信息隱藏技術(shù)是信息安全領(lǐng)域的一門新興學(xué)科。信息隱藏主要研究如何將某一機(jī)密信息通過一定的算法隱藏于另一公開的信息中,，然后通過公開信息的傳輸來傳遞機(jī)密信息,。承載秘密信息的載體可以是靜止圖像、音頻,、文本和視頻等數(shù)字媒體,。
　　在信息隱藏技術(shù)中，透明性(即視覺的不可知性),、魯棒性(即隱藏的信息不易丟失及被破壞,，可鑒別或恢復(fù))和安全性(不易被無關(guān)人員檢測(cè)、恢復(fù))等是評(píng)價(jià)信息隱藏算法性能的重要指標(biāo),，但這些指標(biāo)之間存在著一定的矛盾,。解決這一矛盾的有效途徑之一是充分利用人類感覺系統(tǒng)的各種掩蔽特性，結(jié)合載體的局部特征,，自適應(yīng)地隱藏秘密信息,。
　　本文提出的信息隱藏算法以彩色靜止圖像為載體，以二值文字圖像" title="二值文字圖像">二值文字圖像為秘密信息,，先用離散化,、幻方置亂、位擴(kuò)展及混沌調(diào)制對(duì)文字圖像進(jìn)行預(yù)處理,，再將經(jīng)過預(yù)處理的秘密信息根據(jù)人類視覺系統(tǒng)的感知特性以自適應(yīng)的方式嵌入到載體中,。
1 隱藏方案
1.1基本原理
　　彩色靜止圖像每個(gè)像素點(diǎn)的顏色值由紅、綠,、藍(lán)三個(gè)分量組成,。將一幅彩色圖像分塊后對(duì)紅、綠、藍(lán)三個(gè)分量分別作DCT變換,，每塊得到三個(gè)DCT系數(shù)矩陣,，選擇系數(shù)矩陣中的低頻分量，根據(jù)待隱藏信息的值決定相應(yīng)的系數(shù)是否需要修改,。當(dāng)值為0時(shí),，對(duì)應(yīng)的低頻系數(shù)保持不變,；當(dāng)值為1時(shí),，修改對(duì)應(yīng)的低頻系數(shù)。修改系數(shù)時(shí),，先給出一個(gè)系數(shù)總改變量,，然后適當(dāng)調(diào)整紅、綠,、藍(lán)三個(gè)低頻系數(shù)的值,。每種顏色系數(shù)的調(diào)整量與該顏色系數(shù)大小成正比，三種顏色系數(shù)調(diào)整值之和等于系數(shù)總改變量,。假設(shè)系數(shù)總改變量為Δ₁,，對(duì)應(yīng)的紅、綠,、藍(lán)低頻系數(shù)分別為f_r,、f_g和f_b，則得到各自的調(diào)整量分別為Δ₁*f_r/(f_r+f_g+f_b),、Δ₁*f_g/(f_r+f_g+f_b)及Δ₁*f_b/(f_r+f_g+f_b),。這樣可以兼顧透明性和魯棒性。
　　由于人眼對(duì)紅,、綠,、藍(lán)三種顏色的敏感程度不同，人眼對(duì)綠色敏感度最高,，紅色次之,，而藍(lán)色最低，因此可對(duì)紅,、綠,、藍(lán)三個(gè)低頻系數(shù)再作調(diào)整。假設(shè)二次調(diào)整的總改變量為Δ₂,，則三個(gè)系數(shù)調(diào)整量分別為0.50×0.11×Δ₂,、0.39×0.11×Δ₂及0.39×0.50×Δ₂。這樣總的嵌入強(qiáng)度為Δ₁與Δ₂之和,。Δ₁與Δ₂可同為正或負(fù),，可任意指定。
1.2 文字圖像的預(yù)處理
　　為提高隱藏信息抗干擾的能力,，在嵌入秘密信息前,，先對(duì)二值文字圖像進(jìn)行預(yù)處理,，預(yù)處理步驟如下：
