文本文档信息隐藏软件设计与实现毕业论文设计

西南交通大学本科毕业设计（论文）文本文档信息隐藏软件设计与实现毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名日期指导教师签名日期使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名日期学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名日期年月日导师签名日期年月日毕业设计任务书班级2008级电子1班学生姓名甘雪松学号20082067发题日期2012年2月27日完成日期2012年6月13日题目文本文档信息隐藏软件设计与实现1、本论文的目的、意义信息隐藏是隐藏信息的存在性，比信息加密更为安全，它是将签字信号嵌入另一宿主信号的过程，可用于版权保护、重要数据的完整性鉴定和保密通信等。本题目要求学生基于正交变换算法把一文本文档信息隐藏到一张图片中，图片大小没有明显变化，还要实现该文本文档信息的提取。2、学生应完成的任务1收集国内外信息隐藏技术资料，并翻译10000字符的英文资料成中文2对文本文档信息隐藏进行需求分析，明确实现功能要求；3学会使用VC编程工具；4设计并编制一个文本信息隐藏及恢复程序；5调试，并能演示；6撰写毕业设计（论文），25000字以上3、设计各部分内容及时间分配（共16周）第一部分收集、分析资料（1周）第二部分配置一个软件开发平台、学习编程（4周）第三部分编制一个文本信息隐藏和恢复程序（6周）第四部分程序调试、修改（2周）第五部分撰写毕业设计（论文）（2周）评阅及答辩（1周）备注指导教师年月日审批人年月日摘要随着信息技术、网络技术和电子商务的迅速发展，信息安全问题对社会的经济、文化、政治等方面产生重大影响。由于计算机技术的迅速发展，具有强大计算能力的破解技术日益成熟。仅靠通过增加加密算法的密钥长度来达到增强信息的安全性已不再是十分有效的方法。但对信息隐藏技术而言，可能的监测者或非法拦截者难以从公开信息中判断机密信息是否存在，因此难以截获机密信息。论文基于一种改进的最低有效位替换算法实现了信息的隐藏和恢复。从信息隐藏技术开始，阐述了信息隐藏的基本原理、相关算法、位图文件格式，进而根据位图文件特点和基于彩色静止数字图像的信息隐藏算法，完成了软件的需求分析、概要设计、程序实现和软件测试。软件是在WINDOW7环境下，通过VISUALSTUDIO2008开发的。设计中根据软件功能划分了功能模块，将软件化整为零，实现了模块化。测试结果表明该软件能够实现文本文档的隐藏和恢复，还能隐藏和恢复其他一些类型的文件。隐藏信息后的图像与原载体图像在视觉上没有差异，属性值也一致，体现了信息隐藏的隐蔽性。通信双方只能用相同的算法才能从载体图片中提取出正确的秘密信息，否则得到的将是一堆乱码。结果表明，信息隐藏使得秘密信息的通信得到了更高的安全的保障。关键词信息安全；信息隐藏；最低有效位替换；模块化ABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFINFORMATIONTECHNOLOGY,NETWORKTECHNOLOGYANDELECTRONICCOMMERCE,NETWORKINFORMATIONSECURITYHASGREATINFLUENCEONTHESOCIETYSUCHASECONOMIC,POLITICALANDCULTURALFIELDS,ANDSOONWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFCOMPUTERTECHNOLOGY,NOWADAYSTHECOMPUTERSWITHSTRONGCOMPUTINGABILITYCANCRACKINFORMATIONMOREANDMOREEASILYITISNOTTHEONLYOPTIONWHICHTOINCREASETHEKEYLENGTHOFENCRYPTIONALGORITHMINORDERTOENHANCESECURITYONINFORMATIONHIDING,ITISDIFFICULTFORTHEPOTENTIALMONITORORILLEGALLYINTERCEPTORTOJUDGEWHETHERTHECONFIDENTIALINFORMATIONEXISTSINTHEOPENINFORMATIONORNOTTHISPAPERACHIEVEDTHEHIDINGANDRECOVERINGOFINFORMATION,BASEDONANIMPROVEDLSBALGORITHMTHEBACKGROUNDANDBASICPRINCIPLEOFINFORMATIONHIDINGHAVEBEENINTRODUCEDINTHISPAPERSOMEALGORITHMSOFINFORMATIONHIDINGANDTHEFORMATOFBMPIMAGESALSOHAVEBEENINTRODUCEDINTHISPAPER,WECOMPLETEDTHEDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFINFORMATIONHIDINGSOFTWARETHROUGHINGTHEALGORITHMBASEDONSTATICCOLORDIGITALIMAGESTHESTEPSAREASFOLLOWSDEMANDANALYSIS,STRUCTUREDESIGN,PROGRAMREALIZATION,SOFTWARETESTINGTHISSOFTWAREISDEVELOPMENTEDINTHEWINDOW7ENVIRONMENT,THROUGHINGTHEVISUALSTUDIO2008INTHEDESIGNPROCESSINGWEDIVIDEDTHESOFTWAREINTOPARTS,ACCORDINGTOTHESOFTWAREFUNCTIONTHEMODELOFEACHPARTHASBEENCREATEDTHETESTRESULTSSHOWTHATTHESOFTWAREWILLBEABLETOREALIZETHEHIDINGANDRECOVERINGOFTEXTDOCUMENTSITALSOCANHIDEANDRESTORESOMEOTHERTYPESOFFILESTHECOVERIMAGEANDTHESTEGOIMAGEISSIMILAR,WECANNOTFINDDIFFERENTCEBETWEENCOVERIMAGEANDTHESTEGOIMAGETHESIZEANDATTRIBUTEVALUEOFCOVERIMAGEANDTHESTEGOIMAGEARETHESAMEINFORMATIONCANBEGAINJUSTONLYBYTHESAMEALGORITHMTHERESULTSSHOWTHATTHEINFORMATIONHIDINGMADETHECOMMUNICATIONHAVEHIGHERSECURITYKEYWORDSINFORMATIONSECURITYINFORMATIONHIDINGTHELEASTSIGNIFICANTBITLSBREPLACEMENTMODULAR目录第1章绪论111引言112课题研究背景和意义113国内外研究现状2131数字水印的发展现状2132数字隐写的发展现状314本论文的主要内容和结构安排3第2章信息隐藏技术概述421引言422信息隐藏技术4221信息隐藏基本概念4222信息隐藏基本原理5223信息隐藏的方法及分类7224信息隐藏的特性9225信息隐藏的关键技术1023数字图像10231数字图像基本概念11232文件结构1124基于彩色静止图像的信息隐藏算法1425本章小结16第3章信息隐藏软件设计与实现1731引言1732需求分析17321任务概述17322需求描述1733软件设计19331软件结构设计19332详细设计1934程序实现2235本章小结31第4章软件测试3241引言3242软件运行调试3243测试与分析3344本章小结38结论与展望39致谢41参考文献42附录44第1章绪论11引言自20世纪90年代初以来，信息隐藏技术作为信息安全中的新的重要课题引起了国际学术界的普遍重视。为了满足保护多媒体产品知识产权不断增长的需求，由于密码技术受到限制而又必须进行隐秘通信的特殊要求，对信息隐藏中的数字水印技术和隐蔽通信技术的研究具有重大意义。12课题研究背景和意义信息隐藏技术是一门古老的、体现智慧的信息安全斗争技术，“隐藏信息”可当作是对它的最简洁的理解。信息隐藏只是一个新的名词，而不是新的概念。古老的隐写术是现代信息隐藏技术的鼻祖。隐秘术也是信息隐藏技术中一个较早出现的重要分支，它通常被解释为把信息隐藏于其他信息中。隐写术是一门将秘密信息嵌入到看似平常的信息中进行传送，以防止第三方检测出秘密信息的技术。信息隐秘从应用方面可分为两个主要的研究方向防检测保护和防修改保护。隐写术通过把秘密信息附加在待传递的普通信息上实现隐蔽传输。隐写术利用所传播信息的常见性达到隐藏秘密信息传输发生时间及过程的目的。对隐写术的实际应用，通过被誉为“历史学之父”的古希腊历史学家希罗多德（HERODOTUS,486425的著述可追溯到遥远的年代1。在中国古代，人们也曾通过把穿有小孔的纸模板盖在信件上，从孔中读出对方传递的秘密消息，而整个信件起着掩护的作用。英国人WILKINS16141672是资料中记载的最早使用隐写墨水进行秘密通信的人。直到20世纪两次世界大战期间，德国间谍都还使用过隐写墨水。20世纪中叶，随着科技工业不断发展，形成了如高分辨率缩微胶片，语义编码等新型隐写术。现代信息隐藏技术随着计算机逐渐形成规模化网络互联而产生。九十年代以来，计算机、通信与互联网技术相互促进与发展，使得全球网络覆盖率飞速上升。网络的普及使得信息传输、资源共享极为便利。然而同时，音乐、电影、图书和软件等作品以数字化形式出现，完美的复制品易于得到并通过网络大量传播。虽然加密技术可以防止非法获得者获取完整数字化作品，但一经解密，这些作品又与普通合法的作品没有差异。因此，加密技术不能跟踪版权。此外，在网络环境中，密码技术产生的密文相比而言更容易被截获。同时，随着计算机计算能力的不断增强，使得被截获的密文以更高的几率被破解。可以说，随着计算机工业发展，现存加密算法形成的安全性会不断下降。