（固体地球物理学专业论文）融合密码技术与隐藏技术的信息安全研究.pdf

摘要 随着信息处理技术和通信手段的飞速发展以及互联网的普及，图像、音频、 视频等信息都可以在各种通信网络中迅速快捷的传输。这些信息关系着国家安 全、经济发展和个人稳私等。因此，如何在互联网这样一个开放的环境下保护 信息安全、通信安全成为当今世界研究的热点。 信息安全涵盖很多方面：监察安全、管理安全、技术安全、立法安全和认 知安全等。本论文主要研究技术安全中的数据安全。目前，加密和信息隐藏是 保障信息安全与通信安全的两大核心技术。加密利用数学方法重新组织数据， 使之变成除了合法的接受者外，任何其他人要恢复原先的信息或读懂变化后的 信息非常困难。通过使用密码技术，人们将明文加密成敌人看不懂的密文，从 而阻止了信息的泄密。但是，在如今开放的互联网上，加密后的信息是一堆无 法看懂的杂乱信息，直接引导窃密者发现哪些是他的攻击对象，相当于直接将 目标暴露在窃密者眼前。窃密者可以通过跟踪密文破坏合法通信，篡改通信内 容，经典的密钥系统受到威胁。2 0 世纪末期，随着信息技术数字化、多媒体化 及计算机通信技术的发展，国际上开始提出并尝试一种新的关于信息安全的概 念信息隐藏技术，即将机密资料信息秘密的隐藏于一般的文件中，然后再 通过网络传递。信息隐藏和密码技术的区别在于：密码保护信息的内容，而信 息隐藏不但隐藏了信息的内容而且隐藏了信息的存在。本论文研究内容就是将 加密技术和隐藏技术结合起来。在进行信息隐藏通信之前，利用成熟的加密算 法进行置乱预处理后将秘密信息隐藏于宿主图像中传输，从而增强秘密信息的 隐蔽性；减少秘密图像的纹理特征，增加掩密信道的容量；增强含密图像抗剪 切和破损攻击的能力。 对于加密技术与隐藏技术结合的研究最为关心的四个主要方面是：可靠性、 不可感知性，抗干扰性( 鲁棒性) 和隐藏容量，这四者之间是互相冲突，不可能 同时达到最优的。本论文理论研究的重点就是在应用时如何平衡这几个方面， 寻求一个新的平衡点：利用加密技术对原始秘密信息进行加密置乱预处理，置 乱后得到的密文只有使用正确的解密密钥才能还原，以此增加信息的可靠性； 置乱后的信息类似于随机噪声，对攻击者判断是否隐藏了信息增加了难度，增 加了隐藏的不可感知性；为增加秘密信息的抗干扰性、提高载体图像的隐藏容 量，对传统l s b 算法进行如下改进：( 1 ) 根据人眼视觉系统对颜色敏感度的理 论，通过亮度公式i = o 3 r + o 5 9 6 + 0 1 l b 可知，人眼对绿色最敏感，对红色次之， 而对蓝色最不敏感。因此，可以用秘密信息替换每个象素r g b 亮度分量最低不同 个位数的比特位。实验表明，b 分量改变最低2 位比特位，g 分量改变最低1 位 比特位，r 分量改变最低l 位比特位不会使图像发生人眼容易察觉的变化：( 2 ) 改变传统l s b 算法的替换机制。传统l s b 算法的替换机制为顺序替换，本论文 提出的嵌入方案为随机选择载体图像像素，判断该像素所代表的颜色分量后， 进行1 位或2 位的最低有效位替换。如此，外界对含密图像进行的涂、画等恶 意攻击被分散到秘密信息的不同地方，形成了点状的随机噪声，大大降低对视 觉效果的影响，有效的提高了秘密信息的抗干扰性。另外，随机嵌入法在不改 变秘密信息抗干扰性的基础上，在一定程度上还可增加载体图像的隐藏容量。 本论文在理论上所作的主要工作及所取得的成果，分述如下。 1 ) 本文在第4 章对i d e a 加密算法进行了研究，并在第5 章对其密钥空间 进行相应的改善后将该算法应用于数字图像的颜色空间置乱上，提高秘密信息 的可靠性与不可感知性； 2 ) 第6 章研究了生成无重复随机数序列问题，实现了l s b 无重复随机嵌入 方案，将外界对含密图像的恶性攻击分散到画面的不同地方，提高了传统l s b 算法的鲁棒性；随机嵌入方案对载体图像的质量影响大大减少，得到的含密图 像与载体图像的峰值信噪比增加2 - 3 d b ，提高了含密图像的不可感知性；利用无 重复随机嵌入方案在一定程度上也可提高载体图像的隐藏容量。 本论文在应用上所作的主要工作及所取得的成果，分述如下： 1 ) 本论文第4 章分析了动态链接库的功能与结构，阐述了v i s u a lc + + 生成 动态链接库与v i s u a lb a s i c 调用动态链接库的方法以及v i s u a lc + + 与v i s u a l b a s i c 联合调试的过程。并生成了可供使用的i d e a 动态链接库。该动态链接库 提供1 1 个导出函数，1 0 个内部函数，可对字节数组、字符数组、整型数、字符 串和文件等5 种类型的入参变量进行加密置乱，并提供了生成密钥的函数。利 用该动态链接库，用户可方便的对不同类型的文件进行加密置乱； 2 ) v i s u a lb a s i c 为前台开发工具，通过指定待加密文件的完整路径，调用 提供的i d e a 动态链接库提供的文件加、解密函数实现任意类型文件的加、解密； 3 ) v i s u a lb a s i c 为前台开发工具，通过o r a c l e 提供的0 0 4 0 技术实现与 o r a c l e 数据的连接；提供提取和存储o r a c l e 数据库b l o b 字段中数字图形图像 文件的功能；通过调用上步提及的i d e a 动态链接库实现对o r a c l e 数据库中存 储的数字图像进行加密置乱； 4 ) 2 4 位b m p 图像的位平面信息绘制功能，即各个像素点的各个分量的相同 位共同组成的新的二值图像。