JPEG圖像隱寫軟件JstegOutGuessF5改變了載體圖像的DCT直方圖或分塊效應12025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印JPEG壓縮過程將原始圖像分割為8×8的小塊每小塊作二維DCT變換左上角為直流，zigzag掃描，對應頻率從低到高對DCT系數(shù)進行量化對不同頻率成分采用不同的量化步長量化后的DCT系數(shù)是整數(shù)22025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印JPEG壓縮過程標準量化表32025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印Jsteg密寫將秘密信息嵌入在量化后的DCT系數(shù)的LSB上。但原始值為－1，0，＋1的DCT系數(shù)除外。提取秘密信息時：將圖像中不等于－1，0，＋1的量化DCT系數(shù)的LSB取出即可。2025/10/154Datahiding&DigitalWatermarkJsteg密寫——實例原圖像塊的像素值為2025/10/155Datahiding&DigitalWatermarkJsteg密寫——實例DCT變換后的系數(shù)矩陣為2025/10/156Datahiding&DigitalWatermarkJsteg密寫以標準量化表量化后的系數(shù)矩陣為2025/10/157Datahiding&DigitalWatermarkJsteg密寫其中，只有兩個系數(shù)可以隱藏秘密信息，如果需要隱藏的為012025/10/158Datahiding&DigitalWatermarkJsteg密寫用量化表進行逆量化，做逆DCT變換，得到密寫圖像塊對比發(fā)現(xiàn)，幾乎每個像素都有變化2025/10/159Datahiding&DigitalWatermarkJsteg隱寫將秘密信息嵌入在量化后的DCT系數(shù)的LSB上。但原始值為－1，0，＋1的DCT系數(shù)除外。提取秘密信息時：將圖像中不等于－1，0，＋1的量化DCT系數(shù)的LSB取出即可Jsteg隱寫就是對DCT系數(shù)進行LSB隱寫，用c2分析可以進行隱寫分析102025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印基于量化表調整的隱寫Jsteg隱寫可嵌入的DCT系數(shù)非常少，因此隱寫量較小提出基于量化表調整的隱寫：不使用標準量化表11不同之處在于：中頻量化步長值為12025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印基于量化表調整的隱寫有較多的量化DCT系數(shù)可以進行隱寫問題仍然是LSB隱寫，用c2分析可以進行隱寫分析量化表中量化步長的異常，會引起分析者懷疑122025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印F5隱寫JPEG圖像的DCT系數(shù)特點DCT系數(shù)的絕對值越大，其出現(xiàn)的頻率越低隨著DCT系數(shù)絕對值的升高，其出現(xiàn)次數(shù)下降的幅度減小132025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印F3隱寫F5隱寫方法是由F3、F4發(fā)展而來F3隱寫每個非0的DCT系數(shù)用于隱藏1比特秘密信息秘密信息與DCT系數(shù)的LSB相同，則不改動；不同則將DCT系數(shù)絕對值減1，符號不變?nèi)绻贾禐椋?或－1，嵌入比特0時，變?yōu)?，此隱藏視為無效，在下一個系數(shù)上重新嵌入提取時：將不為0的DCT系數(shù)的LSB取出即可142025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印F3隱寫例：已知JPEG圖像DCT系數(shù)為：-9,-4,0,0,0,1且已知負整數(shù)最低比特位與其奇偶性一致已知該圖像使用了F3隱藏則從中能提取幾比特秘密信息？秘密信息為？2025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印15F3隱寫F3隱寫的特點隱寫是將絕對值減1，而不是LSB替換，因此可以抵抗c2分析漏洞算法約定：“原始值為＋1或－1，嵌入比特0時，變?yōu)?