信息隐藏 隐写性能评价

1、信息隐藏技术合肥工业大学计算机与信息学院 郑淑丽2信息隐藏o 一个模型：一个模型：囚徒模型o 两种应用：两种应用：隐写 & 数字水印o 三个指标三个指标n 安全性n 隐藏容量n 鲁棒性图像载体的选择o 图像库n 例如：USC-SIPI图像库/database/USC-SIPI三个指标o 安全性（不可见性、不可感知性）对嵌入秘密信息引起的图像失真进行评价o 主观评价将图像按照感知质量优劣排成等级直接反映了人对图像质量的感知，有实际参考价值不同人员之间主观差异较大，实验时要得到好的统计结果，需找大量的人员进行测试o 客观评价o 根据人眼的主观视觉系统建立数学模型

2、，计算图像的质量n 均方差（MSE）越小越好n 峰值信噪比（PSNR）越大越好o 均方差o 峰值信噪比MxNywyxIyxIMNMSE112),(),(1o 均方差MSE(左)=116.538MSE(右)=127.825o 均方差MSE(左)=10.0265MSE(右)=11.03536o 客观评价+HVS(人类视觉系统)n 达到主客观评价一致n 如何结合？ 图像感知评价领域非常受关注的一个问题o 隐藏容量在一个载体中最多能嵌入的信息量对隐写容量进行研究的目地：在满足不可见性的条件下，分析可以隐藏的消息的极限，进而对隐藏算法设计进行指导三个指标o 鲁棒性抵抗隐写分析的能力三个指标o 对信息隐藏

3、的一种攻击行为o 目的n检测隐写信息的存在性n估计隐写信息的长度、提取隐写信息n删除和扰乱隐写载体中嵌入的秘密信息隐写分析隐写分析视觉攻击o 利用载体数据的统计特性判断是否含有秘密信息n 针对针对LSB的隐写分析的隐写分析o PoV分析分析(2分析/直方图分析)o RS分析分析o 信息量估计法o 有限状态机法o .隐写分析统计检测2分析1999, Westfeld 01 23 45 67 89 10 11 . PoV(Pairs of Values )：LSB隐写：进行2i2i+1之间的翻转o 设图像中灰度值为j的像素个数为hj，0j255o 如果载体没有隐写，h2i，h2i+1的值会相差较大

4、一些o 秘密信息嵌入n 加密0,1随机分布的比特流，1/2n 假设：秘密信息完全替换载体图像的LSBh2ih2i+1在测试图像所有像素的LSB嵌入秘密信息定量分析卡方检测性能分析o 采用三组实验对比分析卡方检验的检测性能n读取整个图像数据n加载1%的图像数据块n计算2的值n根据2计算当前P值1. 如图像数据未完全加载，返回步骤2；如图像数据已全部加载，返回。22实验一：连续LSB嵌入检测实验o 图像格式：BMP，256*256，8bit23实验二：随机间隔LSB嵌入检测实验24实验三：JPEG图像DCT系数隐写检测实验o 图像格式：JPEG，600*400，8bit，采用Jsteg对DCT系数

5、隐写，连续嵌入o 同样适用调色板LSB隐写的检测(EzStego)o 存在的问题秘密信息的嵌入不是顺序嵌入，而是随机嵌入嵌入量较小n 卡方检验难以奏效卡方分析26RS分析2001, Fridricho 在隐写分析的研究中具有重要意义n 是第一个可以检测LSB随机间隔嵌入算法的隐写分析方法，n 可以精确地估计出秘密信息的长度。o 给定一个图像块，Zigzag扫描，排列成一个向量G=（x1,x2xn）o 图像的空间相关性o 定义翻转函数F1：2i与2i+1的相互变化关系F-1：2i-1与2i的相互变化关系F0：不变关系29oRS分析步骤n将待检测图像分成大小相同的图像块n计算每个图像块的空间相关性

6、n对每个图像块应用非负翻转(F1, F0)n对每个图像块应用非正翻转(F-1, F0)o RS分析步骤n对每个图像块应用非负翻转(F1, F0)RM=空间相关性增加的图像块个数/图像块总个数SM=空间相关性减小的图像块个数/图像块总个数o RS分析步骤n对每个图像块应用非正翻转(F-1,F0)R-M=空间相关性增加的图像块个数/图像块总个数S-M=空间相关性减小的图像块个数/图像块总个数RS分析o 如果待检测图像没有经过LSB隐写，从统计上说，非负翻转或非正翻转会同等程度增加图像块的混乱程度o 做翻转，会破坏图像块的空间相关性RM R-M, SMS-M RM SM, R-M S-M 33o 如

7、果待检测图像经过LSB隐写，则采用非负翻转和非正翻转的结果有明显不同n 应用非负翻转n 应用非正翻转34n RM SMn R-M S-Mn R-M - S-M RM - SMo 对lena图像进行LSB隐写，不同隐写率的条件下计算RM、 SM 、 R-M和S-M o 检测时n 对检测图像进行非负翻转和非正翻转，计算RM、 SM 、 R-M和S-M o 如果R-M - S-M显著大于RM SM，则判断图像经过隐写o 进一步可估计隐写率RS分析o 参考o Detection of LSB Steganography1. RS 检测算法的分析与改进o 利用载体数据的统计特性判断是否含有秘密信息n 针

8、对针对LSB的隐写分析的隐写分析n F5F5隐写分析隐写分析隐写分析统计检测F5隐写分析o 参考数字图像隐写分析刘粉林，机械工业出版社Steganalysis of JPEG Images: breaking the F5 Algorithm隐写分析盲检测41信息隐藏信息隐藏版权管理版权管理基础理论（模型，容量）基础理论（模型，容量）隐藏算法隐藏算法隐藏应用隐藏应用隐写分析隐写分析检测系统检测系统版权管理体系版权管理体系水印算法水印算法密码相关密码相关应用系统应用系统信息隐藏模型研究信息隐藏模型研究信息隐藏算法及应用信息隐藏算法及应用研究研究信息隐藏检测与信息隐藏检测与分析研究分析研究数字版权管理研究数字版权管理研究数字图数字图像取证像取证实验作业二o 任务针