　　(1)文字圖像的離散化。將二值文字圖像映射成一維序列,，映射時(shí)像素點(diǎn)的選取按一定間隔依次讀取,。設(shè)二值文字圖像為W，大小為m×n,，其二維像素點(diǎn)映射成一維序列為W₀={w₀(i),，i=1，2,，3……m×n},，按照一定間隔dis1讀取像素點(diǎn)，如dis1為3,，則先讀取序號(hào)為1,、4、7,、……n₁(n₁≤m×n)的點(diǎn),，再讀取序號(hào)為2、5,、8,、……n₂(n₂≤m×n)的點(diǎn)，最后讀取序號(hào)為3,、6,、9、……n₃(n₃≤m×)的點(diǎn),，離散化后得到一維序列W₁={w₁(i),，i=1，2,，3,，……m×n}。
　　離散化的目的是減少數(shù)據(jù)間的相關(guān)性,，分散剪切攻擊對(duì)秘密信息的影響,。
　　(2)混沌調(diào)制?；煦绗F(xiàn)象是在非線性動(dòng)力系統(tǒng)中出現(xiàn)的確定性的,、類似隨機(jī)的過程?；煦缦到y(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的初值和系統(tǒng)參數(shù)較敏感,。本算法中采用的混沌映射是具有良好隨機(jī)統(tǒng)計(jì)特性的Logistic映射，其定義為：
　　x_k+1=ux_k(1-x_k)
　　其中u為參數(shù)，x_k∈(0,，1),，當(dāng)3.569 945 60通過Logistic映射所產(chǎn)生的序列{x_k,，k=0，1,，2,，3，……}是非周期,、不收斂的,，且對(duì)初始值非常敏感。經(jīng)過量化可將混沌序列" title="混沌序列">混沌序列轉(zhuǎn)換為二值混沌序列,，如當(dāng)x_k∈(0，0.1)∪(0.2,，0.3)∪(0.4,，0.5)∪(0.6，0.7)∪(0.8,，0.9)時(shí)取1,，而當(dāng)x_k∈(0.1，0.2)∪(0.3,，0.4)∪(0.5,，0.6)∪(0.7，0.8)∪(0.9,，1)時(shí)取0,。
　　以密鑰key1為初值生成一個(gè)二值混沌序列P，P={p(i),，i=1,，2，3,，……m×n},，對(duì)W₁進(jìn)行混沌序列調(diào)制，得到W₂={w₂(i)|w₂(i)=w₁(i)⊕p(i),，i=1,，2，3,，……m×n},。
　　混沌調(diào)制的目的是提高秘密信息的安全性。由于在不知道密鑰的情況下無法產(chǎn)生相同的混沌序列，因此可以防止非法用戶提取秘密信息,。
　　(3)幻方置亂,。采用4階標(biāo)準(zhǔn)幻方對(duì)W2進(jìn)行幻方置亂，置亂次數(shù)為key2,，置亂后得到W₃={w₃(i),，i=1，2,，3,，……m×n}?；梅街脕y的目的是進(jìn)一步減少數(shù)據(jù)間的相關(guān)性及分散秘密信息在傳輸和提取過程中可能引起的錯(cuò)誤,。
　　(4)位擴(kuò)展。位擴(kuò)展是將代表二值文字圖像一個(gè)像素點(diǎn)值由一位二進(jìn)位擴(kuò)展成若干位,。其目的是提供一定程度的信息冗余,。冗余度由位擴(kuò)展因子Cr控制，Cr一般取奇數(shù),，提取時(shí)采用大多數(shù)投票制度以提高隱藏信息抗基本攻擊的能力,。對(duì)W₃進(jìn)行位擴(kuò)展，得到W₄={w₄(i),，i=1,，2，3,，……m×n×Cr},。
　　(5)二次混沌調(diào)制。以密鑰key3為初值生成另一個(gè)二值混沌序列P′,，P′={p′(i),，i=1，2,，3,，……m×n×Cr}，再次對(duì)W₄進(jìn)行混沌序列調(diào)制得到W₅,。
　　(6)二次離散,。以dis2為間隔，再次對(duì)W₅進(jìn)行離散化得W6,。二次離散可以將位擴(kuò)展得到的攜帶一個(gè)像素點(diǎn)信息的相同數(shù)據(jù)分散,，進(jìn)一步提高隱藏信息抗基本攻擊的能力。
1.3 秘密信息嵌入過程