利用该功能可以分析b m p 图像的位平面特性； 5 ) 绘制b m p 图像l s b 与m s b 信息的功能，即最低有效位信息和最重要位信 息，通过数值与模型分析指出l s b 所蕴含的信息对于图像整体来说，能量很微 弱，在视觉上很难察觉，是进行信息隐藏的有效宿主空间； 6 ) 基于本论文提出的无重复随机嵌入方案的信息隐藏与提取功能，实现在 b m p 格式数字图像中隐藏或提取秘密信息； 7 ) 计算图像均方根误差m s e 与峰值信噪比p s n r ：对于载体图像和含密图像， 采用均方根误差m s e 来反映它们之间的误差，采用峰值信噪比p s n r 衡量它们之 白j 的客观保真度。均方根误差越小，说明两幅图像越相似；峰值信噪比越大， 说明载体图像的保真度越好，两幅图像越接近。 a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o fi n f o r m a t i o n p r o c e s s i n gt e c h n o l o g i e s a n d c o m m u n i c a t i n gm e a n s ，i m a g e s ，a u d i o ，v i d e oa n do t h e rt y p ei n f o r m a t i o nc a nb e r a p i d l yt r a n s f e r di nv a r i o u sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s t h ei n f o r m a t i o nm i g h tr e l a t et o n a t i o n a ls e c u r i t y , e c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n dp e r s o n a lp r i v a c y , e t c s o ，h o wt op r o t e c t t h es e c u r i t yo fi n f o r m a t i o na n di t sc o m m u n i c a t i o n so ns u c ha l lo p e ne n v i r o n m e n ta s i n t e r n e t ，h a v eb e c o m eah o t p o tr e s e a r c hi nt o d a y sw o r l d i n f o r m a t i o ns e c u r i t yc o v e i sm a n ya r e a s ：s u c ha sm o n i t o r i n g , m a n a g e m e n t ， t e c h n o l o g y , l e g i s l a t i o na n da w a r e n e s sa r e a s t h em a i nt h e s i so ft h i sp a p e ri st os t u d y t h ed a t as e c u r i t yi nt e c h n o l o g ys e c u r i t y c u r r e n t l y , e n c r y p t i o na n di n f o r m a t i o nh i d i n g a r et w oc o r et e c h n o l o g i e st o p r o t e c ti n f o r m a t i o ns e c u r i t ya n dc o m m u n i c a t i o n s s e c u r i t y s o m em a t h e m a t i c a lm e t h o d sa r eu s e di ne n c r y p t i o nt or e o r g a n i z ed a t as o t h a ti ti sv e r yd i f f i c u l tf o ra n yo t h e rp e r s o ne x c e p tl e g i t i m a t er e c i p i e n t st or e s t o r et h e o r i g i n a lm e s s a g eo rr e a dt h ei n f o r m a t i o na f t e rt h ec h a n g e t h r o u g he n c r y p t i o n , o r i g i n a li n f o r m a t i o ni st r a n s f o r m e dt oc i p h e r t e x t ，w h i c hi sn o te a s yt o r e a db y a t t a c k e r st h u s ，t h el e a k a g eo fi n f o r m a t i o ni sp r e v e n t e d i ft h ee n c r y p t e dm e s s a g ei sa p i l eo fc l u t t e r e di n f o r m a t i o ns h o w no ni n t e r n e t ，i tw i l ll e a dt ob et h ea t t a c k e dt a r g e t f o ra t t a c k e r s s i n c ea t t a c k e r sc a ne a s i l yt r a c kt h ee n c r y p t e di n f o r m a t i o na n dt h e n d i s r u p to rc h a n g el e g a lc o m m u n i c a t i o n s t h ec l a s s i ck e ys y s t e mc o n s e q u e n t