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图像隐藏信息提取攻击与可逆数据隐藏

作　者: 田雨果
导　师: 刘九芬
学　校: 解放军信息工程大学
专　业:
关键词: 隐写分析提取攻击隐写密钥 LSB替换/匹配消息嵌入位置定位 JPEG解压缩图像可逆数据隐藏
分类号: TP309
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

隐写分析在军事和国家安全方而具有重要意义。目前隐写分析的研究主要集中于隐蔽信息的存在性检测,但是能否提取出隐藏的信息(即提取攻击)对信息战中最终获取情报,电子辩论中有效取证打击网络犯罪起决定性作用。隐藏信息的提取是一个困难的研究课题。本文在唯载密条件下对图像隐藏信息的提取问题作了探索性研究,主要研究结果如下：1.研究针对明文序贯LSB替换/匹配的提取攻击。利用明文字节最高位比特的统计特性,提出一种针对明文序贯LSB替换/匹配的检测与提取方法。理论与实验都证明了该方法的有效性,该方法仅仅在嵌入200字节英文明文情形下就能成功检测并获取明文。2.研究基于置乱变换的随机LSB替换隐写术的提取攻击。首先探讨了Arnold变换的周期性质,然后根据嵌入算法的分块特性,提出一个降低密钥穷举量的快速提取攻击算法。理论分析和实验结果都表明该方法计算复杂度远低于Fridrich的卡方检验方法。3.研究基于JPEG解压缩图像的消息嵌入位置定位方法。首先应用重复压缩实现原载体恢复,并研究重复压缩成功恢复原载体的理论概率,然后结合假设检验相关理论,提出一种针对JPEG解压缩图像的消息嵌入位置定位算法,该算法适用于LSB替换/匹配隐写。实验结果表明,1)给定载密图像数量,该算法定位准确的像素个数接近理论上界；2)该算法准确定位所有嵌入位置所需载密图像数量接近理论下界,该算法性能远优于已有的定位算法。4.研究基于JPEG解压缩图像的隐写密钥恢复方法。首先将隐写密钥恢复问题转化为“利用伪随机数发生器输出序列的一个含错率为Pe的抽样序列来恢复伪随机数发生器的种子”这样一个密码分析问题。然后在理论上分析了：1)含错率Pρ以及嵌入率r需要满足什么条件,提取攻击才能成功；2)实现攻击所需的最少样本量为多少。最后利用上述3研究得到的重复压缩成功恢复原载体的理论概率,提出针对JPEG解压缩图像的隐写密钥恢复方法,该方法适用于LSB替换/匹配隐写。针对隐写软件"Hide and Seek4.1"及其变种的实验结果表明：此方法可成功恢复隐写密钥。5.另外,在上述3、4研究的基础上,也研究了基于JPEG解压缩图像的可逆数据隐藏方法。首先探讨了可恢复块的数量与JPEG解压缩图像相应质量因子的关系；然后通过研究DCT系数和信息±k隐藏的性质,得到信息嵌入成功的理论概率,进而得到最佳分块载密像素个数和嵌入容量计算公式；最后提出一种针对JPEG解压缩图像的可逆数据隐藏算法。同现有的图像可逆数据隐藏算法相比,该算法可以在保证较高峰值信噪比的同时,显著提高嵌入容量。实验结果也表明了该算法的有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
图录  10-12
表录  12-13
第一章绪论  13-19
  1.1 背景介绍  13-14
  1.2 隐写分析与提取攻击  14
  1.3 提取攻击研究现状  14-16
    1.3.1 隐写密钥恢复研究现状  15-16
    1.3.2 消息嵌入位置定位研究现状  16
  1.4 可逆数据隐藏研究现状  16-17
  1.5 本文的结构  17-19
第二章明文序贯LSB隐写的提取攻击  19-29
  2.1 中英文统计特性  19-20
    2.1.1 英文统计特性  19-20
    2.1.2 中文统计特性  20
  2.2 检测算法  20-23
    2.2.1 样本采集  20
    2.2.2 检测算法  20-22
    2.2.3 窗口W与阈值R的选择  22-23
  2.3 提取算法  23-27
    2.3.1 最大优势序列确定  23
    2.3.2 提取算法  23-27
  2.4 窗口内的嵌入起止点估计  27-28
  2.5 小结  28-29
第三章基于置乱变换的随机LSB替换隐写术的提取攻击  29-35
  3.1 基于图像置乱变换的隐写术  29-31
    3.1.1 Arnold变换  29-30
    3.1.2 基于Arnold置乱变换的隐写算法  30-31
  3.2 提取攻击  31-33
    3.2.1 检测统计量  31-32
    3.2.2 最小样本量提取攻击算法  32-33
  3.3 实验结果  33-34
  3.4 小结  34-35
第四章基于JPEG解压缩图像的消息嵌入位置定位方法  35-51
  4.1 重复压缩恢复原载体的理论概率  35-43
    4.1.1 JPEG解压缩与不饱和载密分块  35-36
    4.1.2 重复压缩  36-37
    4.1.3 成功恢复原载体分块的理论概率  37-41
    4.1.4 成功恢复原载体像素的概率  41-43
  4.2 基于JPEG解压缩图像的消息嵌入位置定位  43-46
    4.2.1 基于假设检验的嵌入位置定位方法及其理论分析  43-45
    4.2.2 基于JPEG解压缩图像的消息嵌入位置定位算法  45-46
  4.3 实验  46-50
  4.4 小结  50-51
第五章基于JPEG解压缩图像的隐写密钥恢复方法  51-63
  5.1 随机LSB隐写模型  51
  5.2 基于修改点估计的隐写密钥恢复方法  51-56
    5.2.1 “基于修改点估计的隐写密钥恢复”的理论分析  52-55
    5.2.2 隐写密钥恢复算法  55-56
  5.3 基于JPEG解压缩图像的隐写密钥恢复算法  56-57
    5.3.1 含错率只的估计  56
    5.3.2 隐写密钥恢复算法  56-57
  5.4 对Hide and seek 4.1及其变种的提取攻击  57-62
  5.5 小结  62-63
第六章基于JPEG解压缩图像的可逆数据隐藏方法  63-79
  6.1 算法设计思想与框架  63-64
  6.2 重复压缩与可恢复块  64-66
    6.2.1 JPEG解压缩  64
    6.2.2 重复压缩  64-65
    6.2.3 可恢复块  65-66
  6.3 可逆数据隐藏算法  66-73
    6.3.1 信息嵌入成功的理论概率  66-69
    6.3.2 嵌入容量与最佳分块载密像素个数  69-71
    6.3.3 头信息R  71-72
    6.3.4 算法描述  72-73
  6.4 实验结果与分析  73-77
  6.5 小结  77-79
第七章结论  79-81
致谢  81-83
参考文献  83-87
作者简历  87

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