JPEG图像隐写
JPEG图像隐写分析方法概述
JPEG图像隐写分析方法概述作者：雷雨张华俊来源：《消费导刊》2015年第05期摘要：JPEG图像是一种非常流行的图像格式，随着图像隐写技术的发展和应用，JPEG图像隐写分析的重要性日益突出。
本文对近几年来的JPEG图像隐写分析方法进行梳理和归纳，同时对具有代表性的方法作简要的介绍与评述，为JPEG图像隐写与隐写分析者提供参考。
关键词：隐写隐写分析 JPEG图像一、JPEG图像隐写技术现有的JPEG图像隐写算法可大致分为三类：（一）基于量化DCT系数的JPEG图像隐写该类方法主要利用量化DCT系数的冗余来嵌入秘密信息，其大致过程如下：选择一幅JPEG图像作为载体图像，提取它的量化DCT系数，然后通过修改这些系数来嵌入秘密信息，最后将隐写后的含密图像再次存储为JPEG图像。
（二）基于附加信息的隐写该类方法是指隐写算法不直接在JPEG图像的量化DCT系数上做修改，而是借助消息发送方有可能获得原始图像这一附加信息，在未量化的DCT系数上嵌入秘密信息，以减小失真。
（三）基于替换域的隐写该类方法是指先在替换域（如空域、小波域等）中鲁棒的嵌入秘密信息，然后再压缩成JPEG图像。
JPEG压缩很大程度上掩盖了秘密信息嵌入的影响，增加了隐写分析的难度。
但由于压缩是有损的，会造成图像部分信息的丢失，所以秘密信息必须是鲁棒的嵌入，以保证图像有损压缩后仍能提取出信息。
二、JPEG图像隐写分析技术（一）JPEG图像专用隐写分析方法1.针对基于量化DCT系数隐写的专用分析方法针对JSteg，Westfeld提出的卡方检测算法能有效检测嵌入位置是顺序排列时的情况。
Zhang等利用DCT系数的对称分布特征及JSteg不在取值为1的系数中进行数据嵌入的原理，提出了一种根据含密图像DCT系数直方图的分布可以估计JSteg数据嵌入率的方法。
Bohme将针对空域LSB替换的WS（Weighted Stego Image）方法扩展至JPEG域中，可以成功的对JSteg进行攻击，并可以估计数据嵌入率。
基于JPEG图像的隐写算法研究的开题报告
基于JPEG图像的隐写算法研究的开题报告一、选题的背景和意义：近年来，随着信息技术的快速发展，网络安全问题越来越受到人们的关注。
其中，信息隐藏技术（即隐写技术）在网络安全领域中具有重要的应用价值。
隐写技术是一种将待发送的信息隐藏在另一种信息载体中的技术，使得在外部看来，被传输的信息并不存在。
目前常见的隐写技术包括文本隐写和图像隐写等多种方式。
其中，基于JPEG图像的隐写算法由于其具有鲁棒性、高效性和图像信息量大等特点，在图像隐写领域中受到广泛关注。
二、研究任务和内容：本文的研究任务是基于JPEG图像的隐写算法。
首先对JPEG图像文件格式进行分析和理解，研究JPEG压缩算法的基本原理和特点。
进而研究现有的基于JPEG图像的隐写算法，探讨其优缺点、适用场景和局限性。
最后，结合最新的研究成果，提出一种新的基于JPEG图像的隐写算法，验证其性能优越性。
研究内容包括以下几个方面：1. JPEG图像文件格式分析与理解2. JPEG图像的压缩算法原理和特点3. 基于JPEG图像的隐写算法研究4. 隐写算法性能评价指标及实验验证三、研究方法和步骤：1. 文献综述：对于JPEG图像的压缩算法和图像隐写技术的相关文献进行梳理和综述，掌握当前的研究现状和存在的问题。
2. JPEG图像文件格式分析与理解：对JPEG图像文件格式的各个组成部分进行解析，分析其特点和构成原理。
3. JPEG图像的压缩算法原理和特点：研究JPEG图像的压缩算法原理，理解其图像去除冗余信息，从而实现图像压缩的过程。
4. 基于JPEG图像的隐写算法研究：根据前期文献综述和理论研究，探讨现阶段基于JPEG图像的隐写算法的优点和不足，并提出一种新的算法实现方案。
