流行病传播模型的多载体信息隐藏研究

作     者：张鹏程 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈够喜

授予年度：2013年

学科分类：0839[工学-网络空间安全] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：信息隐藏 多载体隐写 隐写模型 图像分存 元胞自动机 流行病传播模型 

摘      要：互联网及计算机技术的普及与飞速发展,使得多媒体、商务政务、工业控制、社会经济生活等方方面面都呈现着信息化和数字化。然而,信息的安全传输一直是世界范围人们关注的焦点和研究的热点,其作用已经不可替代。 信息隐藏技术作为一门新的综合性的前沿学科,是国际学术界研究的热点之一。其研究与应用集中在水印版权、网络通信安全、数据篡改与取证、票据防伪、数据分存及隐私保护等方面。信息隐藏技术是将有价值的信息隐藏在公开的数字媒体中,进行隐蔽传输和分布式存储的前沿技术。自该学科兴起研究以来,已经取得了瞩目的成就,是信息安全领域的生力军。隐写术是在实际应用中研究发展的隐秘通信技术,并且与密码技术紧密结合,在涉及的相关技术领域深度、广度、专业度上发挥重要作用。本文以单载体信息隐藏模型理论为基础,以多载体信息隐藏系统模型的载体分存隐写技术为研究重点,就系统隐写容量、安全性、不可察觉性等方面,结合数字图像的LSB隐写,深入研究了基于图像的隐写容量归一化,构建了数字图像分存的零隐写模型,使得对载体的隐藏容量操作更灵活,隐蔽通信的安全性方面得到很大的提高。再此基础上,研究结合流行病传播、元胞自动机和复杂网络对系统中网格节点的动力学特性,针对数字图像的信息隐藏研究,提出一种基于流行病传播模型的载体图像分存思想。本文主要的创新点如下. （1）多载体信息分存隐写系统,对解决单载体隐写系统存在的隐写容量较小、安全性较低、健壮性较弱的局限性,从理论推导和实验验证给予了充分的论证。多载体信息隐写系统是一种安全可靠、综合性能好的隐蔽通信模型。 （2）研究多载体信息隐藏的分存思想和DCT域图像变换方面,介绍了Bernstein而多项式、Frobenius数学问题、矩阵乘法的密钥分存、中国剩余定理和Rabin密码体制的图像分存。从LSB空域隐写角度提出了一种通用的大容量隐写归一化。依据密钥矩阵分析表明该隐写算法的有效性和安全性,适用于多载体隐蔽通信系统。 （3）根据（2）的准备工作,结合Frobenius数学问题实现载体图像分存,利用二维DCT域变换将预处理后的隐秘信息运用（3）中,建立基于图像分存的零隐写模型。针对该模型的性能分析和安全性验证,实现了数字图像分存与隐写算法的结合和隐藏容量的可操作性和灵活性,大幅度提升了隐蔽通信的的安全性和保真度。 （4）描述了流行病传播的基本原理和模型,介绍了原胞自动机的特性,并对网格节点具有的自我繁衍和节点之间的相关性等复杂网络特性进行了分析,该理论方法适合应用于对图像的处理。结合多载体图像的LSB分存隐写,对数字图像像素灰度级的相关性进行研究,分析了一种基于LSB的像素分块分存隐写算法,根据流行病传播模型特征,给出了流行病传播特性的多载体分存理论模型。