l yf a c e sa s e c u r i t yt h r e a t i nt h el a t e2 0 t hc e n t u r y , w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nd i g i t a lt e c h n o l o g y , m u l t i - m e d i aa n dc o m p u t e r - i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , an e wc o n c e p to fi n f o r m a t i o n s e c u r i t y i n f o r m a t i o nh i d i n gi sp r o p o s e d t h a tm e a n sc o n f i d e n t i a li n f o r m a t i o nw i l l b eh i d d e ni nt h eg e n e r a lf i l e sb e f o r eb e i n gt r a n s f o r e dt h r o u g ht h en e t w o r k t h e d i f f e r e n c eb e t w e e ni n f o r m a t i o n h i d i n g a n de n c r y p t i o ni s e n c r y p t i o np r e t e c t s i n f o r m a t i o nc o n t e n t ，w h i l ei n f o r m a t i o nh i d i n gp r o t e c t sn o to n l yt h ei n f o r m a t i o n c o n t e n tb u tt h ef a c to fh i d i n gi n f o r m a t i o na sw e l l t h i sp a p e ri st os t u d yh o wt o c o m b i n ee n c r y p t i o na n di n f o r m a t i o nh i d i n g a f t e rb e i n gs c r a m b l e db ys o p h i s t i c a t e d e n c r y p t i o na l g o r i t h m ，t h e s e c r e ti n f o r m a t i o nw a sh i d d e ni nt h eh o s t i m a g ef o r t r a n s m i s s i o ns oa st oe n h a n c et h en o n - p e r c e p t i o n ，r e d u c et h et e x t u r ef e a t u r e s ，i n c r e a s e t h eh i d i n gc a p a c i t ya n ds t r e n g t h e nt h ea n t i - s h e a ra n dd a m a g e da b i l i t y t h ef o u rm a i nf a c t o r so fc o m b i n i n ge n c r y p t i o na n di n f o r m a t i o nh i d i n ga r e ： r e l i a b i l i t y , n o n - p e r c e p t i o n ，r o b u s ta n dh i d d e nc a p a c i t y t h o s ef o u rf a c t o r sa l w a y s c o n f l i c tw i t he a c ho t h e ra n dc a l ln o tb eo p t i m a ls i m u l t a n e o u s l y t h i sp a p e ri sa l s o f o c u s e do nt h et h e o r e t i c a ls t u d yt ob a l a n c et h e s ef a c t o r si no r d e rt of i n dt h en e w b a l a n c ep o i n t ：t h ec i p h e r t e x tw h i c hw a ss c r a m b l e df r o mo r i g i n a ls e c r e ti n f o r m a t i o n b yu s i n ge n c r y p t i o nt e c h n o l o g yc a l lb er e d u c e do n l yb yt h ec o r r e c td e c r y p t i o nk e yi n o r d e rt oi n c r e a s et h er e l i a b i l i t yo fi n f o r m a t i o n t h es c r a m b l i n gi n f o r m a t i o nw h i c h s i m i l a rt ot h er a n d o mn o i s ei n c r e a s e st h ed i f f i c u l t yf o rt h ea t t a c k st od e t e r m i n e w h e t h e rt h e r ei sh i d d e