5. 隐写算法性能评价指标及实验验证：针对所设计的系统，设计隐写算法性能评价指标进行测试和实验，查看该算法是否符合要求。
对于实验结果进行分析和反馈，进而对算法进行优化。
四、预期成果及意义：本研究旨在探讨基于JPEG图像的隐写算法的优点和局限性，提出一种新的算法实现方案，通过性能测试和实验验证，得出实验数据和实验结果，在探索隐写算法研究的同时，优化当前应用中可能存在不足之处。
基于JPEG的图像隐写分析研究的开题报告
基于JPEG的图像隐写分析研究的开题报告一、选题背景随着信息技术的发展和普及，图像文件逐渐成为人们日常生活和工作中不可或缺的一部分。
然而，随着互联网的兴起，人们在网络上传输的图像文件也变得越来越容易被攻击者窃取或篡改。
因此，人们需要一些有效的安全措施来保护自己的图像信息。
其中，图像隐写技术作为一种有效的加密手段受到了广泛的关注和研究。
JPEG作为一种常用的图像压缩格式，其在图像隐写中也广泛应用。
当前，对于基于JPEG的图像隐写技术的研究主要集中在图像信息隐藏的有效性和鲁棒性分析上，对于隐写算法的逆算法分析还比较缺乏。
因此，本研究将从逆算法分析的角度出发，对基于JPEG的图像隐写技术进行深入研究。
二、研究内容和方法本研究的主要内容是基于JPEG的图像隐写分析，具体包括以下方面：1. 对基于JPEG的图像隐写算法进行分类和系统的梳理，分析各种算法的优缺点。
2. 基于JPEG的图像隐写算法实现，并通过实验验证各种算法在隐写信息容量、隐写效果、抗攻击性等方面的表现。
3. 对基于JPEG的图像隐写算法进行逆算法分析，尝试提出有效的逆隐写算法。
本研究将采用对比实验的方法进行算法的验证，并对研究过程中的实验数据进行系统分析和总结。
同时，将采取文献资料法、实验研究法、数学统计法等研究方法和手段，对基于JPEG的图像隐写技术进行深入研究和分析。
三、研究意义本研究的意义在于：1. 对于基于JPEG的图像隐写技术进行全面深入的分析和研究，为今后研究提供基础和参考。
2. 分析各种算法的优缺点，在实践中发现算法存在的问题和不足，为今后算法改进和优化提供思路和方向。
3. 提出有效的逆算法分析方法，为加强图像安全保护提供有力的技术手段。
四、预期成果本研究的预期成果包括：1. 对基于JPEG的图像隐写技术进行全面深入的分析和研究，并对各种算法的优缺点进行评估。
2. 实现和验证不同隐写算法的性能和表现。
3. 提出一种有效的基于JPEG的图像隐写逆算法分析方法。
07.2JPEG图像的隐写与隐写分析
22
F5隐写：矩阵编码
2020/1/30
LSB隐写
嵌入1比特可能修改也可能不修改原数据，概率 为0.5
则每个LSB的修改可以平均嵌入2比特信息
矩阵编码的目的是，使得每个LSB的修改可 以嵌入更多的比特信息
在2^k-1个原始数据的LSB中最多改动1比特达到 嵌入k比特的效果
k=1：普通LSB隐写
17
F3隐写
2020/1/30
信息隐藏与数字水印
18
F4隐写
F4隐写
用正奇数和负偶数代表秘密信息1 用负奇数和正偶数代表秘密信息0 值为0的DCT系数仍然不负载秘密信息 当欲嵌入的比特与DCT系数代表的信息不同时，
同样将绝对值减1，符号不变
2020/1/30
信息隐藏与数字水印
减1，变为-31，第一组数据为：-24,32,-31 1==0xor1,0~=0xor1，则修改a2(0)->1，即符号不变，数
值减1，变为27，第二组数据为：-27，27,29 1~=0xor0，0==0xor0，则修改a1(0)->1，即符号不变，
数值减1，变为19，第三组数据为：(19, -1,-5)
信息隐藏与数字水印
4
Jsteg密写
将秘密信息嵌入在量化后的DCT系数的 LSB上。但原始值为－1，0，＋1的DCT系 数除外。
提取秘密信息时：将图像中不等于－1，0， ＋1的量化DCT系数的LSB取出即可。
