3D网格隐写与隐写分析回顾与展望

在计算机图形学中,3D形状可有多种表示形式,包括网格、体素、多视角图像、点云、参数曲面和隐式曲面等。3D网格是常见的表示形式之一,其构成3D物体的顶点、边缘和面的集合,通常用于表示数字3D物体的曲面和容积特性。在过去的20年中,基于3D网格载体的虚拟现实、实时仿真和交叉3维设计已经在工业,医疗和娱乐等场景得到广泛应用,以3D网格为载体的水印技术、隐写和隐写分析技术也受到研究者的关注。相比于图像与音视频等载体的隐写,3D网格具备嵌入方式灵活与载体形式多变等其自身的优势。本文回顾了3D网格隐写和隐写分析的发展,并对现有研究工作进行了系统的总结和分类。根据嵌入方式和嵌入位置将隐写算法分成4类：两态调制隐写、最低位隐写、置换隐写和变换域隐写;根据特征提取角度将隐写分析算法分为2类：通用型隐写分析和专用型隐写分析。随后,介绍了每个类别的技术,综合安全性、鲁棒性、容量以及运算效率分析了各类算法的优劣性,总结当前的发展水平,并提供了不同嵌入率下两种数据集上隐写分析算法之间的性能比较。最后讨论了3D隐写和隐写分析现有技术的局限性,并探讨了潜在的研究方向,旨在为后续学者进一步推动3D隐写和隐写分析技术提供指导。     

基于合成语音的计算安全隐写方法

计算安全的隐写理论很早就被提出,但一直不能用于主流的以多媒体数据为载体的隐写术。原因在于计算安全隐写的前提是可以获得载体的精确分布或可以按照载体分布精确采样,而自然采集的图像、音/视频无法满足这个前提条件。近几年,随着深度学习的发展,多媒体生成技术逐渐成熟且在互联网上的应用越来越普遍,生成媒体成为合理的隐写载体,隐写者可以用正常的生成媒体掩盖秘密通信,即在媒体生成过程中隐写信息,并与正常的生成媒体不可区分。一些生成模型学到的分布是可知或可控的,这将为计算安全隐写推向实用提供契机。以当前广泛应用的合成语音模型为例,设计并实现了计算安全的对称密钥隐写算法,即在音频生成过程中,根据样本点的条件概率,按算术编码的译码过程将消息解压缩到合成音频中,消息接收方拥有相同的生成模型,通过复现音频合成过程完成消息提取。在该算法的基础上进一步设计了公钥隐写算法,为实现包括隐蔽密钥交换在内的全流程隐蔽通信提供了算法支撑,在保证隐写内容安全的同时,还可以实现隐写行为安全。理论分析显示,所提隐写算法的安全性由嵌入消息的随机性决定,隐写分析实验进一步验证了当前技术下攻击者无法区分合成的载体音频与载密音频。     

多媒体隐写研究进展

大数据分析可以跳过数据内容而仅从数据背景挖掘情报,传统的加密通信已经难以满足安全通信的需求。隐写技术是将秘密消息嵌入各种载体(如数字图像、音频、视频或文本)中实现隐蔽通信的技术,是应对大数据情报获取的有效手段,是密码技术的必要补充。人工智能,尤其是深度学习,在计算机视觉、语音和自然语言处理等领域的巨大成功,给隐写术带来了新机遇,提出了新挑战,促使基于图像、音/视频和文本的隐写术出现了一系列新思想、新方法。本文介绍隐写术的概念、分类、主要作用和研究意义,概述隐写术的发展历史、研究近况和应用场景。注意到各类载体上的隐写术虽然有差别,但是其核心追求有共通之处,可以提炼成通用的隐写编码问题。所以本文首先介绍隐写编码的基本思想与关键技术,然后针对最重要和流行的载体、图像、视频、音频和文本,分别介绍隐写术的进展。总体而言,本文从隐写编码、图像隐写、视频隐写、音频隐写和文本隐写5个方面概述隐写术的国际/国内发展现状,总结差异,对比优势和劣势,并分析发展趋势。     

图像非加性隐写综述

图像非加性隐写不仅能更好地维持图像元素的分布,而且具有较高的抗检测性能.首先对图像非加性隐写方法进行了梳理,将其分为两大类:非加性失真设计和非加性隐写编码设计.进一步将非加性失真设计总结为3类:基于理论模型、基于修改原则和基于对抗检测的方法,对这些方法进行了对比.最后分析了非加性隐写面临的困难问题和未来的发展思路.     

