基于信息隱藏的隱蔽通信技術(shù)研究.pdf

1、在人類歷史的長(zhǎng)河中，人們?cè)诓粩嗟貙で蟾碌?、更有效的交流與通信方式。從最早的洞穴圖畫、烽煙信號(hào)、鳴鼓警報(bào)，到后來(lái)文字產(chǎn)生、電報(bào)發(fā)明、廣播傳送、電視普及，直至今天的Internet與E-mail。這還僅僅是我們所能描述的一個(gè)小小的片段，未來(lái)的通信將是難以想象的。不過(guò)，隨著時(shí)代的前進(jìn)，社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，新的需要、新的發(fā)展機(jī)會(huì)將不斷產(chǎn)生；通信中新的問(wèn)題、新的方式將不斷涌現(xiàn)。以信息隱藏技術(shù)為基礎(chǔ)的隱蔽通信技術(shù)正是最新涌現(xiàn)出的一朵絢麗奇葩。

2、 加密通信僅能隱蔽通信的內(nèi)容，讓別人不能理解。而基于信息隱藏的隱蔽通信，不僅能隱蔽通信的內(nèi)容，而且能隱蔽通信的發(fā)送者、接收者，甚至秘密通信的存在。這在保密通信，特別是軍事通信中是非常需要的。既隱蔽通信的內(nèi)容，又隱蔽通信的存在，正是本論文研究的初衷和目的。 論文中主要研究了5方面的問(wèn)題：1.信息隱藏學(xué)科的基本概念、分支及術(shù)語(yǔ)的中文表述；2.圖像置亂技術(shù)在隱蔽通信中的意義，置亂程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)及置亂算法：3.隱蔽通信中信息隱藏

3、的基本算法，特別是在圖像中隱藏秘密信息的算法；4.隱蔽信道容量的計(jì)算方法，特別是圖像隱蔽信道的容量計(jì)算方法，即在一幅數(shù)字圖像中，到底可隱藏多少比特秘密信息，人類視覺(jué)不可感知；5.隱蔽信道的抗干擾性，特別是圖像隱蔽信道的抗干擾性。 所做的工作及主要結(jié)論如下：1.由于信息隱藏學(xué)科是一門新興的學(xué)科，該學(xué)科的中文術(shù)語(yǔ)還沒(méi)有統(tǒng)一。為便于展開相關(guān)問(wèn)題的討論，論文首先對(duì)信息隱藏學(xué)科的分支進(jìn)行了介紹，對(duì)信息隱藏學(xué)科的基本概念及術(shù)語(yǔ)給出了解釋和說(shuō)

4、明，對(duì)一些術(shù)語(yǔ)的中文表述提出了建議，建構(gòu)了較完整的術(shù)語(yǔ)系統(tǒng)。 2.較詳盡地論述了圖像置亂不僅是圖像加密的技術(shù)之一，而且在隱蔽通信中具有的重要功能和作用，給出了圖像置亂程度的4個(gè)定義，計(jì)算了幾個(gè)典型的幾何變換的置亂程度，結(jié)果表明：所給的置亂程度定義與實(shí)際的觀測(cè)效果能較好地吻合。給出了理想置亂變換的定義，得到了在理想置亂時(shí)置亂程度為最大的定理。3.提出了4類新的、時(shí)間復(fù)雜度均為O(N2)的圖像置亂算法(其中N2表示圖像的象素?cái)?shù))，對(duì)

5、它們的性能進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。 (1)基于FFT思想的置亂算法。該算法置亂的圖像和隨機(jī)噪聲圖像人類視覺(jué)系統(tǒng)感覺(jué)不到其差別。 (2)基于騎士巡游矩陣的圖像置亂算法。該算法只置亂圖像的細(xì)節(jié)，可直接用于圖像細(xì)節(jié)的隱藏，并且該算法優(yōu)于已有算法的地方是：密鑰量大，加密解密速度快，從而增加了圖像及其隱藏信息的安全性。 (3)基于亞仿射變換的置亂算法?；趲缀沃蟹律渥儞Q的思想，提出了一類新的可用于圖像置亂的亞仿射變換，重點(diǎn)研究了

6、亞仿射變換的性質(zhì)，給出仿射變換是亞仿射變換的必要條件，討論了亞仿射變換圖像置亂的周期性，得到了“亞仿射變化構(gòu)成變換群”的定理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：亞仿射變換有較好的置亂效果，從圖像信息加密的安全性角度看，它優(yōu)于Arnold、Fibonacci等幾何置亂變換。 (4)基于行列式計(jì)算思想的置亂算法。該算法思想靈活，便于構(gòu)造新的置亂算法，置亂效果基本能滿足進(jìn)一步隱藏的需要。 4.簡(jiǎn)要介紹了信息隱藏技術(shù)的分類和基本算法，著重研究了基于

7、替換系統(tǒng)的空域隱藏算法和基于變換域技術(shù)的水印隱藏算法。為便于比較、研究信息隱藏的不可感知性和圖像隱蔽信道的容量，創(chuàng)造性地提出了圖像信息隱藏的“象素容量嵌入法”。為增加信息隱藏容量，提出了自適應(yīng)高容量的信息隱藏算法。為增強(qiáng)隱藏秘密信息的安全性，提出了多級(jí)隱藏的模型和方法。為提高隱藏信息的魯棒性，對(duì)小波域的水印嵌入算法進(jìn)行了改進(jìn)，既增強(qiáng)了魯棒性又增加了信息隱藏的容量。提出了基于擴(kuò)頻通信思想的信息隱藏算法，該算法對(duì)圖像壓縮、濾波、裁剪等攻擊具

8、有魯棒性。 5.提出了圖像“局部方向掩蔽特性”、“局部掩蔽特性”及“總掩蔽特性”的概念，并給出了計(jì)算公式。在此基礎(chǔ)上定義了圖像隱蔽信道的“總?cè)萘俊奔懊總€(gè)象素的“平均容量”的概念及計(jì)算公式，得到了“圖像的總掩蔽特性小，其信息隱藏容量也小”的定理。根據(jù)人類視覺(jué)系統(tǒng)(HVS)的掩蔽特性，給出了圖像空域信息隱藏的極大化容量定義，并提出了求極大化容量的算法，該定義利用HVS特性的DWT表示，充分考慮了圖像的頻率、亮度、紋理等特性，分析和實(shí)