，此隱藏視為無效，在下一個系數(shù)上重新嵌入”造成隱藏了更多的比特0因此隱寫后DCT系數(shù)直方圖中，偶數(shù)位置上的灰色柱比奇數(shù)位置上的要突出162025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印F3隱寫172025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印F4隱寫F4隱寫用正奇數(shù)和負偶數(shù)代表秘密信息1用負奇數(shù)和正偶數(shù)代表秘密信息0值為0的DCT系數(shù)仍然不負載秘密信息當欲嵌入的比特與DCT系數(shù)代表的信息不同時，同樣將絕對值減1，符號不變2025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印18F4隱寫F4隱寫如果嵌入時產(chǎn)生了0系數(shù)，同樣無效，在下一個系數(shù)上重新嵌入與F3的區(qū)別不僅嵌入比特0時可能產(chǎn)生無效隱藏，嵌入比特1時也會產(chǎn)生無效隱藏，需要重新嵌入所以偶數(shù)柱比奇數(shù)柱突出的特點不會出現(xiàn)2025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印19F4隱寫202025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印F5隱寫F5隱寫在F4的基礎上，添加了混洗技術和矩陣編碼技術混洗：使秘密信息分布在整個圖像中如果可攜帶秘密信息的DCT系數(shù)個數(shù)大于秘密信息長度，采取混洗的方法，隨機選擇系數(shù)進行嵌入矩陣編碼優(yōu)點：減少了LSB的修改量缺點：降低嵌入量212025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印F5隱寫：矩陣編碼LSB隱寫嵌入1比特可能修改也可能不修改原數(shù)據(jù)，概率為0.5則每個LSB的修改可以平均嵌入2比特信息矩陣編碼的目的是，使得每個LSB的修改可以嵌入更多的比特信息在2^k-1個原始數(shù)據(jù)的LSB中最多改動1比特達到嵌入k比特的效果k=1：普通LSB隱寫k=2：在3個數(shù)據(jù)上，只修改1比特，代表嵌入2比特222025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印矩陣編碼例如：k=2設a1,a2,a3是三個載體數(shù)據(jù)的LSB設x1,x2是要嵌入的秘密比特如果，不改變原數(shù)據(jù)如果，改變a1如果，改變a2如果，改變a3提?。篴1與a3異或為x1，a2與a3異或為x2232025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印例在（-24，32，-32）（-27，28,29）(20,-1,-5)上用F5算法隱藏101010，則隱藏后，載體變?yōu)椋焊鶕?jù)f5定義（正奇負偶為1，負奇正偶為0），載體對應的比特為：(1,0,1)(0,0,1)(0,0,0)要隱藏101010，根據(jù)矩陣編碼1~=1xor1,0~=0xor1,則修改a3(1)->0，即符號不變，數(shù)值減1，變?yōu)?31，第一組數(shù)據(jù)為：-24,32,-311==0xor1,0~=0xor1，則修改a2(0)->1，即符號不變，數(shù)值減1，變?yōu)?7，第二組數(shù)據(jù)為：-27，27,291~=0xor0，0==0xor0，則修改a1(0)->1，即符號不變，數(shù)值減1，變?yōu)?9，第三組數(shù)據(jù)為：(19,-1,-5)2025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印24矩陣編碼矩陣編碼的特點嵌入效率：嵌入比特數(shù)/平均修改長度嵌入效率高：同樣嵌入量，對圖像的修改少，失真小載體數(shù)據(jù)利用率：嵌入比特數(shù)/所需像素數(shù)載體數(shù)據(jù)利用高：同樣的嵌入量，所需的像素少252025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印例——分析嵌入效率和數(shù)據(jù)利用率當k=2時，按x1是否等于xor(a1,a3)以及x2是否等于xor(a2,a3)劃分，有四種情況，即：a.x1=xor(a1,a3)，x2=xor(a2,a3)b.x1!=xor(a1,a3)，x2=xor(a2,a3)c.x1=xor(a1,a3)，x2!=xor(a2,a3)d.x1!=xor(a1,a3)，x2!=xor(a2,a3)每種情況發(fā)生的概率都相同，即皆為1/4。而除了情況a下，不需要修改LSB以外，其它情況下都要修改1個LSB，所以平均修改長度為：1/4*0+1/4*1*3=3/4。此時，嵌入效率=嵌入比特數(shù)/平均嵌入長度=2/(3/4)=8/3而普通LSB算法中，嵌入效率=嵌入比特數(shù)/平均嵌入長度=1/(1/2*0+1/2*1)=1/(1/2)=2<2.5=7.5/3<8/32025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印26例——分析嵌入效率和數(shù)據(jù)利用率嵌入效率和數(shù)據(jù)利用率比較k=2時，嵌入2比特平均修改3/4個LSB，普通LSB：嵌入1比特平均修改1/2個LSB，嵌入效率比普通LSB高。k=2時，用3個數(shù)據(jù)負載2比特，普通LSB：1個數(shù)據(jù)負載1比特，載體數(shù)據(jù)利用率比普通LSB低。