強(qiáng)魯棒的音頻掩密與擴(kuò)頻掩密分析研究.pdf

1、在信息化社會(huì)的今天，隨著互聯(lián)網(wǎng)和多媒體技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們可以方便、快捷地將數(shù)字信息傳遞到世界各國(guó)，但伴隨而來(lái)的信息安全問(wèn)題也正成為亟待解決的全球難題。信息隱藏技術(shù)正是為解決這一難題而新生的一門綜合性學(xué)科。它以隱藏信息的存在性來(lái)保障信息的安全，具有非常高的安全性。其中掩密技術(shù)(Steganography)和掩密分析技術(shù)(Steganalysis)是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代信息戰(zhàn)的重要內(nèi)容。利用掩密技術(shù)，軍事和國(guó)家情報(bào)部門傳遞情報(bào)、個(gè)人或單位保存敏感資

2、料或隱私通信，甚至被恐怖組織用于組織恐怖行動(dòng)。掩密分析是防止掩密技術(shù)被非法使用的關(guān)鍵技術(shù)，它可以阻止敵方的掩密通信，防止機(jī)密資料流失，監(jiān)測(cè)非法信息等。掩密技術(shù)與掩密分析對(duì)于保障國(guó)家安全和社會(huì)穩(wěn)定具有重要意義。
　　 本文主要研究以音頻為載體的掩密技術(shù)與掩密分析技術(shù)。論文在對(duì)目前該技術(shù)的相關(guān)理論問(wèn)題研究的基礎(chǔ)上，提出了三種掩密算法和一種專用型掩密分析算法，最后討論了一些有待解決的問(wèn)題，并提出了進(jìn)一步的研究方向。本論文的主要工作和研

3、究成果如下。
　　 ①鑒于目前掩密通信理論研究相對(duì)較少，本文在掩密技術(shù)和掩密分析技術(shù)在理論模型的參數(shù)估計(jì)和相關(guān)方法方面做了進(jìn)一步的驗(yàn)證和研究。首先給出理論模型和信息論模型，接著分析信息論模型，該模型考慮了嵌入、攻擊、提取的全過(guò)程，進(jìn)一步分析不可見(jiàn)性和魯棒性等概念；最后從信息論模型的角度，給出信息隱藏容量的定義，并在此基礎(chǔ)上給出了不可見(jiàn)性、魯棒性和信息隱藏率之間的定量關(guān)系，指出達(dá)到三者之間折衷的關(guān)鍵是水印嵌入的強(qiáng)度。
　　

4、 ②為了更好地提高音頻數(shù)字水印的魯棒性和不可感知性的平衡，提出了基于音頻采樣點(diǎn)倒置和BP網(wǎng)絡(luò)的非對(duì)稱音頻掩密算法。該類算法利用倒置音頻采樣點(diǎn)對(duì)人耳聽(tīng)覺(jué)不敏感的特點(diǎn)來(lái)保證算法的不可感知性，通過(guò)倒置的方法實(shí)現(xiàn)秘密信息的嵌入；然后利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射能力，通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，建立原始音頻信號(hào)與含密音頻信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而較好的提取水印信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該類算法能夠有效地抵抗低通濾波、噪聲、MP3壓縮、回聲、重采樣等的攻擊，缺點(diǎn)為

5、容量相對(duì)較小。
　　 ③提出了一種具有較大嵌入容量、能夠有效抵抗MP3壓縮的混合域音頻掩密算法。該算法的特點(diǎn)是通過(guò)選擇對(duì)聽(tīng)覺(jué)不敏感的低頻帶作為嵌入頻帶。然后對(duì)所選頻帶小波系數(shù)進(jìn)行分段DCT變換，將水印嵌入到每段DCT直流系數(shù)上，從而可以在保證算法的不可感知性前提下，最大限度地提高算法的魯棒性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了算法具有良好的不可感知性，較大的嵌入容量以及強(qiáng)的魯棒性。該算法對(duì)于在互聯(lián)網(wǎng)上利用大量MP3文件實(shí)現(xiàn)掩密通信具有重要意義。缺點(diǎn)

6、為不能同時(shí)抵抗同步攻擊和D/A,A/D操作。
　　 ④提出了一種新穎的能同時(shí)抗同步攻擊和DA/AD轉(zhuǎn)換的信息隱藏算法。在一定幀長(zhǎng)條件下，經(jīng)受DA/AD轉(zhuǎn)換、低通濾波等攻擊以后的音頻和原始音頻波形相似度很高。而倒置一段時(shí)間的采樣點(diǎn)在該段時(shí)間中不對(duì)人耳聽(tīng)覺(jué)產(chǎn)生影響。根據(jù)這些特點(diǎn)，算法首先對(duì)載體音頻進(jìn)行分幀，然后利用倒置的方法在音頻中嵌入秘密信息。秘密信息通過(guò)判斷相似度的極性進(jìn)行提取，提取過(guò)程中算法設(shè)計(jì)了同步搜索機(jī)制，提高了秘密信息提

7、取正確率。實(shí)驗(yàn)表明，嵌入秘密信息后的音頻文件不僅具有良好的不可感知性，而且能夠抵抗諸如低通濾波、加噪聲、回聲、重采樣、Mp3解壓縮等攻擊，特別還能抵抗DA/AD轉(zhuǎn)換和各種去同步攻擊，具有較強(qiáng)的魯棒性。
　　 ⑤針對(duì)音頻掩密技術(shù)中常用的擴(kuò)頻掩密技術(shù)，提出了一種基于小波去噪和小波突變點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)的擴(kuò)頻掩密分析算法。該算法檢測(cè)性能具有只受秘密信息嵌入強(qiáng)度影響而與嵌入容量無(wú)關(guān)的特點(diǎn)。算法還能夠確定含密音頻中嵌入的PN序列的長(zhǎng)度，從而能夠估