2020/1/30
Datahiding & Digital Watermark
5
Jsteg密写——实例
21
F5隐写
2020/1/30
F5隐写
特征融合的JPEG图像隐写分析方案
、 １ ，． ０ ６ＮＯ １
Ｊ ．１ ａ２ ｎ ０１
中国 科 技 论 文在 线
Ｓ Ｅ ＣＥ Ａ Ｅ ＬＮ ＣＩＮ Ｐ Ｐ Ｒ ＯＮ Ｉ Ｅ
，
第６ 第１ 卷 期
２１年 １ ０１ 月
特征融合的 ＪＥ Ｐ Ｇ图像隐写分析方案
闫 岫，赵 耀 ，倪 蓉 蓉
（． １ 北京交通大学信息科 学研 究所， 北京 １０４ ； ． ００４ ２ 现代信息科 学与网络技术北京市重点实验室，北京 １０４ ） ００４
ｓ ｇ ｎ ｌｓｓｗｉ ５ ｍｏ ｅ ａ ｅ ｔｇ ｎ ｇａ ｈ （ ， ２ ａ ｄ ＯｕＧｕ ｓ． ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｈ ｏｒｌｔ ｎｏ ｈ ｔ ａ ａｙ ｉ ｔ Ｆ ， ｄ ｌｂ ｓｄ ｓ ａ ｏ ｒｐ ｙＭＢ１ ＭＢ ｎ ｔ ｅｓ Ａｃ ｏｄｎ ｏｔｅｃ ｒｅａｉ ｎｔｅ ｅ ｈ ｅ ） ｏ
基于二维直方图修改的JPEG图像可逆信息隐藏
基于二维直方图修改的JPEG图像可逆信息隐藏信息隐藏是一种常见的隐写术技术，可以将秘密信息嵌入到媒体文件中，如图像、视频和音频中，从而进行保密通信或数字版权保护。
在信息隐藏中，图像隐写术是一种广泛应用的技术，其中JPEG图像的修改是一种常用的实现方式。
本文将介绍基于二维直方图修改的JPEG图像可逆信息隐藏技术，并对其实现原理和应用进行详细探讨。
一、JPEG图像的基本原理JPEG（Joint Photographic Experts Group）是一种常见的图像压缩格式，它采用离散余弦变换（DCT）对图像进行变换和压缩。
在JPEG压缩过程中，图像被分成8x8的像素块，然后对每个像素块进行DCT变换，将图像转换为频域表示。
接着，使用量化表对DCT 系数进行量化，以减少数据量。
采用熵编码的方式对量化后的数据进行编码和压缩。
二、基于二维直方图修改的JPEG图像可逆信息隐藏技术基于二维直方图修改的JPEG图像可逆信息隐藏技术是一种隐藏秘密信息的技术，它利用图像的颜色和亮度分布特征进行信息隐藏。
该技术的基本原理如下：1. 将原始JPEG图像转换为YCbCr颜色空间，分别得到亮度分量Y和色度分量Cb、Cr。
2. 对亮度分量Y进行二维直方图的修改，将秘密信息嵌入到直方图中，从而隐藏在亮度分量中。
3. 根据修改后的直方图重构亮度分量Y，得到带有隐藏信息的新JPEG图像。
这种技术的优点在于隐藏过程是可逆的，即可以从隐藏后的图像中提取出隐藏的秘密信息。
由于修改的是亮度分量的直方图，隐藏信息对图像视觉质量的影响较小，隐藏后的图像质量较高。
2. 信息隐藏过程（1）将隐藏信息转换为二进制比特串。
（2）将比特串以块的方式分割，每一块对应一个像素点，依次嵌入到修改后的直方图像素点中。
（3）重构亮度分量Y，得到带有隐藏信息的新JPEG图像。
四、应用领域基于二维直方图修改的JPEG图像可逆信息隐藏技术在信息安全、数字版权保护、隐私保护等领域具有广泛的应用前景。
ctf jphide例题
在CTF（Capture The Flag）比赛中，JPHIDE是一种基于LSB （Least Significant Bit）的JPEG格式图像隐写算法。
JPHIDE可以将隐写信息嵌入到图像的最低有效位中，从而隐藏信息。
以下是一个简单的JPHIDE例题：
1. 首先，准备一张用于隐写的图像。
可以使用任意图像作为源图像，但为了方便起见，可以使用一张黑白图像。
2. 使用JPHIDE将需要隐藏的信息嵌入到图像中。
打开终端，进入JPHIDE的安装目录，然后执行以下命令：