现代信息隐藏技术针对日益繁杂的计算机网络信息传输安全问题，运用密码学的基本理论，发展了古代隐写术，使得传统的隐写技术适应现代的传输介质，并且形成了一些独特的技术形式。现代信息隐藏技术中一个重要的分支是数字水印技术，可以用来跟踪产品，保护版权。版权保护也是信息隐藏技术迅速发展的原动力，这一特性吸引了诸多政府、公司和研究机构参与研究。尽管目前的各种商业化信息隐藏系统的结构各不相同，但是绝大多数都是在版权保护基础上设计的。数字水印技术解决了密码技术不能跟踪版权的问题。另外一个重要的分支是现代隐写术，实现秘密信息透明传输的同时，通过传播媒介普遍或常见的特点隐藏了传输发生时间和发生过程，这一特点克服了现代加密通信的缺点，符合现代保密通信的要求。信息隐藏技术相对于密码技术的优势，使其自1992年来逐渐获得了广泛地关注和研究2。13国内外研究现状信息隐藏技术是近年来信息安全领域发展起来的一个新研究热点。信息隐藏是在图像、声音、视频、文本等数字媒体信号中嵌入不可察觉的隐蔽数据。信息隐藏有两个重要分支，数字水印技术和隐写技术。20世纪90年代以来，人们对数字水印的研究急剧升温，发表了大量的论文，还出现了一批商用软件。与数字水印相比，隐写技术的研究起步较晚，直到近年来网络信息安全成为突出问题，有关隐写技术的研究才开始呈现明显的上升势头。131数字水印的发展现状数字水印技术的发展很快，研究数字水印的文章陆续发表，且文章数呈快速增长的趋势，几个有影响的国际会议（如IEEEICIP、IEEEICASSP、ACMMULTIMEDIA等）以及一些国际权威杂志相继出版了数字水印的专辑34。目前，从研究对象上看主要涉及图像水印、视频水印、音频水印、文本水印、和三维网格数据水印等方面。大部分的水印研究都集中在图像水印上，因为图像是最基本的多媒体数据，且互联网的发展为图像水印的应用提供了大量的应用。数字水印的基础研究主要集中在鲁棒水印算法和水印容量等方面，90年代中期，采用通信理论模型，将原始图像和有意无意的攻击看做噪声，特别是将扩频理论引入后，水印的鲁棒性大大增加。随后提出感知模型5、自适应鲁棒水印算法6，还有更精确的COMMUNICATIONWITHSIDEINFORMATION模型7，以及后来提出的基于矢量化的方法和基于奇异值分解的鲁棒水印算法8。目前，主要研究方向是鲁棒性水印的攻击和反攻击方面，大部分工作致力于寻找能同时满足保真度、鲁棒性和经济约束的平衡点。132数字隐写的发展现状从1996年以后人们才提出了一些成功的隐写方法，还出现了一些隐写工具。适用的技术包括将LSB嵌入法直接用于图像的像素、颜色指数、变换系数、结合JPEG和MP3编写的隐写，应用扩频技术的隐写法9等。近年来还出现了许多其他方法，例如基于小波变换的有损压缩嵌入技术10，具有抗压缩的能力；通过修改量表嵌入数据，在提高嵌入量的同时能达到很高的隐蔽性。一些隐写算法已被用于开发信息隐藏工具。对隐写分析的研究也取得了不少进展。已发表的成果包括面向JPEG图像隐写11、LSB嵌入、调色板图像等隐写分析法12。近年来的一些研究成果包括MEMON等基于图像和音频质量测度的隐写检测技术13，以及WESTFELD针对MP3STEG等几种隐写算法进行的低嵌入量隐写分析14。隐写的安全性一直是研究者关注的重要问题。一些隐写分析方法要求强大的计算能力和关于载体的详细统计知识，这是不现实的。最多可嵌入多少信息而不会导致统计可检测性是另一个重要问题。有人针对LSB嵌入法和基于压缩图像的隐写，结合安全性考虑作了理论分析1516。14本论文的主要内容和结构安排论文探讨并设计了一种基于改进的最低有效位法（文中称为基于彩色静止数字图像的信息隐藏算法）的软件，实现了文本文档的隐藏和正确恢复。主要完成了需求分析、软件设计和实现、软件测试的工作。本论文共有四章，各章节主要内容如下第1章信息隐藏技术的背景和意义，对国内外在该领域的研究状况进行必要说明，并简述论文主要工作和文章结构安排。第2章主要介绍信息隐藏的基本原理和方法，数字图像的格式，软件设计采用的算法。第3章完成了软件需求分析、概要设计和详细设计、编码实现。第4章详细阐述软件过程，对测试结果进行总结和分析。第2章信息隐藏技术概述21引言信息隐藏技术有丰富的内容，它是集数学、密码学、信息论和计算机技术等为一体的一个交叉性学科，信息隐藏的基本原理和方法是我们研究和应用的根本依据。图像是使用最广泛的信息载体，基于数字图像的信息隐藏有较大的信息容量，因此数字图像是信息隐藏技术主要的载体之一。一种基于彩色静止图像的最低有效位替换算法具有较高的不可觉察性和隐藏率，论文将以其作为软件的隐藏算法。22信息隐藏技术信息隐藏技术是把机密信息隐藏在大量信息中不让对手发觉的一种方法。信息隐藏的方法主要有隐写术、数字水印技术、可视密码、潜信道、隐匿协议等。由于信息隐藏不易被发现的优点，信息隐藏技术将在未来网络中保护信息方面起到重要作用。221信息隐藏基本概念信息隐藏技术是研究如何将某一信息隐藏于另一公开的信息中，然后通过公开信息的传输来传递隐藏的信息。由于含有隐藏信息的媒体发布是公开的，而可能的检测者难以从公开信息中判断隐藏信息是否存在，更加难以截获隐藏信息，从而达到保证信息安全的目的。