272025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印矩陣編碼k越大，載體數(shù)據(jù)利用率越低，嵌入效率越高282025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印F5隱寫步驟進行JPEG壓縮，量化DCT系數(shù)混洗DCT系數(shù)確定k，并計算實施矩陣編碼嵌入逆混洗，產(chǎn)生隱寫后的圖像292025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印F5隱寫DCT系數(shù)直方圖的原始特性不變P(X=x)表示原始圖像中，DCT系數(shù)等于x的概率P(Y=y)表示隱寫圖像中，DCT系數(shù)等于y的概率a表示非0DCT系數(shù)被改動的概率，k=1時，a=1-a，k>1時，a<1-a302025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印總結F5隱寫可能的漏洞DCT系數(shù)絕對值減1直方圖奇偶不均衡的特點不會出現(xiàn)直方圖會由兩端向中間收縮DCT系數(shù)量化是分塊進行的不同小塊之間會有一定的不連續(xù)性當壓縮比較高時，人眼可以分辨出小塊的界限；用高通濾波后，界限更明顯F5隱寫后，小塊間的不連續(xù)性更明顯312025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印JPEG圖像隱寫分析直方圖分析分塊特性分析322025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印JPEG圖像隱寫分析分析者無法得到原始圖像，但是能構造一個統(tǒng)計特性相近的參考圖像將待測圖像刪除前四行（或前四列），得到參考圖像重新分塊，DCT變換，量化參考圖像與原始圖像有相近的內(nèi)容，使用相同的量化表參考圖像的DCT直方圖和分塊特性作為原始圖像的估計332025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印JPEG圖像隱寫分析分塊特性M，N是圖像的行數(shù)和列數(shù)g是像素灰度值分塊特性B表示相鄰塊的相鄰像素灰度值之差的絕對值總和342025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印JPEG圖像隱寫分析計算參考圖像的分塊特性Be計算待測圖像的分塊特性B1如果B1明顯大于Be或，參考圖像與待測圖像的DCT系數(shù)直方圖存在明顯差異則可以認為待測圖像是經(jīng)過隱寫的此方法可以察覺Jsteg、OutGuess、F5等方法嵌入的秘密信息352025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印例1512×512質量因子70JPEG圖像362025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印例1原始直方圖參考圖像直方圖F5隱寫后的直方圖372025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印例2512×512質量因子70JPEG圖像382025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印例2原始圖像分塊特性值5.40E5參考圖像分塊特性值5.51E5F5隱寫后圖像分塊特性值6.56E5392025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印安全的JPEG隱寫隱寫時兼顧圖像的統(tǒng)計特性不改變DCT直方圖不改變分塊特性402025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印新隱寫算法的原則秘密信息嵌入在非零、非直流的DCT系數(shù)上，每個系數(shù)負載1比特用正奇數(shù)和負偶數(shù)代表秘密信息1用負奇數(shù)和正偶數(shù)代表秘密信息0412025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印新隱寫算法的步驟計算原始圖像DCT系數(shù)直方圖，和分塊特性將秘密信息每比特對應一個非零、非直流DCT系數(shù)相同：不作任何改動不同：修改DCT系數(shù)修改系數(shù)時：可以加1，也可以減1即：正向調整，負向調整422025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印新隱寫算法的步驟在選擇用加1還是減1的方法修改系數(shù)時，計算直方圖的改變，使得調整后直方圖與原始圖像直方圖近似不變同時，計算分塊特性，選擇合適的修改（加1還是減1），使得分塊特性不會大大偏離原始分塊特性432025/10/15信息隱藏與數(shù)字水印新隱寫算法的步驟提取取出非零