应用科学学报

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2016, 34(5): 0-0.

摘要 ( 447 )

PDF (397KB) ( 290 )

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信息隐藏研究展望

张新鹏, 钱振兴, 李晟

2016, 34(5): 475-489. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2016.05.001

摘要 ( 1718 )

PDF (12113KB) ( 939 )

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网络信息有3类，分别用于描述客观世界、记录人类行为、描述虚拟世界。现有信息隐藏技术大多以第1类信息为载体，以轻微修改载体数据的方式进行隐蔽通信，并保证感知逼真与统计逼真。该文在总结载体修改式信息隐藏的基础上，重点探讨以后两类信息为伪装的非载体修改式的新型信息隐藏方法，介绍了适合于特定载体类型的半构造式信息隐藏、完全构造式信息隐藏及行为信息隐藏的基本形式与代表性方法。信息隐藏的形态在新的网络环境下将不断发展变化，各种信息媒介均可作为秘密信息的伪装，因此努力开展新型信息隐藏研究将大大有助于占据新时期信息战的主动地位。

基于块分类编码的电子发票图像自恢复水印算法

魏巍, 和红杰, 陈帆

2016, 34(5): 490-502. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2016.05.002

摘要 ( 992 )

PDF (19965KB) ( 318 )

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兼顾水印容量以及篡改图像的恢复效果，提出一种基于块分类编码的电子发票图像自恢复水印算法。根据电子发票的特性将图像块分为重要块、印章块、格式块和空白块4类。对图像块类型和非空白块二值化信息分别利用RS（1，3）和RS（2，3）进行编码生成恢复水印。根据恢复水印信息的大小，基于密钥将生成的恢复水印随机、依次嵌入印章块、格式块和空白块中。为尽可能降低水印容量，无需添加认证水印数据，利用类型码和非空白块恢复水印，同时完成对图像的篡改检测以及篡改恢复。与现有的用于自然图像的自恢复水印算法相比，在相同水印容量下能得到较好的恢复效果；对于同样的恢复效果，水印容量较小。在一般篡改和拼贴攻击下具有较好的认证和恢复能力。

基于网格细分和边界自适应的三维模型可见水印

安新辰, 倪蓉蓉, 赵耀

2016, 34(5): 503-514. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2016.05.003

摘要 ( 910 )

PDF (20794KB) ( 1090 )

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数字水印技术可以有效保护数字产品的版权，而可见水印以水印信息为观察者所见，达到标识版权、保护数据的目的。对三维网格模型的不可见水印已有了广泛研究，但对可见水印的研究甚少。为此，提出一种建立在三维网格模型上的边界自适应可见水印算法。该算法使用Windows系统下的TTF字符库，直接输入需要嵌入的水印信息，包括汉字、英文字符、数字，通过将三维网格模型的平滑区域投影至二维平面进行预细分，以实现可见水印的嵌入。实验表明，该方法可在三维网格模型上较好地显示出汉字、英文字符及数字，边界平滑且具有鲁棒性，起到了用可见水印标识版权的作用。

利用自适应像素对匹配的图像纹理区隐写

刘烁炜, 胡永健, 刘琲贝, 化晓茜

2016, 34(5): 515-526. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2016.05.004

摘要 ( 958 )

PDF (9700KB) ( 584 )

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图像纹理区结构随机性较强，因此在纹理丰富区域嵌入隐蔽信息比在平坦区域嵌入的安全性更高。提出一种基于自适应像素对匹配法（adaptive pixel pairmatching，APPM）的纹理区隐写算法，优先在复杂纹理区嵌入密信。定义了图像纹理区域判别准则，由此根据待嵌入秘密信息的长度调整阈值，实现自适应隐写。在嵌入过程中可能出现嵌密块纹理复杂度小于阈值的异常情况，为解决这一问题，算法包含了基于最小失真的像素值局部调整策略。实验结果表明，该算法的嵌入效率高于原始APPM算法，而且KL距离较小，抵抗几种常用隐写分析算法的能力也比其他几种代表性算法LSB和APPM更强。

基于图像Bag-of-Words模型的无载体信息隐藏

周志立, 曹燚, 孙星明

2016, 34(5): 527-536. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2016.05.005

摘要 ( 2126 )

PDF (10744KB) ( 755 )

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介绍一种基于bag-of-words（BOW）模型的无载体信息隐藏方法。该方法使用BOW模型提取图像的视觉关键词（visual words，VW）以表达待隐藏的文本信息，从而实现文本信息在图像中的隐藏。首先使用BOW模型提取图像集中每幅图像的VW，构建文本信息的关键词和VW的映射关系库；然后把每幅图像分为若干子图像，统计每一幅子图像的VW频数直方图，选择频数最高的VW表示该子图像；最后根据构建的文本关键词和子图像VW的映射关系库，搜索出与待隐藏文本信息存在映射关系的子图像序列，将含有这些子图像的图像作为含密图像进行传递。实验结果和分析表明，该隐藏算法在抗隐写分析、鲁棒性和安全性方面均有良好的表现。

