如何看待隱寫術與信息保密
在諜戰劇和偵探小說中，我們經常能見到這樣的場景——特務用藥水將情報寫到紙上，收到情報的上級再通過顯影技術把情報還原出來。將秘密信息通過可公開的載體進行傳遞，且不被第三方發現，這就是“隱寫術”。
隱寫術的英文是Steganography，來源于特里特米烏斯的一本講述密碼學與隱寫術的著作Steganographia，該書名來源于古希臘詞匯stegons（隱藏、隱蔽）和graphia（寫、畫），意即“隱秘書寫”。隱寫術的概念于1499年首次引入，但這個想法的出現其實在古代就有了。古羅馬古典主義詩人奧維德提出用新鮮牛奶在信上書寫，不會留下痕跡，之后再沾上煤的灰燼，便能讀取信的內容。
隱寫術與加密技術
隱寫術是隱藏信息的一種技術，它和加密的區別就在于，對加密而言，第三方是知道數據被加密的，只是不知道加密前數據是什么樣，隱寫術則側重于讓人無法察覺數據的存在性。
加密技術以密碼學為理論基礎，對明文進行加密變換，輸出密文，實現對信息內容的保密，如圖1所示。其實質是使得通信的內容在沒有正確的解密密鑰的情況下不可讀。加密技術只是設法隱藏秘密信息的內容，可保證內容的安全，但并不保證形式上的安全，暴露了通信的行為，容易引起懷疑，也給攻擊者留下了追蹤的線索。而隱寫技術是近年來多媒體信息與信號處理領域提出的一種解決通信安全的新方法，如圖2所示。將某些特殊信息隱藏于正常載體之中，從而掩蓋特殊信息存在的事實。隱秘通信掩蓋了秘密通信的行為，不易引致攻擊者的懷疑，攻擊者也很難追蹤發信者。
圖1 信息加密示意圖
圖片來源：參考文獻[2]
圖2 隱寫技術示意圖
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在實踐中，為了獲得更高級別的安全，可以結合使用兩種技術，如先利用密碼技術對秘密信息進行加密，再通過隱寫術將加密過后的秘密信息隱藏于載體中，通過掩蔽媒體的傳送來達到秘密信息安全傳送的目的，如圖3所示。
圖3 加密與隱寫結合示意圖
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隱寫術的應用
1.嵌入圖像
將秘密信息編碼嵌入到數字圖像中是目前使用最廣泛的一種隱寫。
人眼對數字圖像的某些區域并不敏感，圖像中若只發生微小的變化，僅憑人眼很難區分，這種特性被稱為人類視覺有限性，嵌入圖像的隱寫術正是利用了這一特性。絕大多數的文本、圖像、密文或其他任何形式的媒體都可以生成比特流嵌入到數字圖像中。隨著數字圖像廣泛的使用，載體為數字圖像的隱寫也在持續增長。在Internet的每個網站上，都存在著數字圖像，所以數字圖像成為最有效的隱藏信息的載體。最典型的圖像由640×480像素組成，在256色（8位)的圖像中幾乎能隱藏大約300K字節的信息。高質量的圖像由1024×768像素組成，在24位的圖像中能隱藏大約2兆字節的數據。并且這些圖像文件都需要使用壓縮技術來減少圖像的大小，以便圖像在Internet上使用和傳輸。
目前，流行著很多壓縮算法，其中最常用的有三種圖像格式:BMP，GIF和JPEG。在Internet上選擇用于隱寫術的圖像時，我們首先選擇BMP和GIF。因為這兩種格式的圖像能提供無損壓縮。壓縮的圖像可以精確的還原。而JPEG壓縮算法不能提供無損壓縮，它使用的技術是使用移動點計算傳送圖像到整數矩陣。這種變換處理可能產生錯誤并能消除一部分圖像，但人眼是不能覺察的，但是對于隱藏的信息可能造成破壞或改變。
下面給出將密文放入圖版中的例子。密文是密鑰，密鑰是經過加密算法生成的，需要經過Internet這種開放的環境中傳送出去。通過編寫的隱寫軟件，將密鑰嵌入了原始圖片。如圖4所示。對讀者而言，這兩幅圖是相同的，但在第二幅圖中已經嵌入了密鑰，所以對第三方而言，是感覺不到密鑰的存在的，這樣就達到了秘密傳輸密鑰的目的。當接收者收到圖片，可以用隱寫軟件提取出密鑰。
圖4 原始圖片與嵌入密鑰圖片對比
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2.嵌入音頻
音頻中的隱寫是根據人類聽覺系統(Human Auditory System，HAS)來進行的，眾所周知，對相同頻率的音頻信號，人與人之間的敏感度有很大差異，所以在隱寫術中對音頻進行編碼是具有挑戰性的一項工作。聽覺系統中存在一個聽覺閾值電平，低于這個電平的聲音信號就聽不到，聽覺閾值的大小隨聲音頻率的改變而改變，每個人的聽覺閾值也不同。大多數人的聽覺系統對2kHz～ 5kHz之間的聲音最敏感。一個人是否能聽到聲音取決于聲音的頻率，以及聲音的強度是否大于該頻率對應的聽覺閾值。因為人類聽覺系統是一個動態的范圍。根據人類聽覺系統的這一特性，可以將秘密信息隱藏到強度較弱的頻率中，也就是說，某段聲音頻率的強度之上，人能聽到，這一強度之下，人就不能聽到這段聲音，那么，就可以將相應的時間軸上的信號轉換到頻率軸上，計算出各頻率的強度，然后將秘密信息嵌入到比這些頻率強度低的各頻率中去。根據人對音強敏感度不同，還可以將秘密信息加載到較高強度的不同比特中。音頻隱寫中通常使用三種流行編碼：最低位編碼，相位編碼和擴頻。在Internet網上,每個站點幾乎都有音頻媒介，秘密信息就可以嵌入這類媒體。最流行使用的媒體的格式是wav和mp3。
圖5 原始音頻文件與嵌入密鑰音頻文件對比
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參考文獻
[1]王文惠,孟兵,周良柱,等.信息時代的隱寫術[C].//全國第二屆信息隱藏學術研討會論文集.北京:2000:60～63.
[2]李友,張定會.基于隱寫術的信息隱藏技術[J].信息技術,2010,(7):119-122. DOI:10.3969/j.issn.1009-2552.2010.07.033.
[3]葛秀慧,胡愛華,田浩,等.隱寫術的研究與應用[J].計算機應用與軟件,2007,(11):57-60. DOI:10.3969/j.issn.1000-386X.2007.11.022.
[4]科普知識：什么是攻擊隱寫術
http://app.myzaker.com/news/article.php?pk=5991058e1bc8e0ab2c00006b
[5]獨家｜情人、囚徒、間諜：古往今來隱形墨水的故事
http://www.sohu.com/a/113182644_458808
【本文為51CTO專欄作者“中國保密協會科學技術分會”原創稿件，轉載請聯系原作者】