信息隐藏继承了信息加密的一些基本思想，但是使用密码方法有很多缺点1资料加密完全变为秘文，明确地提示攻击者信息的重要性，容易引起攻击者的注意，增加被攻击的可能性；2一旦加密内容解密后就完全透明了，对信息的保护作用也随之消失。基于此，信息隐藏的目的不是限制资料信息的交流存取，而在于保证隐藏信息不被察觉和破坏，不但隐藏了信息的内容而且隐藏了信息的存在性。信息隐藏有时也称数据隐藏，从广义上看，信息隐藏有多种含义一是信息的不可见，二是信息的存在性隐蔽，三是信息的接收方和发送方隐蔽，四是传输信道隐蔽。信息隐藏就是将保密信息隐藏于另一非保密载体中，以不引起检查者的注意。这里的载体可以是图像，视频，音频，也可以是信道，甚至是某套编码体制或整个系统。广义上的信息隐藏技术包括隐写术、数字水印、数字指纹、隐蔽信道、低截获概率通信等等；从狭义上看，信息隐藏就是将某一机密信息秘密隐藏于另一公开的信息中，然后通过公开信息的传输来传递机密信息。狭义上的信息隐藏技术通常指隐写术与数字水印。隐写术将保密的信息隐藏于另一非保密载体中，以不引起检查者的意注。这里的载体形式可以是任何一种数字媒体，比如图像、音频、视频等。隐写术将某一机密信息隐藏于另一公开的载体中，然后通过公开的载体来传递机密信息。因此，可能的检测者或非法拦截者则难以公开地在体制中判断机密信息是否存在，截获机密信息，从而保证机密信息的安全。数字水印技术作为信息隐藏的一个分支，是解决多媒体数据版权保护问题的有效手段之一。它的基本思想是在数字图像、音频、视频等数字产品的版权，证明产品的真实可靠性。跟踪盗版行为或者提供产品的附加信息。其中的秘密信息可以是版权标志、用户序列号或者是产品相关信息，用以证明原创者对其作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的证据。一般，这些信息需要经过适当变换再嵌入到数字产品中。通常变换后的秘密信息称为数字水印。信息之所以能够隐藏在多媒体数据中是因为其一，多媒体信息本身存在很大的冗余性。从信息论的角度看，未压缩的多媒体信息的编码效率是很低的，所以将这些机密信息嵌入到多媒体信息中进行秘密传送是完全可行的，并不会影响多媒体信息本身的传送和使用。其二，人眼或人耳本身对某些信息都有一定的掩蔽效应，比如人眼对灰度的分辨率只有几十个灰度级；对边缘附近的信息不敏感。利用人类的这些特点，就可以很好地将信息隐藏起来而不被察觉17181920。222信息隐藏基本原理信息隐藏技术是集数学、密码学、信息论和计算机技术等为一体的一个交叉性学科，其基本原理是整合密码技术成熟的加密功能，以最终消费者无法感知的变化为改变限度，把待传递的秘密信息嵌入到另一公开传输的信息之中。实际传输的是这一经过融合的信息。信息隐藏技术的基本模型如图21秘密信息M预处理算法嵌入算法数字媒介M数字媒介M秘密信息M后处理算法提取算法数字媒介M密钥密钥信道图21信息隐藏基本模型根据图21可知，信息隐藏技术的基本操作流程是首先把待传输的秘密信息M经过特定预处理算法处理形成信息比特流S，然后使用构建的嵌入算法将信息比特流S嵌入数字媒介M中形成M。嵌入秘密信息的数字媒介M经过信道传递给接受方。接受方使用已构建的提取算法从接收的数字媒介M”中获得信息比特流S。信息比特流S经过后处理算法形成解密消息M。信息隐藏技术要求在保证数字媒介中隐藏的信息不被发现的同时，还要保证这些信息经历传输或攻击后不会出错或丢失。因此，嵌入秘密信息前后的数字媒介M和M，以及传输前后的数字媒介M和M，应不存在可预见的差别；应保证M和M一致性。预处理算法和后处理算法是互逆的，嵌入算法和提取算法也是互逆的。在设计这两对算法时，密钥不是必需的，但为了增加秘密信息隐藏的安全性，对密钥的使用却很普遍。为了融合密码技术优点，一般在预处理算法设计中加入某种加密技术以增强秘密信息安全性；在相应的后处理算法中，整合对应的解密技术。秘密信息M进行预处理之后，或进行后处理得到解密信息M之前，信息处于比特流的形式，这一形式一般是人机不可读的，表现为密码技术中常见的乱码。因此，在除去图21中虚线框部分之后，图中剩余部分可看做密码技术的基本模型或基本操作流程。比较可知，信息隐藏技术优于密码技术的关键点在于，信息隐藏技术融合密码技术的同时，引入了数字媒介，并由此引入了针对数字媒介的嵌入算法和提取算法。对信息隐藏技术言而，预处理算法和后处理算法保证了秘密信息的安全性，而嵌入算法和提取算法保证了秘密信息的隐蔽性。223信息隐藏的方法及分类在过去几年中，人们已提出了许多不同的信息隐秘技术，其中许多技术都是基于替换方法或修改方法。即用一个秘密信息替换或修改另一个信号中的冗余部分。从系统的角度来看，信息隐藏技术主要用来实现以下几类保护防窃听、防篡改、仿伪造、防抵赖。其中防窃听是用某种方式来修改原始对象，要求这种修改不能让人或计算机觉察，因而更强调隐秘性，使得攻击者无法觉察这个通信事件的存在。防篡改要求对普通攻击有一定的鲁棒性，使得在不降低对象质量且保持其有效性的前提下修改或去除隐藏数据是不可能的。一般来说，对信息隐藏技术可作如下分类1按保护对象分类主要可分为隐秘通信和数字水印技术。