2009年5月 第5期(总第1 26期) 广西轻工业 GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY 计算机与信息技术 基于L S B信息隐藏算法的M A T L A B实现 马静 (陕西国防工业职业技术学院电子系，陕西西安710300) 【摘 要】LSB是一种传统的信息隐藏算法。使用MATLAB软件将算法实现变得简单易行。介绍了信息隐藏技术的原理 及分类，讨论了LSB算法原理，利用MATLAB 7．0对LSB算法进行了仿真。 【关键词】信息隐藏；LSB；MATLAB 【中图分类号】TP309 【文献标识码】A 【文章编号】1003—2673(2009)05—69—02 1 引言 随着计算机的普及、网络技术的迅速发展，使音频、视频等 多媒体信息都能以数字形式获得，制作其完美拷贝变得非常容 易，从而可能会导致大规模非授权拷贝，而这极有可能会损害 阵的各个数值代表一个像素的色彩信息。现在用图像作为底 面，用表示像素亮度大小的8位二进制数作为高度，可形成一 个立体直方图，各像素位置相同的位形成了一个平面，称为“位 平面”。一般定义从图像的第0个位平面到第7个位平面依次 音乐、电影、书籍和软件等出版业的发展，为了保护知识产权引 为最不重要位平面到最重要位平厩，相应的位称为最低有效位 发了一个很有意义的研究方向——信息隐藏。本文首先介绍了 信息隐藏技术的原理及分类，接着对LSB信息隐藏算法原理 及LSB算法实现进行介绍，最后对LSB算法进行了描述。 2信息隐藏技术的原理及分类 LSB和最高有效位MSB，在信息隐藏时修改不同的位对图像 的影响不同，经过实验可以得出，MSB对图像的影响最大，修 改MSB后，图像的色彩已经完全被坏，而对第0、1较低位平面 的图像影响很小，尤其是修改LSB后，图像的改变几乎无法用 肉眼识别，因此可以通过修改低位平面上的数值，实现图像中 信息隐藏是把一个有意义的秘密信息隐藏在另一个称为 的信息隐藏。 载体的信息中，得到隐密载体，然后通过公开信息的传输来传 递隐藏的信息。非法者不知道这个普通信息中是否隐藏了其他 信息，而ReP使知道，也难以提取或去除隐藏的信息。信息隐藏 中所用的载体可以是文字、图像、声音及视频等。到目前为止， 研究最成熟的信息隐藏载体就是数字图像。信息隐藏包含的范 围非常广泛，其分类如图l所示。 信息牌藏援术．崮申回1申 l基于舀意的隐lb术．I I基于技术的隐秘木．1 I稳罐誊甲f l览弱术印。I 匝益圃由 —---—-----—-．．．．．．—．1--．--—--·一 图1 3 LSB的信息隐藏算法原理 信息隐藏技术发展到今天，已出现了各式各样的隐藏方 法、最低位有效算法LSB(1east signifieant bit)是一种简单而通 用的信息隐藏算法，大部分的多媒体文件(如图像，声音和视频 文件等)都呵作为LSB算法中的载体，本文主要讨论以图像为 载体，隐藏图像的算法。 对于计算机来说，～幅图像可以用一个二维矩阵表示，矩 LSB算法利用了数字图像中位平面的原理，即修改图像中 最低位平面信息，方法是先将图像的最低位面清空，再逐个将 二进制流的每一个数据放入图像已经清空的位面里面对信息 进行隐藏。由于改变图像的最低位面不会造成视觉上的变化， 因此LSB算法以其易于实现、隐蔽性好且隐藏鼍大等优点，而 被广泛采用。 4 LSB算法实现 在对LSB算法进行实现时，可采用MATLAB这一工具， 它是由MathWorks公司开发的一个数学类科技应用软件。它 具有强大的数值计算和图形可视化功能、简洁易学的工作环境 和编程语言，使用MATLAB实现LSB算法时只需要几个函数 和十几行语句就能实现，而使用其它程序语言则需要上百行语 句。下面以图像为载体隐藏图像的LSB算法描述如下： (1)嵌人算法 bO=bitand(ima’2“Oop-1))； c=double(ima)-double(b0)； imd=e+double(imb*(2b叩一1)))； axes(handles．