ni n f o r m a t i o n ，s ot h en o n p e r c e p t i o no ft h ei n f o r m a t i o ni s e n h a n c e d i no r d e rt oi n c r e a s et h e s t e g o - i m a g ea n t i i n t e r f e r e n c e ，i m p r o v e t h e h o s t i m a g eh i d d e nc a p a c i t y , t h e t r a n d i t i o n a ll s ba l g o r i t h mw a si m p r o v e da s f o l l o w i n g ：( 1 ) a c c o r d i n gt o t h e t h e o r y o fh u m a nv i s u a l s y s t e m t oc o l o r s e n s i t i v i t y , b r i g h t n e s sf o r m u l a ：i = 0 3 rg + o 11 + o 5 9b w ec a nd r a wt h ef o l l o w i n g c o n c l u s i o n ：e y eo nt h eg r e e nm o s ts e n s i t i v e ，f o l l o w e db yt h er e da n db l u eo ft h em o s t s e n s i t i v e t h e r e f o r e ，t h en u m b e ro fb i t so fe a c hp i x e lr g bc o m p o n e n tt h a tc a l lb e r e p l a c e dw i t hs e c r e ti n f o r m a t i o nw i l lb em o r et h a no n e e x p e r i m e n t ss h o wt h a th u m a n e y ec a nn o td e t e c td i f f e r e n to nt h ei m a g ei fbc o m p o n e n ti sc h a n g e dt w ol e a s t s i g n i f i c a n tb i t s ，gi so n el e a s ts i g n i f i c a n tb i ta n dr i so n el e a s ts i g n i f i c a n tb i t ( 2 ) t h e s u b s t i t u t i o nm e c h a n i s mo ft h et r a n d i t i o n a ll s ba l g o r i t h mi s i m p r o v e d t h e e m b e d d i n gp l a np r e s e n t e db yt h ep a p e ri sr a n d o m l ys e l e c t e dp i x e lf r o mt h ec o v e r i m a g e ，w h i l et h et r a d i t i o n a lp l a ni sb yo r d e r a f t e rc h a n g i n gp i x e l ，i ti st oj u d g et h e c o l o rc o m p o n e n to ft h ep i x e lr e p r e s e n t e da n dt h e nt or e p l a c eo n eo rt w ol e a s t s i g n i f i c a n tb i t s s o ，t h em a l i c i o u sa t t a c k sf r o mo u t s i d ew o r l ds u c ha sa l t e r i n g ，p a i n t i n g i ss c a t t e r e di nd i f f e r e n t p a r t so f t h ei m a g ea sp o i n tr a n d o mn o i s e i th e l p st or e d u c et h e e f f e c to nv i s i o n ，r a i s et h ea n t i - j a m m i n ga b i l i t yo ft h es e c r e ti m a g e i na d d i t i o n ，t h e a b o v ep l a nc a ni n c r e a s et h ec o v e ri m a g eh i d i n gc a p a c i t yi ns o m ee x t e n t ，w h i l en o t c h a n g et h ea n t i - j a m m i n g t h e o r t i c a u y , t h em a i ns t u d i e so ft h i sp a p e rc a nb ed e s c r i b e da sf o l l o w i n g ： 1 ) i no r d e rt oi n c r e a s et h er e l i a b i l i t ya n dn o n - p e r c e p t i o no fs e c r e ti n f o r m a t i o n , 2 一 i d e ae n