前者保护秘密信息本身，后者保护的是隐秘载体，其中数字水印包括版权标志向载体信息中嵌入一定标志信息说明其所有权数字指纹向载体信息中嵌入合法接受者标志以跟踪非法拷贝行为拷贝标志嵌入禁止拷贝或允许一次拷贝标志，以限制过度拷贝认证标志嵌入对修改敏感的水印，以检测载体数据的完整性而隐秘通信是向载体信息中嵌入需要传递给接收者的信息，明着传送载体信息，暗地传送所嵌入的信息。2按嵌入域可以分为两大类时空域法和变换域法。时空域法时空域法是将秘密信息嵌入载体对象的时域或空域中。在空域实现信息的隐藏多采用替换法。由于人们感觉系统的有限性，对某些变化不敏感，可直接用待隐藏的信息来替换载体对象的数据，并保证不会影响载体对象。（1）最低有效位替换法最简单的空域法就是用秘密信息代替图像或音频取样的一个或多个位平面的最低有效位的所有比特。该方法实现速度快，信息隐藏量大，但其抵抗噪声、压缩等攻击的能力差。（2）统计隐藏法对静止图像来说，根据图像中像素的统计特征来将信息嵌入到像素的亮度值中，如随机选取N个像素点A,B，A的亮度值增加1，B的亮度值减1，从而保持整个图像的平均亮度不变。适当调整参数，它对JPEG压缩、FIR滤波和图像裁剪具有一定的抵抗性。以图像为载体的空域法还包括伪随机置换、图像降质和秘密信道、将信息编码在基于调色板图像中、量化和抖动、失真技术等；以声音为载体的空域法还包括回声编码等。变换域法变换域法是指将秘密信息嵌入载体对象的某一变换域中。基于变换域的技术可以嵌入大比特量的数据而不会引起可察觉的变化。这类技术一般基于局部或全部的图像变换，比较常见的变换技术有傅里叶变换、离散余弦变换（DCT）、小波变换、分形变换等，目前国际上比较常用的是离散余弦变换和离散小波变换DWT。（1）基于DCT的频域方法COX等人提出的基于DCT的数字水印方案，主要贡献是提出了“鲁棒性数字信息应嵌入到图像中视觉感知最重要部分以提高其鲁棒性”的重要观点。具体是将信息嵌入到图像DCT系数中的低频分量上。目前使用的JPEG、MPEG图像压缩标准，采用的就是DCT图像变换，因此DCT域中的水印嵌入规则对JPEG压缩具有较强的健壮性，更容易避免JPEG、MPEG压缩攻击。（2）基于DWT方法基于DWT的方案基本原理与COX方案相同，只是变换域不同。作为一种多分辨率的分析方法，小波变换具有很好的时频、空域局部特性，可以充分利用人类视觉特性实现信息嵌入。（3）基于DFT的频域方法DFT在信号处理中已经被广泛引用，在水印领域中也很有用处。它具有如下优点在频域中嵌入的信号能量可以分布到所有像素上，有利于保证水印的不可见性；在频域中可以利用人类视觉系统的某些特性，更方便、更有效地进行编码。（4）扩展频谱法扩频方法是通信中经常采用的一种抗干扰技术。所谓扩频是指传输频带大于实际所需频带，在每频带信号中信号都是极其微弱且不易觉察的，而且频带的扩展与信号无关。图像频域可被看作信号传输的通道而水印看作是需传输的信号。图像所有者知道水印的位置和内容，在验证水印时很容易把扩散到所有频带上的微弱信号集中起来得到高信噪比的水印信号。扩频方法的特点是用一般的手段无法消除水印。基于统计知识的信息隐藏1比特隐藏方案是一种典型的基于统计知识的信息隐藏方法。若是传送1，就对载体的一些统计特征显著地进行修改，否则就不更改载体。实际操作中接收者必须能区分修改和未修改的部分。基于变形技术的信息隐藏与信息隐藏替换方法相比，变形技术在解码时要求已知原始图像信息。发信方对载体某种次序进行修改，得到隐藏对象。这种次序是根据要传输的秘密信息而定的。接收方必须得到原始图像才能测量与隐藏对象的差异，进而重构发信方相应于秘密信息的修改次序。这样的系统并不适用，且安全性也不高。224信息隐藏的特性信息隐藏不同于传统的加密，因为其目的不在限制正常的资料存取，而在于保证隐藏数据不被侵犯和发现。另外，由于信息隐藏必须考虑隐藏的信息在经历各种环境、操作之后，仍需具有免遭破坏能力；因此，信息隐藏技术必须考虑正常的信息操作所造成的威胁，使机密资料对正常的数据操作技具有免疫能力。这种免疫力的关键是要使隐藏信息部分不易被正常的数据操作，如通常的信号变换操作或数据压缩所破坏。对含有秘密信息的隐秘载体进行操作（如对图像进行旋转、扭曲、拉申等几何变化，对数据压缩或者传输时，不应该破坏所隐藏的秘密信息。根据信息隐藏的目的和技术要求，通常将信息隐藏要求和特性分为以下几个方面1不可感知性指隐蔽载体S与原始载体C具有充分接近的特性。信息隐藏对人的视觉或听觉系统透明，感觉不到隐秘载体的明显变化。如具有一致的统计特性、肉眼无法区分隐秘图像与原始图像等，当然个别场合也采用可见的水印。2鲁棒性指隐秘载体S受到一定的干扰，仍然能够恢复秘密信息的能力。对隐秘载体的干扰通常包括滤波、平滑、增强、重采样、有失真压缩、A/D或D/A变换、噪音干扰、几何变换以及人为的破坏等。3密钥及安全性指对密钥的保护以及嵌入算法有较强的对抗攻击能力，能够抵抗攻击者一定程度的攻击，使秘密信息不易被破坏。4隐藏的信息量指嵌入的秘密信息必须能够具有足够多的信息。例如足够表示多媒体信息的版权等。实际上，隐藏的信息量与系统的鲁棒性是一对矛盾，嵌入的秘密信息越多，鲁棒性就越差，当然，这就要求我们能够找到一个比较合理的平衡点。