简论信息隐藏在信息技术发展中的推动作用
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内容摘要：在信息技术飞速发展的今天，人们对信息安全给予了更多关注。信息隐藏领域已经成为信息安全的焦点。因为每个Web站点以及网络通信都依赖于多媒体，如音频、视频和图像等。而信息隐藏这项技术将秘密信息嵌入到多媒体中，并且不损坏原有的载体。在没有专门检测工具的情况下，第三方既觉察不到秘密信息的存在，也不知道存在秘密信息。因此密钥、数字签名和私密信息都可以在Internet上安全的传送。本文主要研究信息隐藏在信息技术发展中的推动作用。
关键词：信息安全 信息技术 信息隐藏 隐写术
目前，随着因特网的普及、信息处理技术和通信手段的飞速发展，使图像、音频、视频等多媒体信息可以在各种通信网络中迅速快捷的传输，给信息的压缩、存储、复制处理等应用提供了更大的便利。同时，也为信息资源共享提供了条件，目前网络已经成为主要的通讯手段。各种机密信息，包括国家安全信息、军事信息、私密信息（如信用卡账号）等都需要通过网络进行传输，但互联网是一个开放的环境，在其上传输的秘密关系着国家安全、经济发展和个人稳私等方方面面的安全，所以信息安全在当今变得越来越重要。
信息安全的类型
信息安全主要有两个分支：加密技术和信息隐藏。
加密技术（Cryptography）已经为人们所熟悉，广泛应用于各行各业。加密技术研究已有多年，有许多加密方法，但是由于加密明确的告知用户，此文件或其他媒介已经进行过加密，窃密者必将利用各种破解工具进行破解，得到密文。虽然加密长度和强度一再增加，但破解工具也在加强。并且由于计算机性能的飞速发展，使解密时间缩短，所以加密术的使用局限性已见一斑。
信息隐藏，信息隐藏可以追溯到公元1499年，它的历史久远。但是直到20世纪90年代，在IT界，人们才赋予了它新的内容，使之成为继加密技术之后，保护信息的又一强有力的工具。信息隐藏与传统的信息加密的明显区别在于，传统的加密技术以隐藏信息的内容为目的，使加密后的文件变得难以理解，而信息隐藏是以隐藏秘密信息的存在为目标。所以科学技术的发展使信息隐藏技术在信息时代又成为新的研究热点。它既发扬了传统隐藏技术的优势，又具有了现代的独有特性。对于研究信息安全方向的学者而言，研究信息隐藏是很有意义的，也是刻不容缓的。
信息隐藏的相关研究
在信息隐藏的研究中，主要研究信息隐藏算法与隐蔽通信。在信息隐藏算法中，主要有空间域算法和变换域算法。最典型的空间域信息隐藏算法为LSB算法，最典型的变换域算法是小波变换算法。由于LSB算法的鲁棒性比较差，相关的研究改进工作都是提高其鲁棒性。对于小波变换算法，由于小波变换具有良好的视频局部特性，加上JPEG2000和MPEG4压缩标准使用小波变换算法取得了更高的压缩率，使得基于小波的变换的信息隐藏技术成为目前研究的热点。一般根据人类的视觉特点，对秘密信息用一定的比例进行小波压缩，压缩过程增加了数据的嵌入容量。然后量化小波系数并转换为二进制流数据。对载体信号同样进行小波变换，选择适当的小波系数及嵌入参数嵌入信息。因为小波有几十种，每种小波的特性不同，参数的选取也不同，所以必须通过实验，筛选出隐蔽性较好、容量较大的方法，从而使不可感知性、鲁棒性与容量三者之间达到平衡。另外，还可以先对偶数点的小波系数与之相邻的两点的小波系数的平均值来替换，这个平均值称为插值，作为秘密数据嵌入的位置。
信息隐藏的实施阶段