axes3)； imshow(uint8(imd)。D； co=corr26ma．imd)； 8et01andles．editl，’String’，num2st巾o))： 其中2"(pop-1)为位平面个数，ima为载体图像，bitand函 数用来取出载体图像中任意～个位平面，c为将载体图像清空 【作者简介】马静(1981一)女，陕西西安人．助教，工程硕士．从事计算机图像处理、数据库方面的教学与研究工作。 万方数据 69 

位平而后所得的图像，imb为待隐藏图像，imd为将待隐藏图像 LSB算法实现简单，在MATLAB中的核心语句只有少数 嵌入到载体图像后所得的图像，axes函数用来显示图像。 几条，但隐藏的信息请与图像的大小成JE比，当使用的图像比 (2)提取算法 imwritduint8(imd)。。hide．bmp’，’bmp’)； q=imread(‘hide．bmp’)； h 1=bitand(q。2bop—1))； axes(handles．8xes4)； imshow(h 1，西； eo--eorr2(imb，h 1)： 较大时，隐藏的数据帚比较“r观。当隐藏在低位的时候，图像不 会失真，但此时图像的鲁棒性很差，进行攻击实验(如加噪、滤 波、几何变形等)，提取出来的信息就与原来的信息有较大出 入。针对LSB算法的缺点，其改进算法有待于进一步研究。 5结论 信息隐藏技术是一门新兴的技术，发展潜力巨大，本文在 setChandles．edit2，’String',num2str(eo))； 传统的LSB方法基础J二，运用MATLAB软件进行算法实现， 其中imwrite函数叮将隐藏后的图像以文件名‘hide．bmp’ 有效地解决了图像信息的隐藏问题，经实验得出，嵌入信息后 保存下来，imread函数用来读取图像‘hide．bmp’，bitand函数 的载体图像与原始图像的视觉效果基本一致。 可将嵌入隐藏图像的那一位平面提取。 算法实现结果如图2所示： 参考文献 【llStefan Katzenbeisser．信息隐藏技术——隐写术与数字水印【M】．北 京：人民邮电出版社，2001． 【21黄仿元．基于LSB的数字水印算法及MATLAB实现U1．现代机械， 2008，(2)． 图2 (上接第68页) d(p‘；，Fjpi)：—产坐芸些b V(Fip；)。+(FiP‘．)。 (13) 以所有点的对极距离之和作为目标函数，基本矩阵的估计 问题就转化为非线性最优化问题。可以通过改进的8点算法， 利用改进的SUSAN角点检测算法提取角点，对提取的特 征点结合基于灰度相关及极线约束的双向匹配技术来优化的 特征点匹配算法能很好地对立体图像进行匹配。采用非线性的 最小中值法估计矩阵更为准确，有效剔除了误匹配点，减少了 根据已知的匹配点进行估算，然后采用随即采样一致算法 需要处理的数据蠼。提高了处理的速度；采用特征点的灰度值 (Random Sampling Consensus)选取出最佳的基本矩阵F，从 而使搜索范围从二维降为一维，匹配点一定位于外极线附近， 提高了匹配的准确性，达到优化匹配点的效果。 相关双相匹配与极线约束优化，得到了一个较为精确的匹配点 集，保证了匹配的正确率。需指出的足此方法虽然有效，在对于 基本短阵的估计精度，和视差较大情况下的应用这两方面还需 5实验结果及分析 本文所采用的算法是在WINDOWS环境下使用Matlab 图像处理程序实现的f4一。 迸一步的研究。 参考文献 111D·Maravall,E_9。7“3nd。2-c。n‘‘ib“‘i。n‘。山。“4‘。“ing P70blem 4所示为小房子图像立体匹配c其中(8)(b)两幅图像分别为左右 ．。多要烹圣苎妻霎甍妻挈璺曼簪掣琶耋您竺会誊童。，皇：2n，。st。er汕eo．vi。siMon，。IBE，E。Ed，,2．