應(yīng)用領(lǐng)域等。
第2章介紹了一種新穎的利用相像的繁體字和簡體字來實(shí)現(xiàn)信息隱藏的方案。對于數(shù)據(jù)傳輸來說,文本信息的隱藏需要更少的存儲空間和較小的帶寬,它的應(yīng)用具有明顯的普遍性和廣泛性。但由于文本信息具有較低的冗余性,這就導(dǎo)致隱藏文本信息時比較困難。本章介紹了利用繁簡同形字來進(jìn)行文本信息隱藏的方案,簡化了嵌入和提取的過程,并通過實(shí)驗(yàn)證明了其可行性。
第3章介紹了一種新穎的通過DNA序列作為載體的信息隱藏方案,并利用兩個改變的核苷酸間的距離比特的位數(shù)來表示隱藏的秘密數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了比傳統(tǒng)的信息隱藏載體(如文本、音頻、視頻等)更高的安全性和魯棒性。
第4章介紹了一種主動式多秘密共享方案。在該方案中,相應(yīng)的參與者不僅可以共享多個秘密,而且可以在共享秘密信息沒有被改變的前提下定期更新手中的秘密份額,同時銷毀上一個時間周期內(nèi)的秘密份額,進(jìn)一步增強(qiáng)了安全性。
第5章介紹了一種可以應(yīng)用于圖像秘密的可逆的主動秘密圖像共享方案。該方案可以沒有任何損失地重構(gòu)出秘密圖像和偽裝圖像,并且不會出現(xiàn)溢出問題。
第6章介紹了一種包含新的溢出解決方法的可逆水印方案,該方案兩次嵌入信息,第一次使用基于整數(shù)小波變換的直方圖平移將水印信息均勻嵌于載體圖像;第二次使用低失真可逆水印算法調(diào)整溢出像素并嵌入調(diào)整信息,以解決溢出問題。
第7章介紹了一種新的基于Arnold置亂的半脆弱性水印算法,用于Arnold置亂圖像和明文圖像內(nèi)容完整性認(rèn)證,并采用分層思想進(jìn)行水印提取、篡改定位及恢復(fù)。本章中的算法對原文圖像的影響更小,同時還可以實(shí)現(xiàn)秘密圖像的篡改定位,具有更高的峰值信噪比和更高的定位精度。
本書第1、4、6章由馮斌撰寫,第2章由張國鋒撰寫,第3章由段西強(qiáng)撰寫,第5章由張雷撰寫,第7章由馮玲撰寫。
本書得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“面向多源數(shù)據(jù)發(fā)布的社會數(shù)據(jù)安全共享機(jī)制研究”(項(xiàng)目編號:62071320)、“基于海量圖片生命周期的云端隱私保護(hù)系統(tǒng)研究”(項(xiàng)目編號:61771090)、國家自然科學(xué)基金青年基金“內(nèi)容認(rèn)證與版權(quán)保護(hù)的圖像水印算法研究”(項(xiàng)目編號:61401060)、山東省社會科學(xué)規(guī)劃研究項(xiàng)目“網(wǎng)絡(luò)空間安全環(huán)境治理下建立‘三位一體’個人隱私數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制研究”(項(xiàng)目編號:20CGLJ34)以及山東省科技廳重大研發(fā)項(xiàng)目“面向多重云環(huán)境下的數(shù)據(jù)存儲安全及隱私保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究”(項(xiàng)目編號:2019GGX101019)的經(jīng)費(fèi)資助。同時本書列為“泰山學(xué)院學(xué)術(shù)著作出版基金資助出版”項(xiàng)目。本書可作為信息隱藏及數(shù)字水印領(lǐng)域的研究生及學(xué)者的參考用書。
本書是在作者及科研團(tuán)隊(duì)多年的理論和實(shí)踐工作的基礎(chǔ)上梳理完成的。在本書撰寫過程中,作者得到了國內(nèi)很多學(xué)者的支持和幫助,特別是大連理工大學(xué)李明楚教授、郭成教授及中國科學(xué)院信息工程研究所王樹鵬研究員等,他們從本書的整體結(jié)構(gòu)到內(nèi)容編排都給予了熱情幫助并提出了建設(shè)性的意見,在此深表感謝;山東省數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)科研團(tuán)隊(duì)的專家們對本書的內(nèi)容進(jìn)行了整理,在此表示衷心的感謝。另外,本書參考了很多文獻(xiàn)資料及經(jīng)典算法,在此對算法的提出者及文獻(xiàn)資料的原作者表示深深的感謝。泰山學(xué)院的各級領(lǐng)導(dǎo)對本書的出版給予了很大的支持和鼓勵,在此表示衷心的感謝。
由于作者水平有限,書中難免有疏漏或不盡如人意之處,懇請廣大讀者多提寶貴意見,共同探討信息隱藏及數(shù)字水印領(lǐng)域中先進(jìn)的方法及技術(shù)應(yīng)用。
作 者
目 錄
前言
第1章 基礎(chǔ)知識概論1
11 信息隱藏技術(shù)1
111 信息隱藏技術(shù)的產(chǎn)生背景與意義1
112 信息隱藏技術(shù)的分類2
113 信息隱藏技術(shù)的特性2