5自恢复性由于经过一些操作或变换后，可能会使原图产生较大的破坏，如果只从留下的片段数据，仍能恢复隐藏信号，而且恢复过程不需要宿主信号，这就是所谓的自恢复性。信息隐藏学是一门新兴的交叉学科，在计算机、通讯、保密学等领域有着广阔的应用前景。数字水印技术作为其在多媒体领域的重要应用，已受到人们越来越多的视重。6对称性通常信息的掩藏和提取过程具有对称性，包括编码、加密方式，以减少存取难度。7可纠错性为了保证隐藏信息的完整性，使其在经过各种操作和变换后仍能很好地回复，通常采取纠错编码方法181921。225信息隐藏的关键技术信息隐藏技术的关键在于如何处理签字信号的鲁棒性、不可感知性、以及所嵌入的数据量这三者之间的关系。衡量信息隐藏算法优劣的一般准则22是1对于主信号所发生的部分失真，签字信号是否有一定的鲁棒性。2对于有意或无意的窃取、干扰或去除操作，签字信号是否具有一定的抵抗能力，从而保证隐藏信息的完整性和安全可靠。3签字信号的嵌入是否严重降低了主信号的感知效果。4数据嵌入量大小。对于某一特定的信息隐藏算法，他不可能在上述衡量准则下各方面同时达到最优。显然嵌入的数据量越大，签字信号对原始主信号感知效果的影响也越大；而签字信号的鲁棒性越好，其不可感知性就会越低。由于信息隐藏的应用领域十分广泛，不同的应用背景对其技术要求也不尽相同。实际应用中应综合考虑应用背景和隐藏效果选择最合适的信息隐藏算法。23数字图像人们在日常生活中通过感觉器官接收到的各种信息中，最主要的是视觉信息，在数字化生活中，数字图像成为人们所感知的最主要的信息形式。基于数字图像的信息隐藏有较大的信息容量，因此数字图像是信息隐藏技术主要的载体之一。本设计信息隐藏的载体也是数字图像，为更清楚地说明本设计的原理，有必要先对数字图像作一些介绍。231数字图像基本概念数字图像，又称数码图像或数位图像，是二维图像用有限数字数值像素的表示。数字图像是由模拟图像数字化得到的、以像素为基本元素的、可以用数字计算机或数字电路存储和处理的图像。像素像素（或像元，PIXEL）是数字图像的基本元素，像素是在模拟图像数字化时对连续空间进行离散化得到的。每个像素具有整数行（高）和列（宽）位置坐标，同时每个像素都具有整数灰度值或颜色值。通常，像素在计算机中保存为二维整数数阻的光栅图像，这些值经常用压缩格式进行传输和储存。图像种类，每个图像的像素通常对应于二维空间中一个特定的位置，并且有一个或者多个与那个点相关的采样值组成数值。根据这些采样数目及特性的不同数字图像可以划分为二值图像图像中每个像素的亮度值INTENSITY仅可以取自0到1的图像。灰度图像图像中每个像素可以由0黑到255白的亮度值表示。0255之间表示不同的灰度级。彩色图像每幅彩色图像是由三幅不同颜色的灰度图像组合而成，一个为红色，一个为绿色，另一个为蓝色。伪彩色图像立体图像是一物体由不同角度拍摄的一对图像，通常情况下我们可以用立体像计算出图像的深度信息。三维图像三维图像是由一组堆栈的二位图像组成。每一幅图像表示该物体的一个横截面。图像显示，目前比较流行的图像格式包括光栅图像格式BMP、GIF、JPEG、PNG等，以及矢量图像格式WMF、SVG等。大多数浏览器都支持GIF、JPG以及PNG图像的直接显示。SVG格式作为W3C的标准格式在网络上的应用越来越广。232文件结构不同格式的图像有不同的文件结构，本设计采用24位BMP格式图像，其结构特点如下每个文件只能非压缩的存放一幅彩色图像；文件头由54个字节的数据段组成，其中包含有该位图文件的类型、大小、尺寸及打印格式等信息；从第55个字节开始。是该文件的图像数据部分，数据的排列顺序以图像的左下角为起点，从左到右，从下到上，每连续3个字节描述图像一个像素点的颜色信息，这三个字节分别代表蓝、绿、红三基色在此像素中的亮度。下面详细讨论位图文件的具体结构。1位图文件的标头标头包含位图文件的类型大小信息和版面信息。结构如下TYPEDEFSTRUCTTAGBITMAPFILEHEADERUNITBFTYPEDWORDBFSIZEUNITBFRESERVED1UNITBFRESERVED2DWORDBFOFFBITSBITMAPFILEHEADER下面是对上面程序段中代码元素的说明BFTYPE指定文件类型，其值始终为“BM”。BFSIZE指定文件大小（以字节为单位）。BFRESERVED1保留字节，通常为0。BFRESERVED2保留字节，通常为0。BFOFFBITS指定从BITMAPFILEHEADER到图像首部的字节偏移量。现在已经知道位图文件标头的用途就是标识位图文件。读取位图文件的每个程序都使用位图标头来进行文件验证。2位图信息标头随后的标头称为信息标头，其中包含图形本身的属性。下面说明如何指定WINDOW30或更高版本设备独立位图DIB的大小和颜色格式TYPEDEFSTRUCTTAGBITMAPINFOHEADERDWORDBISIZELONGBIWIDTHLONGBIHEIGHTWORDBIPLANESWORDBIBITCOUNTDWORDBICOMPRESSIONDWORDBISIZEIMAGELONGBIXPELSPERMETERLONGBIYPELSPERMETERDWORDBICLRUSEDDWORDBICLRIMPORTANTBITMAPINFOHEADER对以上代码段中的每个元素说明如下BISIZE指定BITMAPINFOHEADER结构所需的字节数BIWIDTH说明图像的宽度，以像素为单位。