```
jphs -i input.jpg -o output.jpg -m "hidden message"
```
其中，`input.jpg`是源图像的路径和文件名，`output.jpg`是嵌入隐写信息后的图像路径和文件名，`-m`选项用于指定需要隐藏的消息。
3. 将隐写图像保存到本地。
现在，可以使用任何支持读取JPEG图像的软件查看原始图像，但无法看到隐藏的消息。
4. 使用JPHS解密图像以提取隐藏的消息。
在终端中执行以下命令：
```
jphs -i output.jpg -o decrypted.txt -d
```
其中，`output.jpg`是隐写图像的路径和文件名，`decrypted.txt`是输出结果的路径和文件名，`-d`选项表示提取隐写消息并将其保存到文件中。
5. 查看提取的消息。
打开`decrypted.txt`文件，即可查看提取的隐藏消息。
JPEG图像隐写
基于PMl和遗传算法的JPEG图像隐写摘要：隐写术利用数字媒体(如图像、视频、音频、文本等)的冗余性，对数字媒体进行修改以隐藏秘密信息，在信息安全领域具有重要意义。
传统的基于LBS替换的隐写技术会破坏JPEG 图像的直方图特性，无法有效对抗隐写分析。
本文提出了适用于JPEG图像的改进PMl隐写方法(简称JPMl)，并结合遗传算法来最小化空域分块特性。
通过合理选择嵌入系数以及秘密信息与载体系数的对应关系，此方法能够保持JPEG图像的直方图性，提高隐写嵌入容量和安全性。
关键词：JPEG 隐写 PM1 遗传算法1、引言PMl是基于LSB替换的一种改进的隐写技术。
通过随机加减l来修改系数，它克服了LSB 替换中的值对现象，因而能够抵抗χ2分析。
本文提出了适用于JPEG图像的改进PMl隐写方法(简称JPMl)，通过合理选择嵌入系数以及秘密信息与载体系数的对应关系，此方法能够保持JPEG图像的直方图特性。
其次，为减小嵌入失真，本章利用遗传算法来最小化空域分块特性。
最后，本文通过实验验证了改进的隐写技术的嵌入容量和安全性优于传统的基于LSB替换的隐写技术。
2、JPM1隐写算法PMl嵌入是基于LSB替换的隐写方法的一种改进方法，它易于实现而难以被检测。
在实际中，如果一个给定的系数的LSB与要嵌入的比特不同，基于LSB替换的方法会翻转该系数的LSB，即对偶数加1而对奇数减1，而在PMl中，将随机地对该系数进行加1或减1操作。
这里，我们具体陈述如何在JPEG图像中恰当地应用PMl以实现高嵌入率并保持高安全性。
JPEG图像经熵解码得到的量化DCT系数(JPEG系数)，包括三个部分，分别为直流系数、零交流系数、非零交流系数。
非零交流系数是嵌入秘密信息的很好的选择。
为了保持JPEG图像的直方图特性，在JPEG图像中应该这样应用PM1：负偶数代表秘密信息1，负奇数代表0：正偶数代表秘密信息0，正奇数代表1。
在嵌入的过程中，如果秘密信息比特与它对应的非零交流系数所表达的信息相同，则保持该系数不变；否则对该系数进行随机地加1或减1。
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基于PMl和遗传算法的JPEG图像隐写
摘要：隐写术利用数字媒体(如图像、视频、音频、文本等)的冗余性，对数字媒体进行修改以隐藏秘密信息，在信息安全领域具有重要意义。
传统的基于LBS替换的隐写技术会破坏JPEG 图像的直方图特性，无法有效对抗隐写分析。
本文提出了适用于JPEG图像的改进PMl隐写方法(简称JPMl)，并结合遗传算法来最小化空域分块特性。
通过合理选择嵌入系数以及秘密信息与载体系数的对应关系，此方法能够保持JPEG图像的直方图性，提高隐写嵌入容量和安全性。
关键词：JPEG 隐写 PM1 遗传算法
1、引言