一种基于遗传算法和BP网络的鲁棒图像哈希方法

蒋翠玲, 林家骏

2016, 34(5): 537-546. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2016.05.006

摘要 ( 1087 )

PDF (10497KB) ( 246 )

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提出一种用于图像内容认证的基于遗传算法和BP网络（GA-BP）的鲁棒图像哈希方法。运用提升小波变换（lifting wavelet transform，LWT）得到图像的低频分量，对低频分量进行离散傅里叶变换（discrete Fourier transform，DFT）提取幅度和相位信息以建立图像的特征矩阵，利用构建的GA-BP模型，生成鲁棒的图像哈希序列并用于图像内容的篡改认证。实验结果表明，相比于同类方法，所提出的图像哈希认证方法对随机攻击、旋转、JPEG压缩，加性高斯噪声等具有较好的鲁棒性和区分性。

物联网环境下Feistel结构分组密码的差分故障分析

张博亮, 钟卫东, 杨晓元

2016, 34(5): 547-554. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2016.05.007

摘要 ( 1100 )

PDF (1742KB) ( 513 )

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轻量级分组密码作为物联网环境下RFID标签及智能卡等设备通信安全的重要保证，其安全性十分重要。为此，分析了Feistel结构轻量级分组密码故障传播规律，并提出了一种深度差分故障分析方法。该方法基于半字节故障攻击原理，对按照Feistel结构设计的轻量级分组密码可根据故障密文与正确密文的差分分析得到相应密钥信息。对具体的密码算法建立3种不同的攻击模型：单轮半字节故障注入模型、多轮半字节故障注入模型、多轮两个半字节故障注入模型，分别进行差分故障攻击得到该密码算法受差分故障攻击的威胁程度。给出了Feistel结构密码算法LBlock的实验结果。

基于高维特征正则化的JPEG图像隐写分析

孙物一, 冯国瑞

2016, 34(5): 555-563. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2016.05.008

摘要 ( 797 )

PDF (6122KB) ( 450 )

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隐写分析是信息安全的重要内容。为提高JPEG图像隐写的检测能力，建立了散度矩阵的特征谱，提出了一种对载体和含密图像的训练特征进行变换的新方法。首先根据特征谱的分布规律进行建模，划分为3个区域：特征值下降区、平稳区、特征值为零的区域，然后通过白化处理得到白化特征向量，进而对处于3个不同区域的特征向量使用自适应正则化方法。经这几步处理得到特征转移矩阵，也就是输入特征的变换矩阵，最后取变换后特征的前t个向量完成特征选择。并将这些特征数据Fisher线性判决（Fisher linear discriminant，FLD）集成分类器进行训练。结果表明，通过对图像特征进行排序、正则化和选择，FLD集成分类器对JPEG图像隐写的识别准确率得到了提升。

基于阴影检测模型的图像拼接盲取证

杨滨, 陈先意, 胡伟峰

2016, 34(5): 564-574. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2016.05.009

摘要 ( 901 )

PDF (18435KB) ( 202 )

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拼接篡改是最常见的篡改手段之一。在拼接带有阴影的图像时，篡改者为了掩饰篡改痕迹往往会伪造拼接物的阴影。提出一种基于阴影模型的拼接图像盲取证方法。分析各种经典的阴影模型，在此基础上建立一种适用于拼接篡改取证的阴影模型。使用图像区域增长算法实现对图像阴影的自动提取和定位，并采用能量最小化方法和干扰点去除技术得到鲁棒的阴影比例因子，利用阴影比例因子的不一致性对拼接篡改图像进行盲取证。实验结果表明，该拼接取证方法对于带阴影的拼接篡改图像有较高的检测准确率，能应对各种伪造阴影手段。

一种基于嵌入列扩展的±1改进乘积隐写码

张凌宇, 赵险峰

2016, 34(5): 575-584. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2016.05.010

摘要 ( 797 )

PDF (5940KB) ( 474 )

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现有的乘积码技术是基于特定奇偶校验矩阵H生成（n，k）线性分组码的，对2^r1-1×2^r2-1汉明码阵的1~2^r1-1行及1~2^r2-1列逐行逐列嵌入密文比特。乘积码是一种利用短码构造长码的并行级联分组码，译码采用相对简单的迭代译码技术。提出一种基于嵌入列扩展的±1改进乘积隐写码（plus-minus one modified product steganographic coding，±1MPSC）。与原有的完美乘积码（product perfect code，PPC）相比，增加了2^r2-1-1个嵌入列。此外，还提出一种新的嵌入技术，利用最低有效位及次低有效位建立异或数据链以降低反转次数，提高嵌入效率。理论分析与实验结果表明，该方法的嵌入率比原有的PPC算法提升近1.33倍，D-E曲线总体性能提升接近2%。

基于汉明纠错机制的抗帧操作的视频水印

任少盈, 袁世杰, 高鹏, 陆剑锋, 张善卿, 李黎

2016, 34(5): 585-597. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2016.05.011

摘要 ( 928 )