一般而言，信息隐藏是分为四个阶段：预处理阶段、嵌入阶段、传输阶段和提取阶段。为了使每个阶段都达到安全，所以必须在预处理阶段，引入加密术中的加密算法。在嵌入阶段，使用基于小波的隐藏信息的算法，在传输阶段，进行隐蔽通信，从而使用传输阶段也是安全的。所以这套信息隐藏的处理方案，将形成一个安全的体系，因此即能隐藏秘密信息的内容，也能隐蔽通信的接收方和发送方，从而建立隐藏通信。
信息隐藏的应用范围
信息隐藏的优势决定了其具有广泛的应用前景，它的应用范围包括：电子商务中的电子交易保护、保密通信、版权保护、拷贝控制和操作跟踪、认证和签名等各个方面。信息隐藏主要分为隐写术和数字水印，数字水印技术主要用于版权保护以及拷贝控制和操作跟踪。在版权保护中，将版权信息嵌入到多媒体中（包括图像、音频、视频、文本），来达到标识、注释以及版权保护。数字水印技术的应用已经很成熟。信息隐藏的另一个分支为隐写术，隐写术的分类的依据不同：可以按隐写系统结构分类：分为纯隐写术、密钥隐写术和公钥隐写术；按隐写空间分类：可以分为信道隐秘、空域隐写、变换域隐写；按隐写载体分类可以分为文本隐写、语音隐写、视频隐写和二进制隐写。
信息隐藏技术的现实意义
在网络飞速发展的今天，信息隐藏技术的研究更具有现实意义。将加密技术融合到信息隐藏技术中来，并将信息隐藏中的子分支数字水印中的经典算法加以改进也融合进信息隐藏技术，使整个信息隐藏过程达到理论上的最高安全级别。所以基于算法的隐蔽通信研究具有不可估量的现实意义。
信息隐藏技术是近几年来国际学术界兴起的一个前沿研究领域。特别是在网络技术迅速发展的今天，信息隐藏技术的研究更具有现实意义。目前，为保证数据传输的安全，需要采用数据传输加密技术、信息隐藏技术、数据完整性鉴别技术；为保证信息存储安全，必须保证数据库安全和终端安全。信息安全的研究包括两个主要研究方向：信息加密与信息隐藏。在信息安全的研究理论体系和应用体系中，密码技术已经历了长期的发展，形成了较完整的密码学理论体系，有一系列公认的、经典的可靠的算法，然而，在现代信息科学技术的条件下的信息隐藏，虽然可以追溯到公元前，但其完备的理论体系还尚未建立。信息隐藏与传统的信息加密有明显的区别，传统的密码术以隐藏信息的内容为目的，使加密后的文件变得难以理解，而信息隐藏是以隐藏秘密信息的存在为目标。
作为网络环境中的新的信息安全技术，信息隐藏方法的研究及应用在学术和军事、政务方面倍受关注，国际上已经召开了几届信息隐藏学术会义，国际会议先后在1996年在英国剑桥、1998年在美国波特兰、1999年在德国雷斯顿，2001年在美国匹兹堡召开。信息隐藏方面的研究越来越深入。另外，在国际上，剑桥大学、IBM研究中心，NEC美国研究所、麻省理工学院等许多科研单位都成立了专门的部分进行这一领域的研究。欧洲委员会也对相应的研究项目进行深入研究。国际化标准组织也提出了MPEG-4的框架，允许方便的将视频编码与加密技术和水印技术结合起来。
在国内，对信息隐藏也给予了高度重视。中国科学院自动化所、清华大学、北京大学、北京邮电大学网络安全中心等都与国际同步正在进行许多高水平的研究。1999年在我国何德全院士、周仲义院士、蔡吉人院士与有关应用研究单位在北京联合发起召开了我国第一届信息隐藏学术会议，2000年在北京，2001年在西安、2002年在大连分别举行了会议。在2004年，广州中山大学举行了全国第五届信息隐藏学术年会，在2006年，将在哈尔滨工业大学举行第六届信息隐藏学术年会。另外，在2004年国家自然科学基金课题中，信息工程大学的平建西教授申请了信息隐藏的国家自然科学基金课题并得到了资助。
信息隐藏的计算和技术实施策略