BIHEIGHT说明图像的高度，以像素为单位。注这个值除了用于描述图像的高度之外，它还有另一个用处，就是指明该图像是倒向的位图，还是正向的位图。如果该值是一个正数，说明图像是倒向的，如果该值是一个负数，则说明图像是正向的。大多数的BMP文件都是倒向的位图，也就是时，高度值是一个正数。（注当高度值是一个负数时（正向图像），图像将不能被压缩（也就是说BICOMPRESSION成员将不能是BI_RLE8或BI_RLE4）。BIPLANES为目标设备说明位面数，其值将总是被设为1。BIBITCOUNT说明比特数/像素，其值为1、4、8、16、24或32。BICOMPRESSION说明图像数据压缩的类型。其值可以是下述值之一BI_RGB没有压缩；BI_RLE8每个像素8比特的RLE压缩编码，压缩格式由2字节组成（重复像素计数和颜色索引）；BI_RLE4每个像素4比特的RLE压缩编码，压缩格式由2字节组成BI_BITFIELDS每个像素的比特由指定的掩码决定。BISIZEIMAGE说明图像大小，以字节为单位。当用BI_RGB格式时可设置为0。BIXPELSPERMETER说明水平分辨率，用像素/米表示BIYPELSPERMETER说明垂直分辨率，用像素/米表示BICLRUSED说明位图实际使用的彩色表中的颜色索引数（设为0的话，则说明使用所有调色板项）。BICLRIMPORTANT说明对图像显示有重要影响的颜色索引的数目，如果是0，表示都重要。3图像数据对于用到调色板的位图，图像数据就是该像素颜在调色板中的索引值。对于真彩色图，图像数据就是实际的R、G、B值。对于2色位图，用1位就可以表示该像素的颜色一般0表示黑，1表示白，所以一个字节可以表示8个像素。对于16色位图，用4位可以表示一个像素的颜色，所以一个字节可以表示2个像素。对于256色位图，一个字节刚好可以表示1个像素。对于真彩色图，三个字节才能表示1个像素。要注意两点第一，每一行的字节数必须是4的整倍数，如果不是，则需要补齐。第二，一般来说，BMP文件的数据从下到上，从左到右的。也就是说，从文件中最先读到的是图像最下面一行的左边第一个像素，然后是左边第二个像素接下来是倒数第二行左边第一个像素，左边第二个像素依次类推，最后得到的是最上面一行的最右一个像素。24基于彩色静止图像的信息隐藏算法基于彩色静止图像的信息隐藏算法22是一种最低有效位替换算法。最低有效位替换算法是在隐写前，先将欲嵌入的秘密信息转换为比特流，然后用这个比特流取代载体图像的最低比特位，形成新的图像。恢复时提取最低比特位即可组成秘密信息。由于最低比特位对像素值的贡献最小，其发生变化时对图像的影响也最小，几乎不可察觉，故载体图像和隐秘图像没有明显差别。基于彩色静止图像的信息隐藏算法具体如下1基于彩色静止图像的信息隐藏嵌入算法（1）将待隐藏信息（以下称签字信号）的字节长度写入BMP文件标头部分的保留字节中；（2）将签字信号转化为二进制数据码流；（3）将BMP文件图像数据部分的每个字节的高7位依次异或后再与上述二进制数码流异或后的结果写入最低位；如图22所示图22基于彩色静止数字图像的信息隐藏嵌入过程2基于彩色静止数字图像的信息隐藏提取算法（1）读BMP文件标头部分的保留字节值，设为L，若为0则没有隐藏信息，终止算法；若不为0则其值为隐藏信息的字节长度；（2）将BMP文件图像数据部分的每个字节8位依次异或，并保存其结果；（3）重复第（2）步，使每8个BMP文件图像数据部分字节经过运算后组成一个隐藏信息字节；（4）重复（2）、（3）直到隐藏信息字节长度为L。如图23所示图23基于彩色静止数字图像的信息隐藏提取过程可以证明，提取后的信息就是嵌入的签字信号。以签字信号的一个位S为例，设对应的一个位图数据字节为X7X6X5X4X3X2X1X0，嵌入签字信号后的位图数据字节为X7X6X5X4X3X2X1X0，其中X0X7X6X5X4X3X2X1S设提取后的签字信号为S，则SX7X6X5X4X3X2X1X0X7X6X5X4X3X2X1X7X6X5X4X3X2X1SX7X6X5X4X3X2X1X7X6X5X4X3X2X1SS证毕。根据以上论述，可以得出如下结论（1）由于原始24位BMP图像文件隐藏信息后，其数据部分字节数值最多变化为1，该字节代表的像素最多只变化了1/256，所以，已隐藏信息的BMP图像与未隐藏信息的BMP图像，用肉眼是看不出差别的；（2）将信息直接嵌入像素RGB值的优点是嵌入信息的容量与所选取的掩护图像的大小成正比；（3）使用这种方法，一个大小为32K的24位BMP图像文件，可以隐藏约32K/84K的信息（忽略文件头不能隐藏数据的54个字节），该方法具有较高的信息隐藏率。25本章小结本章主要阐述信息隐藏的基本原理和数字图像的文件格式以及基于彩色静止图像的信息隐藏算法，可以看到基于彩色静止图像的信息隐藏算法具有容量大、隐藏率高和不可察觉的特点，符合信息隐藏技术的要求且算法简单易于实现，论文将采用此算法来实现信息隐藏。