0，0M0(6．L。u。AN一。。。。。p，∞。。h。。。。。。。，。。 ：m’ag。pro。eS5’i。g 原图叠加特征点(左、右图像以黄色“+”标记)和外极限(黄色寅。 1997,23(1)：45-78…． j】二。t。，。。tlonal 线)的图像。图4(8)中左图像共有特征点数88，右图像共有特征 点数83，匹配点对为39对，眶配JF确牢为95．77％1剖[I-。 l。。，n。l 。 o“f Comput。，visi。。 [31马颂德’张正友计算机视觉——计算理论与算法基础【M】．北京：科学 出版社．1998． 【4】胡小峰，赵辉．Visual C++／MATLAB图像处理与识别实用案例精选 lMI．北京：人民邮电出版社，2004 【51姚东，王爱民，冯峰，王朝阳．MATLAB命令大全[MI．北京：人民邮电 图4小房子图片进行特征提取 万方数据 70 

基于LSB信息隐藏算法的MATLAB实现 作者： 马静 作者单位： 刊名： 陕西国防工业职业技术学院电子系,陕西,西安,710300 广西轻工业 英文刊名： GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY 年，卷(期)： 2009，25(5) 0次 引用次数： 参考文献(2条) 1.Stefan Katzenbeisser 信息隐藏技术--隐写术与数字水印 2001 2.黄仿元 基于LSB的数字水印算法及MATLAB实现[期刊论文]-现代机械 2008(02) 相似文献(10条) 1.期刊论文 付兵.FU Bing 一种增加LSB信息隐藏量的方法 -长江大学学报A(自然科学版)2006,3(4) LSB(Least Significant Bits)算法是信息隐藏的基础方法之一.通过对人眼视觉感知效果的分析,对LSB算法进行改进,提出了一种具有更高信息隐藏 量的算法.该算法简单高效,信息隐藏率由12.5%提高到16.7%,且通过VC编程试验验证了该算法的优越性. 2.学位论文 朱韦韦 调色板图像LSB信息隐藏检测算法研究 2006 随着信息技术的发展和应用不断地深入，信息安全越来越被世界各国所重视。当前，信息安全朝着两大方向发展，一种是以现代密码学为核心的信 息安全技术，另一种是以信息隐藏为核心的信息安全技术。与现代密码学最大的区别在于，信息隐藏不仅隐藏了信息的内容，而且还隐藏了信息的存在 。 由于关系到社会安全，信息隐藏及相应的隐藏分析技术受到研究人员、信息安全管理部门、以致各国政府的高度重视。国家863计划"网上信息安全 综合分析与监控系统"课题着眼于通过技术手段和政府监管相结合，制定一套符合我国国情并与国际接轨的国家信息内容安全体系架构。本文属于这个课 题的子课题――信息隐藏检测系统，该系统的主要研究内容是如何对互联网上的图像信息进行监管、滤除隐藏秘密信息的图像信息的传播，确保网上图 像信息内容的安全。 本文立足于时空域信息隐藏的图像检测技术，提出了针对调色板图像LSB隐藏检测算法，并对此算法的性能与同类检测算法进行了比较研究。首先 ，将从信息隐藏技术的概念以及具体的信息隐藏算法谈起，阐述了信息隐藏技术的分类、信息隐藏技术的基本技术要求以及信息隐藏技术的发展。同时 阐述了信息隐藏算法的对立面信息隐藏分析方法。 随后，在此基础上，本文具体阐述了调色板图像LSB信息隐藏技术及其信息隐藏分析技术的具体算法。重点提出了本文针对调色板图像LSB信息隐藏 检测的可靠算法。该算法具体流程如下所述。首先，判断待处理的图像文件，确定是否满足GIF格式；根据GIF图像文件的格式，定位出图像数据在文件 中的位置，读入图像索引数据，并进行数据分组；然后基于该检测算法，构造相应的差别函数和置换函数 ，将图像数据分为三类，即常规组、奇异组、 丢弃组；接着，对图像数据进行置换操作，计算随机化前后常规组和奇异组数目的变化情况来判断是否进行了图像的信息隐藏。 