在信息隐藏算法中，主要有空间域算法和变换域算法。最典型的空间域信息隐藏算法为LSB算法。LFTurnet与RGVan利用LSB算法将信息隐藏在音频和数字图像中。Bender提出了通过修改调色板统计信息来嵌入秘密数据库的隐藏算法。Patchwork方法采用随机技术选择若干对像素，通过调节每对像素的亮度和对比度来隐藏信息，并保证这种调整不影响图像的整体观感。丁玮从数字图像的透明叠加方法出发，提出了基于融合的数字图像信息隐藏算法。并根据七巧板的游戏原理，提出了隐藏数字图像的Tangram算法，Marvel将数字图像看作嗓声，提出了空间域中的扩频数据隐藏方法。Lippman使用信号的色度，提出了在国家电视委员会的色度信道中隐藏信息的方法。Liaw和Chen提出了将秘密图像嵌入到载体图像中的灰度值替方法，为了适合灰度值替换，Wu和Tsai提出了使用图像差分的改进方法；Wu和Tsai还在人类视觉模型的基础上，提出了在数字图像中嵌入任何类型数据的数据隐藏方法；Tseng和Pan提出了一种安全的、大容量的数据隐藏算法；Provos通过随机嵌入和纠错编码的方法改进了信息隐藏的性能，Solanki等从信息论的角度出发，将视觉标准引入到通过量化来嵌入信息的方法，并由此提出了一种高容量的信息隐藏算法。
在变换域算法中，正交变换的形式可以有离散傅立叶变换（DFT），离散余弦变换（DCT），小波变换（Wavelet）等。由于变换域算法利用了人眼对于不同空间频率的敏感性，在适当的位置嵌入信息具有更好的鲁棒性和不可觉察性。容量也较高，所以变换域隐藏算法比空间域算法复杂。
最具代表性的变换域算法是Cox在1995年提出的扩频算法。Andreas Westfel和Pitas分别提出了通过模拟图像水平或者垂直移动将秘密数据嵌入到图像的DCT系统的数据隐藏算法，管晓康提出了Pitas算法的改进算法，克服了该算法中嵌入数据量小的缺点。丁玮成功地将该算法修改并在小波域中运算该算法，并通过置乱技术改进了Pitas算法中的随机数策略，消除了误判的可能性。
Cabin提出了数据隐藏的信息论模型，并引入了概念e-安全。如果载体信号和载密信号的概率分布的相关熵小于e，那么称数据隐藏系统是e安全的。如果e=o,那么数据隐藏系统是绝对安全的。Mittelholzer从信息论的角度出发，提出了数据隐藏算法，并以互信息来描述数据隐藏算法的安全性与鲁棒性。Shin在Cabin信息论模型的基础理论上，提出了在任何满足条件的载体数据中嵌入秘密数据的绝对安全的一次哈希数据隐藏算法。Zollner等提出的安全模型也是利用信息理论来衡量数据隐藏系统的安全性。Sunlivan也从信息论的角度出发，对数据隐藏的安全性进行了分析。
Ettinger得出了数据嵌入的最佳策略。Marvel假定数据图像是在数据隐藏的加性信道，对该 数据隐蔽通道的容量进行了分析。苏育挺提出了改进的加性数据隐蔽通道模型。Barni假定离散余弦系统离散傅立叶变换系数分别为零均值高斯分布和Weibull分布，分析了变换域中信道容量。
科学的发展、新技术和新工艺的应用，为信息隐藏技术的进一步发展奠定了重要基础。信息隐藏技术作为一个跨多领域、多学科（数字信号处理、图像处理、模式 识别、数字通信、多媒体技术、密码学、语音处理等）的技术体系，由于它与具体的应用密切相关，这也决定了信息隐藏技术研究成果的多样性以及信息隐藏技术研究的不完善性，仍有许多技术问题需要解决。但可以相信，随着科学技术的飞速发展，信息隐藏将有更多巧夺天工的新创意、新方法和新技术，将有更加广阔的发展空间。