第3章信息隐藏软件设计与实现31引言本章将依据信息隐藏原理，采用基于彩色静止图像信息隐藏算法来完成软件的需求分析、设计和编码实现。其中编码实现是以C语言作为开发语言，以VISUALSTUDIO2008为开发工具完成的。32需求分析根据软件设计的要求，和要实现的功能，明确了软件需求。划分软件功能模块，建立了软件逻辑模型。321任务概述设计要求通过对24位BMP位图文件的空域研究，运用前文提出的基于彩色静止数字图像的信息隐藏算法，软件要实现将秘密信息嵌入到24位BMP位图文件中，图像没有可察觉的变化，且图片属性各项不变，还要实现秘密信息恢复。为满足信息隐藏的安全特性，需对软件的使用权限进行限制。322需求描述软件主体模块包括信息嵌入模块和信息提取模块；功能模块有载体文件的正确选择，待隐藏文件的正确选择，隐秘图像的保存，隐秘图像的选择，提取文件的保存。打开软件时，出现登录对话框，登录出错将不能加载主窗体；对用户而言，仅可以选择非空的BMP位图文件作为载体图像；选择待隐藏文件时，各类型文件均可选取。若所选文件超出载体隐藏容量，软件会提示待隐藏文件过大。隐藏成功后，将显示隐藏前后图像对比；图像显示，图像能按原始大小也能适应窗口。根据算法、载体图像和秘密信息、隐秘图像之间的数据联系建立数据流图模型如下1隐藏模块数据流图秘密信息载体图像像素值变换记录字节长度最低位替换隐秘图像文件大小文件标头像素值二进制数据码流新文件标头变换后像素值新像素值图31信息隐藏模块数据流图在信息隐藏过程中，秘密信息的字节长度被传送给程序，并将其写入图像文件标头的保留字节，作为隐秘图像的标头，载体图像的图像数据先经过变换再与二进制数据码流异或，结果写入字节最低位。形成新的值作为隐秘图像的图像数据部分。2恢复模块数据流图秘密信息长度判断读取字节长度像素值变换隐秘图像文件数据字节长度二进制数据码流文件标头像素值图32信息恢复模块数据流图提取隐藏信息时，程序读取隐秘图像的标头保留字节等到隐藏信息字节长度，隐秘图像数据经变换转化为隐藏信息二进制码，当二进制码达到隐藏文件字节长度时停止算法，保存隐藏文件。33软件设计根据各模块之间的联系，完成了体系结构设计。然后根据各模块功能，完成详细设计。依托主窗体将各模块联系起来，完成整个软件的编码实现。331软件结构设计根据软件要实现的功能将软件划分为以下模块文件加载模块、文件保存模块、图像显示模块、信息嵌入模块、信息提取模块和用户登录模块。根据模块之间的联系建立软件结构图，如图33所示信息隐藏和恢复图像显示信息提取加载位图图像文件保存信息嵌入文件加载加载待隐藏文件图33软件结构图332详细设计1信息隐藏流程本设计用24位BMP位图作为载体，图片文件的度量单位是由像素点构成，许多不同颜色值的像素点组合在一起就可以构成一张图片，在对图片文件进行操作时就是以像素点为基本单位进行操作，将信息隐藏在像素点中，像素点是由8位二进制值组成，只要将信息隐藏到二进制中就可以，本设计采用最低有效位替换法，将像素值高7位依次异或再与秘密信息二进制数据流异或后写入最低位。详细的步骤如下（1）打开载体图片文件；（2）将秘密信息字节长度写入文件标头保留字节；（3）提取每个像素点的信息值，各字节高7位异或；（4）高7位异或结果与秘密信息二进制数据流异或；（5）异或结果写入最低位，保存隐秘图像；信息隐藏程序流程图如下图开始信息长度写入文件标头保留字节图像数据各字节高7位依次异或结束秘密信息长度是否超过图像容量提示待隐藏文件过大YNNY打开载体图像与秘密信息二进制数据流异或二进制数据流结束写入最低位保存隐秘图像打开隐藏文件34信息隐藏流程图2信息提取流程（1）提取过程是信息隐藏的逆过程，具体步骤如下（2）打开所要提取隐藏信息的图片文件；（3）读文件标头保留字节值L，判断有无隐藏信息；（4）图像数据每个字节8位依次异或，并保存其结果；（5）每8个图像数据部分字节经运算后组成一个隐藏信息字节；（6）重复3、4步直到隐藏信息字节长为L；信息提取程序流程图如下开始读取文件标头保留字节值L图像数据各字节8位依次异或结束是否达到隐藏信息字节长LYNNY打开隐秘图像L0保存异或结果，组成隐藏信息字节保存隐藏信息图35信息提取程序流程图3登录模块设计打开软件时弹出登录对话框，输入正确的用户名和密码显示主窗体，否则关闭对话框不显示主窗体。程序流程图如下登录开始结束输入用户名、密码用户名密码是否正确打开主窗体NY图36登录模块流程图34程序实现1文件载入模块该模块实现文件的待隐藏文件和图像文件的打开路径选择，文件选择，文件加载。包含位图文件载入和嵌入文件载入两部分，主要函数代码如下（1）嵌入文件载入主要代码CFILECFIFCFOPENPSZFILENAME,CFILEMODEREADRETURNFALSEDWORDDWFILESIZEDWFILESIZECFGETLENGTH/获取文件字节长度EMBFILE_SIZEDWFILESIZEUNSIGNEDCHARPFILEPFILENEWUNSIGNEDCHARDWFILESIZECFREADPFILE,DWFILESIZE/将文件中内容读入数组，解下来就开始嵌入操作M_PFILEPFILEQPFI