基于博弈论的自适应图像隐写

摘要

信息隐藏是当前信息安全领域的重要研究课题之一。数字隐写是信息隐藏的主要分支，主要应用于隐蔽通信，其目的是将秘密信息隐藏在公开的数字媒体中通过公共信道传输，而不引起第三方的注意。与数字隐写相对抗的逆向分析技术称为隐写分析，通过分析载体、载密数据的统计特性，判断隐藏信息的存在性。数字隐写和隐写分析作为隐蔽通信的正方和反方，在信息对抗中快速发展。
　　自适应图像隐写被广泛地认为可以较好地抵抗隐写分析，然而用来检测的隐写分析算法并非专门针对自适应隐写而设计。这一认知尚未遵从Kerchhoffs准则。事实上，隐写分析者可近似估计得到隐写方的自适应规则信息，相应地选择图像嵌密位置进行隐写分析。如何在满足Kerchhoffs准则下设计安全的自适应图像隐写已成为一个重要的课题。
　　本文借助博弈论针对以数字图像为载体的自适应隐写展开研究。首先建立了基于LSB匹配嵌密的博弈理论分析模型，给出隐写双方在纳什平衡点的混合策略。然后研究博弈分析结论在基于四像素差值的图像隐写算法的实际应用，指导设计出一种新的自适应隐写算法。
　　具体研究成果如下:
　　1)提出了二次嵌密博弈模型。通过分析博弈论在数字图像隐写方面的相关研究，指出他们在建立博弈模型时出现的漏洞，即LSB嵌密算法会使得原始载体跟嵌密载体在相同的嵌密位置具有相同的比特，攻击者就会判断这个位置没嵌密。然后引入二次嵌密、计算图像的共生矩阵来更好的区别原始载体和嵌密载体，完善Schottle等人的隐写分析方法，再利用博弈论研究两方的对抗关系，建立符合实际应用场景的自适应图像隐写模型，最后通过新的纳什均衡策略指导隐写者选择嵌密位置。
　　2)提出一种随机非满嵌算法。通过分析基于四像素差值的图像隐写算法以顺序满嵌的方式嵌入秘密信息，指出这类算法的隐蔽性不够高，即图像的嵌入失真会引起隐写分析者的怀疑，进而顺序地提取出秘密信息。因此我们在博弈论思想的指导下，利用Arnold变换对秘密信息的嵌入顺序进行置乱，有效防止外部攻击者按顺序分析出秘密信息，提高隐写的隐蔽性。然后再调整这类算法中控制容量的系统参数，使得图像的满嵌容量刚好大于秘密信息的长度，进而提高隐写嵌入的灵活性，减少嵌入造成的图像失真。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究成果

1．4 论文结构

第2章 隐写算法和博弈模型

2．1 隐写术

2．2 博弈论基础

2．2．1 博弈标准形式

2．2．2 二人零和博弈

2．3．经典的数字图像隐写算法

2．4 博弈模型及纳什均衡

2．4．1 博弈模型

2．4．2 纳什均衡

2．5 本章小结

第3章 基于二次嵌密模型的自适应图像隐写

3．1 相关概念

3．1．1 共生矩阵

3．1．2 点偏离度

3．2 建立二次嵌密模型

3．2．1 二次嵌密

3．2．2 隐写双方

3．2．3 分布概率

3．2．4 博弈模型

3．2．5 支付函数

2．4．2 纳什均衡

3．2．6 计算模型

3．2．7 模型的对比

3．3 本章小结

第4章 基于Arnold变换的自适应图像隐写

4．1 Arnold变换

4．2 嵌入和提取步骤

4．3 非满嵌最佳参数

4．4 实验结果分析

4．4．1 固定参数的实验结果

4．4．2 不同图片的最佳参数

4．5 本章小结

结语

参考文献

致谢

在读期间撰写的论文

在读期间参与的项目