接着，本文介绍了调色板图像信息隐藏检测的设计和具体实现。在对具体算法阐述和实验的基础上，与同类的检测算法在性能上进行了比较研究 ，实验表明检测正确率达到并超过了同类算法。 最后，对本文所作的工作进行了总结并对信息隐藏检测技术的发展进行了展望。 3.期刊论文 叶天语.YE Tian-yu 基于图像LSB的秘密信息隐藏技术 -计算机与现代化2005,""(11) 基于图像的信息隐藏技术有着广泛的应用,而最低有效位算法是其中有效的方法之一.本文首先对载体图像进行位平面分析,发现LSB位具有最好的隐 藏效果;然后分别实现了三个以二值图像和文本文件作为秘密信息的信息隐藏和提取实验.实验结果表明:基于图像LSB的秘密信息隐藏不仅具有算法简单 、透明性良好的特点,而且还具有隐藏信息容量大、无失真提取、对文本文件具有双重隐藏功能等优点. 4.期刊论文 徐凯平.郑洪源.丁秋林 一种基于LSB和PVD的图像信息隐藏方法研究 -计算机应用研究2010,27(3) 为了提高图像中秘密信息的嵌入量,提出并实现了一种基于最低有效位和像素值差异的图像信息隐藏方法.通过计算两个连续像素值的差异来判断图 像的一致区域和边界区域,在一致区域使用最低有效位方法,而在边界区域使用像素值差异方法.实验结果表明,结合这两种方法后信息的嵌入量是单纯使 用像素值差异方法的1.59～1.97倍,并且隐写图像具有大于38dB的峰值信噪比,保证了隐写图像的视觉质量. 5.期刊论文 王凤芹.张燕红.于静.王卫玲.WANG Fengqin.ZHANG Yanhong.YU Jing.WANG Weiling 一种基于图像 LSB的信息隐藏方案 -世界科技研究与发展2009,31(5) 首先介绍了一种基于LSB算法的信息隐藏方案,在该方案中信息嵌入到根据密钥随机选取的图像像素的最低k位,接收方无需原始图像就可将隐藏信息 提取出来;然后用MATLAB工具实现了方案,实验结果 表明该方案简单,容易实现,具有失真度小、隐藏量大、准确性高、良好的不可见性和安全性等特点. 6.学位论文 刘洪国 基于LSB的图像信息隐藏技术研究 2009 信息隐藏技术是信息安全领域的一个研究热点，其原理是利用载体中存在的冗余信息来隐藏秘密对象。它通过隐藏通信过程的存在来获得通信的安 全。基于LSB（Least Significant Bits）的图像信息隐藏技术是信息隐藏中的重要技术手段。它具有隐藏容量大，对原始载体变动小的优点，得到了广 泛应用。但信息隐藏技术也被许多不法分子用来传递不法信息，因此检测网络上传输的图像文件是否含有隐藏的信息对于维护网络的安全、维护国家信 息安全有着非常重要的意义。 在学习前人工作的基础上，对传统信息隐藏模型进行了完善和数学描述，得到了一个角色分工更为明确的信息隐藏模型；通过研究信息隐藏的评价 体系，在分析信息隐藏主客观评价方法的基础上，借鉴噪声可视函数的方法对隐藏系统进行评价，使评价体系更加客观、实用。 针对传统的LSB嵌入容易被检测的缺点，提出一种改进LSB信息隐藏的算法。该算法利用亚仿射变换的方法对图像进行预处理，并根据矩阵编码的原 理，改进LSB信息嵌入方式。实践证明，该算法在抵御常用检测工具的检测方面，性能优于普通的LSB算法。 作为隐藏技术的对抗性技术，本文在研究隐写分析技术方面，采用了基于图像局部稳定性的方法，该方法针对LSB主要嵌入图像最不重要位 （LSB）的特点，针对数字图像低位进行分析，结合常规方法进行分析，试验结果表明，该算法在嵌入率较低时，检测准确性明显高于传统检测方法。 7.期刊论文 孙文静.孙亚民.张学梅.SUN Wen-jing.SUN Ya-min.ZHANG Xue-mei 基于直接位平面替换的LSB信息隐 藏技术 -计算机科学2008,35(12) 针对经典LSB信息隐藏技术隐蔽性较低的情况,提出了基于直接位平面替换的LSB信息隐藏技术.实验表明,该算法隐蔽性强,信息嵌入量高,抗干扰性好 ,具有良好的应用前景. 

