VC贝塞尔曲线信息隐藏设计与实现

摘要随着信息技术的飞速发展，网络已经影响到社会的政治、经济、文化、军事等各个方面，已成为全球信息基础设施的主要组成部分。但是，网络作为一把双刃剑，在加速人类信息化社会的进程中，也给保障信息安全带来了极大的挑战。作为信息安全的一个重要分支，信息隐藏技术由于具有较好的隐蔽性和易操做性，而逐渐成为信息安全领域的研究热点之一。本文首先对图像空域的应用进行了分析研究，重点探讨了基于一阶贝塞尔曲线的信息融合算法，并在理论上证明了该算法的可用性；其次对该算法的相应部分进行了改进，并编程实现了载体图像文件对信息的隐藏和恢复功能；最后通过测试与分析，说明本设计所开发的软件可以无损地对数据流信息进行隐藏和恢复；由于此算法合理的设计，最终达到一幅作为载体的位图文件可以隐藏大约占其3/8容量的明文信息，表明该软件具有一定的实用价值。关键词：信息隐藏技术；图像空域；一阶贝塞尔曲线；隐藏比例；位图1 引言1.1 课题背景随着Internet的日益普及，多媒体信息的交流已经达到了前所未有的深度和广度，其发布形式也愈加丰富。人们如今可以通过Internet发布自己的作品、进行远程交流和网上贸易等。但是随之而出现的问题也十分严重：如作品侵权更加容易，篡改也更加方便。因此如何既充分利用Internet的便利，又能有效地保护知识产权，已经受到人们的高度重视。因此一门新兴的学科——信息隐藏学诞生了，并成为隐蔽通信和知识产权等的重要手段。所谓信息隐藏就是将秘密信息隐藏到一般的非秘密的数字媒体文件（如图像、声音、文档文件）中，从而不让攻击者发觉信息的一种方法，从本质上对机密信息的存在性进行了改变。本毕业设计的主要目的是为了综合运用以前所学的知识（包括网络技术、编程技术、网络与信息安全等知识），开发一个功能较完善的信息隐藏软件。1.2 国内外研究现状在1994年的IEEE国际图像处理会议（ICIP'94），R.G.Schyndel等人第一次明确的提出了“数字水印”的概念，从此掀起了现代信息隐藏技术研究的高潮。仅仅过了两年，在ICIP'96上，已经出现了以信息隐藏领域中的水印技术、版权保护（Copyright Protection）和多媒体服务的存取控制（Access Control Multimedia Services）为主要内容的研讨专题。同年在英国剑桥召开了第一届信息隐藏国际研讨会（First International Workshop Information Hiding），内容涉及数据隐藏、保密通信、密码学等相关学科领域。在美国，许多著名大学和大公司的研究机构，如麻省理工学院的媒体实验室，明尼苏达大学，普林斯顿大学，南加州大学等，以及NEC公司，IBM公司等，都一直在致力于信息隐藏技术方面的研究，并已取得了大量的研究成果。与此同时，大量的数字水印应用软件也应运而生，如HIGHWATER FBI、Digimarc Corporation、Fraunhofer's SYSCOP等。目前，应用于数字图像的水印技术已被考虑写于JPEG 2000标准，这必将进一步推动信息隐藏技术的发展[1]。1.3 本课题研究的意义人们在日常生活中，通过感觉器官收集到的各种信息里，最主要的是视觉信息。在数字化生活中，数字图像就成为了人们所感知的最主要的信息形式。数字图像可分为静止图像和动态图像两种，后者一般称为视频图像。视频图像的每一帧均可看作是一幅静止图像，但是这些静止图像之间并不是相互孤立的，而是存在时间轴上的相关性。而静止图像是像素的集合，相邻像素点所对应的实际距离称为图像的空间分辨率。根据像素颜色信息的不同，数字图像可分为二值图像、灰度图像以及彩色图像。数字图像的最终感受者是人的眼睛，人眼感受到的两幅质量非常相同的数字图像的像素值可能存在着很大的差别。这样，依赖于人的视觉系统的不完善性，就为数字图像的失真压缩和信息隐藏提供了非常巨大的施展空间。