c r y p t i o na l g o r i t h mi ss t u d i e di nc h a p t e r4 ，a n dt h e ni nc h a p t e r5t h e a l g o r i t h mi sa p p l i e dt od i g i t a li m a g e sc o l o rs p a c es c r a m b l i n ga f t e ri m p r o v e m e n ti ni t s ， k e ys p a c e 2 ) i nc h a p t e r6 ，n o - r e p e a tr a n d o ms e r i e si ss t u d i e d ，a n dl s bn or e p e a tr a n d o m e m b e d d i n gp l a ni st h e na c c o m p l i s h e d i ti ss oe f f e c t i v et os p r e a dt h ev i c i o u sa t t a c k s f r o mo u t s i d e r so nd i f f e r e n tp a r t so ft h es e c r e ti m a g e st h a tt h er o b u s to ft h et r a d i t i o n a l l s bp l a ni si n c r e a s e da n dt h ea f f e c to nc o v e ri m a g e si sd e c r e a s e dd r a m a t i c a l l y t h e p e a ks i g n a li nt h er a t i oo fn o i s er a t i o no ft h ec o v e ri m a g et ot h es t e g o - i m a g ei s i n c r e a s e db y2 - 3 d b ，w h i c hi sv e r yh e l p f u lt oi m p r o v et h en o n - p e r c e p t i o no f s t e g o - i m a g e n o - r e p e a tr a n d o m l ye m b e d d e dp l a ni ns o m ee m b e d d e dr a t ec a na l s o e n h a n c eh i d d e nc a p a c i t yo fc o v e ri m a g e s i na p p l i c a t i o n ，t h em a i ns t u d i e so ft h i sp a p e rc a nb ed e s c r i b e da sf o l l o w i n g ： 1 ) i nc h a p t e r4 ，t h ef u n c t i o n sa n ds t r u c t u r eo fd y n a m i cl i n kl i b r a r ya r ea n a l y z e d ， t h em e t h o d so fg e n e r a t i n gd y n a m i cl i n kl i b r a r yb yv i s u a lc + + ，c a l l i n gd y n a m i cl i n k l i b r a r yb yv i s u a lb a s i ca n dj o i n td e b u g g i n gp r o c e s so fv i s u a lc h a n dv i s u a lb a s i c a r ee x p l a i n e d f i n a l l y , a na v a i l a b l ei d e ad y n a m i cl i n kl i b r a r yi so f f e r e d t h ed l l o f f e r s11e x p o r tf u n c t i o n sa n d10i n t e r n a lf u n c t i o n sw h i c hc a ng e n e r a t ek e y sa n d s c r a m b l e5t y p e so fi n c o m ep a r a m e t e r s ：b y t ea r r a y , c h a r a c t e r sa r r a y , i n t e g e r , s t r i n g a n dt h ed o c u m e n t u s i n gt h ed l l ，u s e 瑙c a l lc o n v e n i e n t l ys c r a m b l ed i f f e r e n tt y p e s d o c u m e n t s 2 ) 1 1 1 ef u n c t i o no fe n c o d i n ga n dd e c o d i n ga n yk i n do fd o c u m e n t sb yc a l l i n g i d e ad y n a m i cl i n kl i b r a r yt h r o u g hd e s i g n a t i n gt h ef u l lf i l ep a t hi so f f e r d ，u n d e rt h e p r o g r a m m i n gt o o lv i s u a lb a s i c 3 ) 1 1 1 ea p