12 隱寫術(shù)技術(shù)3
121 隱寫術(shù)技術(shù)概述3
122 隱寫術(shù)技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀4
13 數(shù)字水印技術(shù)5
131 數(shù)字水印技術(shù)產(chǎn)生背景5
132 數(shù)字水印技術(shù)的基本框架6
133 數(shù)字水印技術(shù)的性能指標(biāo)7
134 數(shù)字水印的分類8
135 數(shù)字水印技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10
14 隱寫術(shù)技術(shù)和數(shù)字水印技術(shù)的區(qū)別11
15 秘密共享技術(shù)12
151 秘密共享理論12
152 秘密圖像共享技術(shù)14
16 信息隱藏技術(shù)的應(yīng)用17
161 隱寫術(shù)技術(shù)的應(yīng)用17
162 數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用17
第2章 一個新穎的漢字文本信息隱藏方案19
21 引言19
22 相關(guān)知識介紹20
221 漢字編碼知識介紹20
222 文本信息隱藏的主要方法20
223 基于L-R和U-D結(jié)構(gòu)漢字的
可逆信息隱藏方案22
23 基于繁簡同形字的漢字文本隱藏方案23
231 加密過程24
232 解密過程25
24 實(shí)驗(yàn)和分析26
本章小結(jié)28
第3章 基于DNA序列的數(shù)據(jù)隱藏方案29
31 引言29
32 相關(guān)知識介紹30
321 主要符號介紹30
322 DNA的結(jié)構(gòu)30
323 替換法DNA信息隱藏方案32
324 插入法DNA信息隱藏方案33
325 互補(bǔ)對法DNA信息隱藏方案35
33 基于DNA序列的數(shù)據(jù)隱藏方案35
34 實(shí)驗(yàn)和分析37
341 安全性分析37
342 模擬實(shí)驗(yàn)38
343 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析40
本章小結(jié)41
第4章 主動秘密共享方案42
41 引言42
42 相關(guān)知識介紹43
421 秘密共享方案的理論基礎(chǔ)43
422 基于拉格朗日插值多項(xiàng)式的秘密共享算法47
423 基于中國剩余定理的秘密共享算法48
424 基于閾值方案的多秘密共享方案48
43 一種新穎的主動式多秘密共享方案50
44 實(shí)驗(yàn)和分析51
本章小結(jié)52
第5章 可逆的主動秘密圖像共享方案53
51 引言53
52 相關(guān)知識介紹55
521 基于多項(xiàng)式的秘密共享方案55
522 基于Shamir(t,n)門限的圖像秘密共享55
523 基于隱寫術(shù)的秘密圖像共享方案56
524 基于離散對數(shù)難解的主動秘密共享方案57
525 PSNR58
53 可逆的主動秘密圖像共享方案設(shè)計59
531 共享階段59
532 隱藏階段60
533 更新階段60
534 秘密圖像獲取階段61
54 實(shí)驗(yàn)和分析62
541 模擬結(jié)果62
542 討論64
本章小結(jié)66
第6章 一種包含新的溢出解決方法的可逆水印方案67
61 引言67
62 相關(guān)知識介紹69
621 可逆圖像水印69
622 Logistic映射71
623 Torus自同構(gòu)映射71
624 整數(shù)小波變換72
625 基于整數(shù)小波變換的直方圖平移72
626 低失真可逆水印算法74
627 循環(huán)冗余校驗(yàn)75
628 結(jié)構(gòu)相似性75
63 低失真溢出處理算法76
631 溢出處理過程77
632 溢出恢復(fù)過程79
64 可逆水印方案79
641 水印嵌入過程79
642 提取和恢復(fù)過程81
65 實(shí)驗(yàn)和分析82
651 安全性分析82
652 溢出處理算法性能分析82
653 可逆性分析83
654 質(zhì)量和容量分析84
655 魯棒性分析84
本章小結(jié)86
第7章 基于Arnold置亂的三層篡改定位及恢復(fù)的半脆弱性水印算法87
71 引言87
72 相關(guān)知識介紹90
721 圖像篡改定位與恢復(fù)90
722 圖像置亂算法92
723 空間域LSB算法94
73 基于Arnold置亂的三層篡改定位及恢復(fù)的半脆弱性水印算法設(shè)計94
731 基于分塊的水印嵌入95
732 圖像Arnold置亂加密98
733 基于分塊的篡改檢測與定位98
734 基于分塊的篡改恢復(fù)103
74 實(shí)驗(yàn)和分析104
741 圖像質(zhì)量的衡量104
742 篡改定位和恢復(fù)105
本章小結(jié)109
參考文獻(xiàn)110