　　(1)DCT變換：將原始圖像F分為N個(gè)8×8的像素塊,，記為B_q=f_q(x,，y),，q=1，2,，……N,，即F=(x，y)(1≤x,，y≤8),，對(duì)每個(gè)像素塊紅、綠,、藍(lán)三個(gè)分量分別作DCT變換,，三種顏色分量經(jīng)變換后各得到N個(gè)8×8 DCT系數(shù)矩陣，即
　　B_qred′=F_q(u,，v)=DCT{f_q(x,，y)，1≤x,，y≤8}
　　B_qgreen′=F_q(u,，v)=DCT{f_q(x，y),，1≤x,，y≤8}
　　B_qblue′=F_q(u，v)=DCT{f_q(x,，y)，1≤x,，y≤8}
　　其中,，q=1，2,，……N,。
　　(2)DCT系數(shù)修改：用Z型掃描讀取每個(gè)系數(shù)矩陣的個(gè)低頻系數(shù)作為秘密信息的嵌入系數(shù)，為保證透明性,，不選取直流系數(shù),。具體嵌入規(guī)則如下：
　　
　　將經(jīng)過預(yù)處理的二值文字圖像嵌入到B_qred′、B_qgreen′,、B_qblue′的低頻系數(shù)中,，得到B_qred″、B_qgreen″和B_qblue″,。
　　(3)DCT反變換：對(duì)B_qred″,、B_qgreen″和B_qblue″分別進(jìn)行離散余弦反變換，重構(gòu)嵌入秘密信息后的圖像,，即
　　
　　需要注意Δ₁與Δ₂的選取,。通常Δ₁與Δ₂越大,，則嵌入秘密信息的魯棒性越好，但Δ₁與Δ₂過大,，將影響透明性,。可根據(jù)嵌入秘密信息后圖像的主觀質(zhì)量和對(duì)隱藏信息抗干擾能力的要求適當(dāng)選取,。
1.4 秘密信息的提取和恢復(fù)
　　秘密信息提取過程如下：
　　(1)把含有秘密信息的圖像F′分成互不覆蓋的8×8塊,，并分別對(duì)紅、綠,、藍(lán)三個(gè)分量分別進(jìn)行離散余弦變換,，得到：
　　
　　其中c取0.5。
　　秘密信息的恢復(fù)過程與預(yù)處理過程相反,。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及性能分析
　　本文算法在Microsoft Visual C++.NET平臺(tái)上實(shí)現(xiàn),，攻擊平臺(tái)為Photoshop8.0。實(shí)驗(yàn)中原始圖像采用512×512的真彩色24位BMP圖像,，文字圖像采用64×64的二值BMP圖像,，離散間隔dis1=3，dis2=3,，擴(kuò)展因子Cr=5,，u=3.77，DCT低頻系數(shù)調(diào)整量Δ₁=8,，Δ₂=10,。嵌入秘密信息時(shí)，在每個(gè)8×8 DCT系數(shù)矩陣中按“Z”字形掃描順序選取前5個(gè)低頻系數(shù)進(jìn)行水印嵌入,。

　　圖1(a)和圖1(b)分別為原始圖像和嵌入秘密信息圖像,。加入秘密信息后圖像變化很小，人眼基本感覺不到圖像的變化,，這說明該算法具有很好的透明性,。

　　二值文字圖像和提取恢復(fù)的圖像如圖2所示。其中,，圖2(a)為二值文字圖像,，圖2(b)為輸入正確密鑰后提取恢復(fù)的二值文字圖像?？梢钥闯?個(gè)圖像無差別,。圖2(c)為輸入錯(cuò)誤密鑰時(shí)提取恢復(fù)的二值文字圖像?？梢?，輸入錯(cuò)誤密鑰時(shí)，不能提取恢復(fù)隱藏的秘密信息,，這說明算法具有很好的安全性,。

　　剪切后的隱密圖像和提取恢復(fù)的文字信息如圖3所示,。其中，圖3(a)是將圖1(b)剪切左上角1/4后提取恢復(fù)的文字信息,，圖3(b)為剪切中間1/4后提取恢復(fù)的文字信息,，圖3(c)為不規(guī)則剪切后提取恢復(fù)的文字信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明算法抗剪切攻擊的能力很強(qiáng),。