PMl是基于LSB替换的一种改进的隐写技术。
通过随机加减l来修改系数，它克服了LSB 替换中的值对现象，因而能够抵抗χ2分析。
本文提出了适用于JPEG图像的改进PMl隐写方法(简称JPMl)，通过合理选择嵌入系数以及秘密信息与载体系数的对应关系，此方法能够保持JPEG图像的直方图特性。
其次，为减小嵌入失真，本章利用遗传算法来最小化空域分块特性。
最后，本文通过实验验证了改进的隐写技术的嵌入容量和安全性优于传统的基于LSB替换的隐写技术。
2、JPM1隐写算法
PMl嵌入是基于LSB替换的隐写方法的一种改进方法，它易于实现而难以被检测。
在实际中，如果一个给定的系数的LSB与要嵌入的比特不同，基于LSB替换的方法会翻转该系数的LSB，即对偶数加1而对奇数减1，而在PMl中，将随机地对该系数进行加1或减1操作。
这里，我们具体陈述如何在JPEG图像中恰当地应用PMl以实现高嵌入率并保持高安全性。
JPEG图像经熵解码得到的量化DCT系数(JPEG系数)，包括三个部分，分别为直流系数、零交流系数、非零交流系数。
非零交流系数是嵌入秘密信息的很好的选择。
为了保持JPEG图像的直方图特性，在JPEG图像中应该这样应用PM1：负偶数代表秘密信息1，负奇数代表0：正偶数代表秘密信息0，正奇数代表1。
在嵌入的过程中，如果秘密信息比特与它对应的非零交流系数所表达的信息相同，则保持该系数不变；否则对该系数进行随机地加1或减1。
若一个系数被变到0，则根据所要嵌入的秘密信息比特把它修改为+1或-1。
图1显示了JPMl的秘密信息表达和修改方式。
3、用遗传算法寻找最优+1／-1解
对于同样的载体图像和秘密信息，基于不同的密钥，JPMl中的随机+1／一1操作序列也不同。
基于这些操作序列的JPMl的性能也不同。
通过GA可以选择使
得,IPMl的性能最优的操作序列。
因此需要把JPMl中需要优化的对象和优化目标与GA中的染色体和适应度函数相对应，通过GA的优化过程，使得JPMl的性能得以优化。
3.1 染色体构造
JPMl中需要优化的对象为操作序列，基于操作序列，染色体的构造过程如下。
对JPMl 中所有需要修改的系数的+1／．1操作构成一个+1／-1操作序列，GA中的一个染色体对应这样一个+1／-1操作序列。
记JPMl中需要修改的系数个数为Lc，则GA中的染色体的长度为Lc。
染色体的表示如下：
P=P1P2…Pi…PLc，(Pi∈{0，1 }，1<i<Lc)
当pi是0，表示要通过减1来修改系数，当pi是1，表示要通过加1来修改系数。
3.2 适应度函数的构造
为提高JPMl的安全性，可选择隐写算法的某个／些评价指标构造适应度函数。
分块效应是JPEG图像的固有特性，它衡量了JPEG图像8×8分块间的不连续性。
在隐写分析中，分块特性的增加被用来检测JPEG图像中的隐写。
本节基于分块特性构造适应度函数，以达到优化JPMl在分块特性方面性能的目的。
一幅图像的分块特性可定量表示如下：
(1)
隐写使得含密图像的分块特性增大，分块特性的增加量越大，隐写算法越容易被检测。
由于分块特性是正数，可以用含密图像与其预测图像的分块特性的比值(Ratio OfBlockiness，简称ROB)来衡量隐写算法的安全性。
ROB越大，越容易被检测，即安全性越低；ROB越小，越不容易被检测，安全性越高。
ROB可表示为：
(2)
若待测图像为原始图像，则ROB的值接近1；若待测图像为含密图像，则ROB的值明显大于1。
适应度值越大，对应系统的性能应该越好，在这里ROB应该越小。
因此可以采用ROB的倒数作为适应度函数，当前待测图像的ROB的倒数的值就是当前染色体的适应度。
适应度函数可表示为：
(3)
GA的目标是要找到一个适应度最大的染色体，也就是使得JPMl生成的含密JPEG图像的安全性最好的+l/-l操作序列。
4、秘密信息嵌入与提取