PDF (10567KB) ( 273 )

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提出一种基于（7，4）汉明码纠错机制的抗视频帧操作的帧定位算法，可通过识别含水印帧来提取受到帧操作攻击的水印信息。首先利用改进的简单线性迭代聚类（simple lineariterative clustering，SLIC）超像素分割算法提取视频帧的固有特征X，这里X是一串7位的0-1序列，是由SLIC超像素分割算法通过预处理、量化等运算得到的聚类中心。将视频帧的固有特征X与汉明码结合形成一个特殊的编码S。以编码S为定位码，利用（7，4）汉明码的纠错机制修改1位可隐藏3位的性能来实现定位码的标识，再基于DCT-SVD（discrete cosinetransformation-singular value decomposition）分解将水印信息嵌入到含定位标识的视频中。实验结果表明，该算法不仅能抵抗帧删除、帧添加和重编码等攻击，也能抵抗常见的信号处理操作。

针对自适应隐写的通用隐写分析研究

刘格, 黄方军, 李中华

2016, 34(5): 598-604. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2016.05.012

摘要 ( 928 )

PDF (2500KB) ( 855 )

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数字图像是隐写领域使用最多的载体之一。在实际应用中，待检测图像经何种隐写算法被嵌入秘密信息往往是未知的，因此可检测未知隐写算法的通用分析方法非常重要。为此，针对数字图像自适应隐写术提出一种新的通用隐写分析方法，在综合考虑不同自适应隐写术对载体图像统计特性影响的基础上提取特征，通过学习得到可对未知隐写术进行准确检测的隐写分析工具。实验表明，利用该方法对未知隐写算法进行检测可达到相当高的准确率。

改进的PVO-k可逆信息隐藏算法

闫兵, 柏森, 阳溢, 季晓勇

2016, 34(5): 605-615. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2016.05.013

摘要 ( 1078 )

PDF (4351KB) ( 412 )

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近年来，一些学者结合像素值排序（pixel-value-ordering，PVO）提出了一系列可逆信息隐藏算法和改进算法。为此，针对其中PVO-k算法存在的缺陷进行改进，提出了改进的PVO-k可逆信息隐藏算法。改进后的嵌入规则使算法更适应平滑像素块的信息嵌入，改进的像素块选择策略也保证了载体图像的高保真度。实例分析和实验验证表明，该算法在隐藏容量和保真度方面都有提高，特别是对较平滑图像优越性较为明显。

基于韦伯二值感知特征的指纹活性检测

吕锐, 夏志华, 陈先意, 孙星明

2016, 34(5): 616-624. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2016.05.014

摘要 ( 836 )

PDF (2526KB) ( 443 )

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基于韦伯二值感知特征的局部描述符，提出一种指纹活性检测方法。该方法包含两部分：根据韦伯定理提取视觉感知特征的局部二值差分激励，以及从中心对称像素对提取梯度方向特征的局部二值梯度方向。在2011年和2013年指纹活性检测竞赛的数据库上，使用支持向量机分类器对提取的特征向量进行训练和测试，实验结果表明了该方法进行指纹活性检测的有效性。

基于构造纹理图像的数字隐写

潘琳, 钱振兴, 张新鹏

2016, 34(5): 625-632. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2016.05.015

摘要 ( 786 )

PDF (10606KB) ( 445 )

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提出一种通过构造纹理图像来隐藏信息的新型隐写方法。隐写者首先构建一个包含多种不同特征的单元库，用来表征二进制数据与图形单元之间的映射关系；根据秘密信息从单元库中选取图形，并确定图形在白纸上的摆放位置，绘制一幅含有隐写单元的图像；随后在其中添加背景元素，并通过可逆形变操作来生成一幅具有复杂纹理结构的含密图像。接收端在提取信息时，根据密钥对含密图像进行逆操作，去除背景图形后使用匹配滤波器识别源图像中的图形，通过分析其摆放位置和图形特征来提取秘密数据。实验结果表明，该方法生成的含密图像具有良好的视觉效果，使秘密数据得到了很好的隐蔽，而且通过调整参数还可以隐藏任意数量的秘密信息。

非因果预测和直方图平移下的可逆音频数字水印

项世军, 陈肇龙

2016, 34(5): 633-650. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2016.05.016

摘要 ( 914 )

PDF (10505KB) ( 948 )

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预测算法在可逆水印隐藏中扮演重要角色。预测算法越好，得到的预测值就越精确，嵌入水印后的失真度就越低。为此，提出一种新的非因果音频预测算法。在预测之前，利用每相邻3个样本点之间的相关性计算出一个预测系数，再将这些预测系数进行统计平均得到最佳预测系数。根据每相邻3个样本点间的数值关系计算预测值和非整数预测误差。最后利用直方图平移技术嵌入水印信息。该算法利用了相邻3个样本点间的相关性，而且集合了非因果预测的优异性和音频信号本身的固有特性。测试了6个标准的音频文件，对比了已有同类可逆音频水印算法，该算法在预测性能和嵌入失真方面都更有优势。

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