8.期刊论文 王智.周洪玉.周穆洁 基于LSB的工程图信息隐藏方法 -机械工程师2008,""(2) 在分析传统最低比特位(LSB)隐写方法的基础上,提出一种基于LSB隐写方法的工程图隐藏方法.该方法用Matlab7首先将工程图变成二进制比特流,然 后通过对比特流进行置乱,最后进行分割嵌入图像操作,实行信息隐藏.实验结果表明,该方法在隐藏性和健壮性方面取得了较好的效果,同时,信息隐藏容 量大幅度增加. 9.学位论文 陈铭 基于置乱变换与改进LSB嵌入的信息伪装算法研究 2005 信息隐藏技术是信息安全领域新兴的一个研究方向，在数字媒体的版权保护、多媒体的内容认证、拷贝控制、隐蔽通信等领域有着广泛的应用，信 息伪装和数字水印是信息隐藏技术的两个主要分支。信息伪装技术是一种使隐蔽信息在通信过程中，对于通信第三方是不可视的通信技术，目前已经出 现了很多的信息伪装算法，但与此同时，针对信息伪装的检测技术-隐写分析技术也随之出现并不断发展，而且还出现了很多可对现有隐藏方法进行可靠 检测的隐写分析算法，这对信息伪装技术的安全性提出了更高的要求，因此，抗隐写分析的信息伪装算法研究成为信息伪装技术的研究重点。 本文主要研究基于置乱变换和改进的LSB嵌入方案的信息伪装算法，主要内容有以下三个方面： 1.对传统的LSB嵌入算法提出了两种改进方案。通过分析传统LSB嵌入算法所造成的像素值对转换规律，以及两种针对LSB嵌入算法的隐写分析算法 (RS算法和SPA算法)，提出了两种改进的LSB嵌入方案、构造了改进方案的像素值转移概率模型。即如果像素值的LSB与消息比特相同，则不作改动，如果 不同则采用两种准则，使当前像素值根据八邻域内的像素自适应地加一或减一，从而使像素的LSB与消息一致。实验结果表明，这两种改进方案的数据嵌 入量、失真度以及对消息的提取均与传统的LSB嵌入方式一致，同时可以有效地抵抗RS算法和SPA算法的检测，并近似地保持了载体图象的直方图统计特 征。 2.对数字图象的置乱技术进行了研究。在对几种常用置乱变换，以及置乱变换的周期性和性能评价标准深入分析的基础上，指出载体图象置乱可以 用以提高信息伪装的安全性。本文采用Arnold变换实现了载体图象置乱。 3.构成了基于Arnold置乱变换与改进的LSB嵌入方案的信息伪装系统。在载体图象Arnold变换预处理的基础上，以两种改进的LSB嵌入方案嵌入消息 ，通过Arnold变换的周期对置乱恢复，得到载密图象。接收端对载密图象以与预处理相同的置乱次数进行置乱，提取置乱图象的LSB即可完成消息的提取 ，其中以置乱次数作为系统密钥来控制消息的嵌入和提取，进一步提高了信息伪装系统的安全性。 最后，对本文的工作进行了总结，并展望了信息伪装技术的进一步研究方向。 10.期刊论文 罗向阳.陆佩忠.刘粉林.LUO Xiang-Yang.LU Pei-Zhong.LIU Fen-Lin 一类可抵御SPA分析的动态补偿 LSB信息隐藏方法 -计算机学报2007,30(3) 针对常用的LSB信息隐藏,SPA(Sample Pair Analysis)分析方法能以很高的精度估计出图像中隐藏信息的比率.文章通过对隐藏信息后的图像进行动 态补偿,给出了一类可抵御SPA分析的LSB信息隐藏方法.该方法使得即使嵌入比率接近于100%,使用SPA方法分析仍将得到一个接近于0的低于判决门限的估 计值,从而做出错误的判决.同时,将动态补偿的相关参数作为密钥的一部分,进一步提高了隐藏系统的安全性.实验表明:该方法同时还能有效抵抗RS分析 及SPA和RS的多种改进方法的攻击. 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gxqgy200905038.aspx 下载时间：2010年6月13日