4.1 嵌入过程
图2 嵌入过程流程图
图2刻画了算法的流程图。
整个嵌入过程可以分成六个步骤。
在嵌入过程的一开始，需要把载体JPEG图像解码为JPEG系数，然后基于密钥对JPEG系数进行置乱。
逐比特比较秘密信息与置乱的非零交流系数所表达的信息，得到需要修改系数的个数。
应用GA寻找最佳的+1／-1序列，并修改相应的系数。
然后，反置乱系数并进行熵编码，生成含密的JPEG图像。
4.2 提取过程
图3显示了接收端的提取过程的流程图。
提取过程首先熵解码含密的JPEG图像，得到含密的JPEG系数。
然后基于密钥对含密JPEG系数进行置乱，该置乱过程与嵌入过程中采用的置乱过程一致。
从置乱的含密的JPEG系数的前16个非零交流系数中提取出秘密信息的长度，然
后逐比特提取秘密信息。
图3 提取过程流程图
5、实验结果与讨论
在数字隐写中，安全性和容量是评价算法性能的最重要的两个指标。
JPMl和采用GA算法的JPMl(GA-JPMl)分别与Jsteg及Outguess(简称OG)进行了比较。
采用bpnz来测度嵌入率。
工作中用到的图像库包含2056幅来自美国自然资源保护局的未被压缩的图片，它们被转换为灰度图并且剪取中间的尺寸为512×512的部分。
另外，包括12幅来自标准图像库的图片，它们的尺寸为128×128。
在每个算法的JPEG压缩阶段所用的质量因子为80。
5.1 嵌入容量
GA—JPMl的容量与JPMl相同，因此此处只讨论JPMl与其余两种隐写算法的容量。
实验结果表明，JPMl的嵌入容量为1 bpnz，Jsteg的嵌入容量约为0．5 bpnz，OG的嵌入容量小于0．4 bpnz。
很明显JPMl的嵌入容量高于Jsteg和OG。
(a)标准库中的12幅图(b)NRCS库中随机选取的100幅图
图4 每一种隐写算法的容量
5.2 分块特性
我们在0.1到0.3bpnz的范围内比较所有这些隐写方法的ROB。
图5(a)和图5(b)分别显示了不同隐写方法在嵌入率为0.1和0.3 bpnz时的ROB。
可以看出JPMl的ROB值小于Jsteg和OG，而GA-JPMl的ROB值更小。
也就是说，从分块特性增加的角度考察安全性，JPMl的性能优于OG 和Jsteg，而GA-JPMl则优于所有的这些方法。
图5 同隐写算法的ROB
5.3 直方图特性
图画出了嵌入率为0．3 bpnz时，Peppers(标准图像库中的图片)的载体图像和含密图像的JPEG系数直方图。
可以看出，JPMl和GA-JPMl都保持了直方图的特性。
图6 Peppers载体图像和含密图像的JPEG系数的直方图
5.4 抗通用型隐写分析性能
隐写分析算法Shi-390是针对JPEG图像的强有力的通用型隐写分析算法之一。
表1显示了GA-JPMl抵抗Shi-390的性能，在嵌入率为0.05时GA-JPMl的被检测率相对于Jsteg和OG分别降低5．9％和3．4％；在嵌入率为0.1时，分别降低6．3％和5．9％：而在嵌入率为0.3时，分别降低11．6％和6．2％。
因此，GA-JPMl抵抗通用型隐写分析的性能优于Jsteg和OG。
表1 抗通用型隐写分析算法Shi．390的性能
6、结论
本文中提出了一种名为GA-JPMl的JPEG图像中的隐写方法，该方法基于PM1算法和GA算法。
通过合理选择载体系数和载体系数与秘密信息的关系，改进的PMl算法保持了JPEG图像的直方图特性，并通过最小化含密图像和其预测图像之间的分块特性的比值，GA算法帮助PMl算法决策在每一个需要修改的系数上是加1还是减1。
GA-JPMl在容量和安全性方面，性能优于此前的典型的隐写方法(Jsteg和Outguess)。
充分的实验验证了本章提出的方法在容量和安全性方面的优越性能。
虽然，本章实验中采用灰度图像作为载体图像，GA-JPM1亦可用于彩色图像。