信息隐藏与信息加密是不尽相同的，信息加密是隐藏信息的内容，而信息隐藏是隐藏信息的存在性，信息隐藏比信息加密更为安全，因为它不容易引起攻击者的注意。1.4 本课题的主要工作本课题主要研究一阶贝塞尔曲线算法的实现，并对算法的两大模块进行改进，而后运用于信息的隐藏与恢复功能。在此之前，首先了解一阶贝塞尔曲线概念，和它相对应算法的基础理论，以及24位BMP彩色位图文件格式的相关信息，尤其是对图像文件标头的理解，它对于隐藏文件的组帧及后期恢复，起到了至关重要的作用。而对图像空域性质的研究，可以更深入的理解图像空域变换对图像清晰程度的影响。信息隐藏及恢复有重要影响的参数需要作为重点分析和学习，明确导致隐藏和恢复过程是否成功所取决的重要因素，同时将对相关参数进行筛选和确定，这便是为程序实现算法做好了铺垫。本论文的主要章节安排是以课题所需知识的逐步深入为顺序，更清晰的将软件从内到外展示出来。因此首先介绍了相关基础理论知识，并分析了BMP文件格式，然后对基于彩色图像的嵌入/恢复基本原理进行了了解，进而对基于一阶贝塞尔曲线的隐藏算法内部做了相应的改进，随后确定了该算法的重要参数；此外还对此算法编程实现的实例软件进行了需求分析，同时给出了本软件的实现步骤；最后使用VC++编程实现了该算法，经过测试说明本设计已达到了预期目标。2 基于一阶贝塞尔曲线的信息隐藏软件的需求分析2.1 任务概述本实例软件主要完成通过对24位BMP位图文件的空域研究，并且运用一阶贝塞尔曲线算法，在程序上实现了对机密信息的隐藏和恢复的功能。在算法的原有基础上，首先进行了对嵌入算法和恢复算法两大模块的程序改进，使其对组帧过程中微小的差错进行严格的检验。并且在理论上运用数学基础确定了算法中起关键作用的相关参数，使得最终隐藏比率达到3/8，即宿主文件可容纳占其大小3/8的机密信息，同时保证融合后宿主文件的大小、类型、形态不变，同时隐藏信息能够成功的恢复出来。因此通过本软件的使用，更有效的加大了信息隐藏的数据量，而且进一步确保了重要信息的安全性，将其安全的融合到24位BMP位图文件中，提高其保密程度。2.2 需求规定本软件必须在安装有VC＋＋的Windows系统进行使用，在信息隐藏和恢复过程中，都由相对应的算法和程序来完成，所以硬件外部设备需要达到奔腾133以上PC机，内存需16兆以上。外部功能包括可视化界面，宿主文件的选择，存储路径的选择及待恢复文件的选择和存储路径。内部功能有信息标头的封装和其他信息的转换，便于隐藏至图像空域。2.3 需求描述软件需求大体描述为如下：主体模块包括信息嵌入模块和信息恢复模块；功能模块包括宿主文件的正确选取，待隐藏文件的正确选取，融合过程的成功进行，融合后文件的正确选取，恢复过程的成功进行五大部分。对于用户来说，仅可以选择非空BMP位图文件作为宿主文件，因为大小为0kb的文件不能作为宿主文件使用，软件会提示宿主文件选取错误；选取待隐藏文件时，各种文件类型均可选取。若选取的文件过大，超过宿主文件大小的3/8，软件会提示待隐藏文件大小过大。因此本软件更适合隐藏容量较小的图像文件和文本文件；融合过程的成功进行取决于文件标头长度和融合系数的选择，一般情况下，文件标头对于融合过程的影响不大，而融合系数在软件原有程序中已确定；恢复文件时，需正确选取融合后的文件，否则软件会提示选取文件有误。3 基于一阶贝塞尔曲线的信息隐藏软件的设计方案3.1 对明文组帧核心算法在理论上被证明正确有效后可通过程序对其加以实现并检验算法在实际应用中的效果。实现共分两大模块：文件的隐藏和文件的提取。在把秘密文件（明文信息）隐藏到位图文件（宿主信息）中时，首先通过CFile类的Open()函数将其内容分别读取到内存，并将秘密文件的有关信息如文件名、文件长度等一并获取以便从位图提取文件时能将提取出的信息仍以隐藏前的状态保存。由于文件名不允许出现“*”号，因此可将其作为分隔文件各项信息的分隔符，并按一定格式对其组帧：

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