基于LSB算法实现信息隐藏方案的研究

2018-05-30付三丽黄恒一

物联网技术 2018年5期

付三丽，黄恒一

（三亚学院，海南三亚 572022）

0 引言

信息隐藏也称作数据隐藏，起源于隐写术，是集多学科理论与技术于一身的新兴技术。信息隐藏技术主要是指将特定的信息嵌入到数字化宿主信息中，信息隐藏的目的不在于限制正常的信息存取和访问，而在于保证隐藏的信息不被监控者注意和重视，从而减少特定信息泄露的可能性。随着技术的发展，各种信息安全的泄露事件时有发生，信息安全领域的研究也逐渐引起科研工作者的重视。

1 原理

信息隐藏技术又称为密写术，是将秘密信息嵌入到看上去很普通的信息中传送，防止第三方检测出秘密信息。信息隐藏技术结合计算机技术、加密技术等，逐渐发展形成水印技术，主要用于版权保护、拷贝控制和操作跟踪等领域[2]。

LSB算法主要应用于将秘密信息嵌入到载体图像像素值的最低有效位（也称最不显著位），改变这一位置对载体图像的品质影响。对载体图像空域像素值做LSB替换，用来替换LSB的序列就是需要加入的水印信息、水印的数字摘要或由水印生成的伪随机序列[3]。

本文结合水印技术，从传播信道的安全角度出发，提出了一种基于LSB算法实现信息隐藏的方案。发送端M1为发送方原始载体数据的二进制序列，M2为特定信息数据的二进制序列；发送端特定信息M2经过LSB算法嵌入到载体数据M1序列中形成M3；发送端含水印的M3序列与载体M1序列经私钥K1所包含的M1与M3置换信息生成序列D；合法接收端通过私钥K1对公开信道序列D进行逆解调得出特定信息M2，从而实现特定信息在传播信道中基于LSB算法的信息隐藏[4]。通信系统信息隐藏模型如图1所示。

图1 通信系统信息隐藏模型

2 实验仿真模型

2.1 发送端载体数据M1

本文通信模型中的载体数据M1通过文本二进制转换软件生成，如图2所示，目前仅支持英文字符与二进制序列之间的转换。

图2 文本文件转换为二进制代码

由图2可知，载体对象文本“ai”对应的二进制码元序列为M1=01100001 01101001。发送方载体信息M1选用二进制文本转换软件转换，利用LSB算法对载体图像空域像素值所对应的二进制序列做LSB替换。对载体序列M1进行LSB算法置换的序列M2即为通信模型中需要隐藏的信息。序列M1=01100001 01101001对应的码图如图3所示[6]。

图3 M1对应二进制时序图

2.2 发送端信息LSB算法嵌入

本文选定的掩护对象数据M2=01，用二进制秘密信息M2中的每一比特信息替换与之对应的载体数据M1的最低有效位，假设待嵌入的二进制秘密信息序列为[01]，替换过程如图4所示。

图4 发送端LSB算法信息嵌入过程

由图4 可知，发送端载体数据M1经过LSB算法替换后生成的含秘密信息M2的隐藏对象M3=01100000 01101001。

2.3 发送端信息添加私钥K1

在上述过程中，将秘密信息M2嵌入到载体数据M1的二进制序列最低有效位，形成数据M3。发送端M3=M1@M2，私钥K1为M1与M3的置换信息算法，发送端数据M3经过私钥K1生成序列D，其公式为（M1@M2）@K1=D。本文私钥K1定义为 D=nM1+M3， n=1[7]。

发送端原始的载体数据M1序列经过D=nM1+M3，实现将原拟发送的几十比特速率的电文变换成由载体数据和隐藏对象数据组成的几兆甚至几十兆比特速率的电文，并增加了私钥K1。经过上述分析，原始载体序列M1增加频带宽度，可减小信噪比。从通信安全的角度来说，信噪比越小，越不易被他人捕获，具有极强的保密性。发送端的私钥K1也是经过不公开信道传输给接收方，从而比传统的信息隐藏更加安全[8]。

发送端数据D时序如图5所示。由图可知，发送端原始载体数据M1经LSB算法中私钥K1扩频，最终形成发送端的数据D序列。发送端生成的序列D=nM1+M3，定义n=1，序列D中红色的隐藏代码M2=01即为通信模型中隐藏的信息。收发双方根据私钥K1的定义，可任意改变公式D=nM1+M3中n的数值。

图5 发送端数据D时序图

2.4 发送端数据D对应文本

由图5可知，发送端最终生成含秘密信息M2的隐藏对象 D序列，D=01100001 01101001 01100000 01101001，发送端数据D通过2.2节中所示软件生成对应文本，如图6所示。目前仅支持英文字符与二进制位序列之间的转换[9]。

由图6可知，发送端数据D对应的文本数据D1=“ai`i”，最终接收端会接收到发送端发来的数据D1。

图6 数据D对应文本

2.5 接收端解调信息

接收端接收到公开信道发送的数据D1后，首先利用私有信道传来的私钥K1解调出数据M3，再根据LSB算法及载体数据M1解调出秘密数据序列M2。合法用户通过私钥K1中所指定的信息及收发双方载体数据序列M1不仅可解调出隐藏的数据M2，还可校验数据D在传输过程中是否发生了篡改。私钥K1中指定了数据n的数值大小，若数据D1在传输过程中发生了篡改，则接收端解调出来的数据公式D=nM1+M3不再成立[10]。