p l i c a t i o nc o m p i l e r db yv i s u a l b a s i co f f e r s f o l l o w i n gf u c t i o n s ： c o n n e c t i n gw i t ho r a c l ed a t a b a s et h r o u n gt h e0 0 4 0t e c h n o l o g y , e x t r a c t i o na n ds t o r a g e d i g i t a li m a g ef i l e sf r o mo rt ob l o bf i e l di no r a l c ed a t a b a s e ，s c r a m b l i n gd i g i t a l i m a g e si no r a c l ed a t a b a s eb yc a l l i n ga b o v ei d e ad y n a m i cl i n kl i b r a r y 4 ) t h ef u n c t i o no fd r a w i n g2 4 - b i tb m pi m a g eb i tp l a n ei m a g e t h a ti san e w b i n a r yi m a g ew h i c hi sc o m p o s e db yt h es a m eb i t o fa l l p i x e l s o fv a r i o u s c o m p o n e n t s t m sf u n c t i o ni su s e f u lf o ra n a l y z i n gt h eb m pi m a g e p l a n ep r o p e r t i e s 5 ) t h ef u n c t i o no fd r a w i n gl e a s ts i g n i f i c a n tb i t sa n dm o s ts i g n i f i c a n tb i t s - 3 一 i n f o r m a t i o no fb m p i m a g e t h r o u g hn u m e r i c a la n dm o d e la n a l y s i s ，i tm a yb ep o i n t e d t h a tl s bc o n t a i ni n f o r m a t i o ni sv e r yw e a k ，i ti sd i 伍c u l tt od e t e c t ，a n dl s bi se f f e c t i v e h o s ts p a c ef o ri n f o r m a t i o nh i d i n g 6 ) t h ef u n c t i o n so fi n f o r m a t i o nh i d i n ga n de x t r a c t i n gb a s e do nt h e n o n 。r e p e t i t i v er a n d o me m b e d d i n gp l a nw h i c hr e a l i z eh i d i n ga n de x t r a c t i n g i n f o r m a t i o ni nb m p d i g i t a li m a g e 7 ) t h ef u n c t i o no fc a l c u l a t i n gm s ea n dp s n rw h i c hc a nr e f l e c tt h ee r r o ra n d t h eo b j e c t i v ef i d e l i t yb e t w e e nt h ec o v e r i m a g ea n d t h es t e g o i m a g e t h el e s sm s e ，t h e m o r es i m i l a r , t h eh i g h e rp s n r ，t h em o r es i m i l a r 4 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：叶呷 卿，只7 e t 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名：叶朋尸 砷年乡月夕e l 第1 章信息安全研究综述 美国前任总统克林顿曾经说过：“今后的时代，控制世界的国家将不是靠军 事，而是信息能力走在前面的国家”。由此可见，在信息时代，信息已经成为国 家综合实力的一部分，从各个方面影响着国家利益的构成和内涵。 随着信息处理技术和通信手段的飞速发展以及互联网的普及，图像、音频、 视频等各种信息都可以在各种通信网络中迅速快捷的传输。在其上传输的信息 关系着国家安全、经济发展和个人稳私等方方面面的安全，但互联网是一个开 放的环境，所以信息安全在当今变得越来越重要。 1 1 基本概念与分支 所谓信息安全就是要保证信息自身的安全。信息安全的任务是保护信息财 产，以防治偶然的或未经授权者对信息的恶意泄漏、修改和破坏，从而导致信 息的不可靠或无法处理等。这种安全应涵盖信息存储、使用和传输的各个过程。 信息安全的目标是保护信息的完整性、保密性、可用性、不可否认性、可靠性 【l 儿2 】3 】 4 】 o 1 ) 完整性( i n t e g r i t y ) 完整性指整体性( w h o l e ) 、完全性( c o m p l e t e ) 以及未受侵蚀( u n c o r r u p t e d ) 的特性和状态。即信息在生产、传输、存储和使用过程中不应发生人为或非人 为的非授权篡改，防止信息被非法用户修改和破坏。对信息安全发动攻击的最 终目的是破坏信息的完整性。 2 ) 保密性( c o n f i d e n t i a l i t y ) 信息的机密性是指信息只能被那些有足够权限并且经证实有这个需要的人 访问，保证信息只能被合法用户访问并能按要求顺序使用的特性；即使非授权 用户得到信息也无法知道信息内容，因而不能使用。通常通过使用密码技术来 阻止非授权用户获得信息内容。 3 ) 可用性( a v a i l a b i l i t y ) 可用性是指在信息处于可用状态时，用户可以根据需要不受干扰与阻碍的 访问所有信息，即保证合法用户对信息和资源的使用不会被不合理地拒绝。可 用性是信息资源服务功能和性能可靠性的量度，涉及物理、网络、系统、数据、 应用和用户等多方面的因素，是对信息网络总体可靠性的要求。 4 ) 不可否认性( n o n r e p u d i a t i o n ) 保障所有参与者不能否认或抵赖曾经完成的操作和承诺。包括对信息进行 的生成、签发、接受等行为，是针对通信各方信息真实同一性的安全要求。发 送方不能否认已发送的信息，接受方也不能否认已收到的信息。一般通过数字 签名来提供不可否认服务。 5 ) 可靠性( r e l i a b i l i t y ) 信息可靠性是指信息以用户认可的质量连续服务于用户的特性( 包括信息 的迅速、准确和连续地转移等) 。 信息安全涵盖很多方面：监察安全、管理安全、技术安全、立法安全和认 知安全等。本论文主要研究技术安全中的数据安全，目前，加密和信息隐藏是 保障通信安全的两大核心技术。加密是指利用数学方法重新组织数据，使之变 成除了合法的接受者外，任何其他人要恢复原先的信息或读懂变化后的信息是 非常困难的璐1 。过去几千年的历史已经证明：密码是保护信息机密性的一种最有 效的手段。通过使用密码技术，人们将明文加密成敌人看不懂的密文，从而阻 止了信息的泄密。但是，在如今开放的互联网上，加密后的信息是一堆无法看 懂的杂乱信息，直接引导窃密者发现哪些是他的攻击对象，相当于直接将目标 暴露在窃密者眼前。窃密者可以通过跟踪密文破坏合法通信，篡改通信内容， 经典的密钥系统受到威胁阳1 。2 0 世纪末期，随着信息技术数字化、多媒体化及 计算机通信技术的发展，国际上开始提出并尝试一种新的关于信息安全的概念 信息隐藏技术，开发设计不同于传统密码学的技术，即将机密资料信息秘 密的隐藏于一般的文件中，然后再通过网络传递。由此可知，信息隐藏和密码 技术的区别在于：密码保护信息的内容，而信息隐藏不但隐藏了信息的内容而 且隐藏了信息的存在。 1 1 1 密码技术 密码学是对信息加密进行研究的学科，以研究秘密通信为目的，即研究对 传输信息采取何种秘密的变换以防止第三者对信息的窃取。 密码技术是信息安全技术中的核心技术，是信息安全的主要手段。分两大 分支：密码编码和密码分析陆1 。密码编码的主要任务是寻求产生安全性高的有效 数学算法，以满足对信息加密的要求。密码分析是密码编码的对立面，又叫密 码的破译技术研究。密码分析的主要任务是破译密码或伪造认证码，实现窃取 机密信息或进行诈骗破坏活动。这两者相互对立又相互依存。在密码编码技术 发展的同时，分析技术也得到了空前的发展。常用的密码分析技术包括穷尽密钥 搜索攻击、字典攻击、查表攻击、时间一存储权衡攻击、差分密码分析、差分 密码分析的推广( 包括截段差分密码分析、高阶差分密码分析、不可能差分密码 分析) 、线性密码分析、线性密码分析的推广( 包括多重线性密码分析、非线性 密码分析、划分密码分析) 、差分一线性密码分析、插值攻击、密钥相关攻击、 能量分析、错误攻击、定时攻击等等。 一个密码系统由明文、密文、加密、解密、密码和密钥、主动攻击、被动 攻击等组成。 加密：以某种特殊的算法改变原有的信息数据的过程，使得未授权的用户 即使获得了已加密的信号，但因不知解密的方法，仍然无法了解信息的内容。 进行编码的规则称为加密算法。需要加密的消息称为明文，明文加密后的形式 称为密文。 解密：解密与加密相对立，将密文恢复明文的过程称为解密，解密的规则 即解密算法。 密码是由用户输入的，以获得特定权限或执行特定的受限操作。密钥是控 制加密和解密过程的一组随机数码。密码算法所使用的密钥是从密码派生而来 的。 主动攻击是对在传输过程中或对存储的数据进行非法删除、更改或插入等 操作，其结果是可能引起数据或文件的混乱。被动攻击是一种从传输信道上截 取信息，或从存储的载体上偷窃或非法复制信息，其结果是导致数据的暴露和 对私有权的侵犯，但不会破坏信息本身的内容。 消息 本地 图i 1 密码系统组成 息 1 1 2 隐藏技术m 。信息隐藏是2 0 世纪9 0 年代后期诞生的- 1 1 新的学科，现今在国内已引起 了众多专家学者的重视与关注髓1 。基础理论涉及信号处理、信息论、通信理论、 人类听觉视觉系统理论等众多学科，其主要内容包括信息隐藏技术和数字水印 技术。信息隐藏，顾名思义就是将秘密信息秘密地隐匿于另一个非机密的文件 内容中。信息隐藏和密码学有着密切的联系而又有所不同，密码学研究的重点 是保护通信内容不被第三方理解，其基本技术是置乱，核心是算法，强度依赖 密钥；而信息隐藏采用隐蔽通信，把受保护信息隐藏于信息载体中，麻痹第三 方，使其不被第三方感知、干扰、检测和截获。因此可以说，信息隐藏是安全 通信技术的又一次飞跃。近年来，由于信息安全意识的提高，特别是“9 1 l ” 以来，人们越来越关注隐蔽通信的问题。 信息隐藏，对应的英文术语是i n f o r m a t i o nh i d i n g 或d a t ah i d i n g ，是利 用人类感觉器官的不敏感性( 感觉冗余) ，以及多媒体数字信号本身存在的冗余 ( 数据特性冗余) ，将信息隐匿于一个宿主信号( h o s ts i g n a l ) 中，不被觉察 到或不易被注意到，