面向可逆图像处理网络的可证安全自然隐写

目的 自然隐写是一种基于载体源转换的图像隐写方法,基本思想是使隐写后的图像具有另一种载体的特征,从而增强隐写安全性。但现有的自然隐写方法局限于对图像ISO(International Standardization Organization)感光度进行载体源转换,不仅复杂度高,而且无法达到可证安全性。为了提高安全性,本文结合基于标准化流的可逆图像处理模型,在隐空间完成载体源转换,同时通过消息映射的设计做到了可证安全的自然隐写。方法 利用目前发展迅速的基于可逆网络的图像处理方法将图像可逆地映射到隐空间,通过替换使用的隐变量完成载体源的转换,从而避免对原始图像复杂的建模。同时,改进了基于拒绝采样的消息映射方法,简单地从均匀分布中采样以获得需要的条件分布,高效地将消息嵌入到隐变量中,并且保证了嵌入消息后的分布与原本使用的分布一致,从而实现了可证安全的自然隐写。结果 针对图像质量、隐写容量、消息提取准确率、隐写安全性和运行时间进行了实验验证,结果表明在使用可逆缩放网络和可逆去噪网络时能够在每个像素值上平均嵌入5.625 bit消息,且具有接近99%的提取准确率,同时隐写分析网络SRNet(st...     

引入超分辨率下采样误差的图像边信息估计隐写

目的由于空域图像下采样过程中提供的量化误差边信息能够有效提升隐写安全性,为了得到下采样之前的高分辨率图像,提出一种基于超分辨率网络的空域图像边信息估计隐写方法。方法受原始下采样边信息隐写方法的启发,使用超分辨率网络生成被称为预载体的高分辨率图像。同时利用现有的空域图像对称失真算法得到每个像素点的修改失真,然后以浮点型精度对预载体下采样,得到和载体同分辨率的图像形式,利用对应像素点间的差值指导像素点的修改方向,实现基于初始失真的非对称失真调整。首先以峰值信噪比和极性估计准确率为指标对比了多种超分辨率网络以及基于传统插值方法的上采样性能,并通过调整初始失真分别进行隐写和隐写分析实验,选择使安全性提升最大的残差通道注意力机制网络及其对应调整系数作为本文的下采样边信息估计隐写方法。结果使用隐写领域中常用的3个数据库、两种传统初始失真函数以及两类隐写分析方法进行实验。在跨数据集的隐写安全性上,相比传统隐写方法,在对抗基于手工特征和基于深度学习的隐写分析时,本文方法的安全性均有显著提升,如在测试集载体图像上,嵌入率为0.5 bit/像素时,安全性分别提升6.67%和6.9%;在训练集载体图像上,本...     

利用跨模态信息检索的鲁棒隐蔽通信

目的 隐蔽通信是信息安全领域的一个重要研究方向,现有基于多媒体数据流构建隐蔽信道的方法,未考虑网络传输时波动产生的数据包丢失问题。本文提出一种基于跨数据模态信息检索技术的对网络异常具有鲁棒性的隐蔽通信方法,同时可以满足高隐蔽性和高安全性的要求。方法 提出了一个名为RoCC(robust covert communication)的通用隐蔽通信框架,它基于跨模态信息检索和可证明安全的隐写技术。所提方法将直接通信和间接通信两种形式相结合。直接通信通过VoIP(voice over internet protocol)网络通话服务进行,传递实时生成的音频流数据,接收方可以通过语音识别将其还原为文本;而间接通信则借助公共网络数据库进行载密数据的传输,接收方通过文本语义相似度匹配的方式来还原完整语义的载密文本数据,这有助于解决网络数据包丢失和语音识别误差导致的文本语义丢失的问题。结果 经实验测试,本文方法在协议上具有更好的通用性,相对Saenger方法在丢包率抵抗能力方面提高了5%,所用隐写算法满足可证安全性。同时,RoCC的数据传输率有73~136 bps(bit per second),能够满足实时通信需要。结论 RoCC隐蔽通信框架综合可证明安全隐写、生成式机器学习方法和跨模态检索方法的优势,与现有的方法比较,具有更加隐蔽和安全的优势,并且是当前对数据传输丢包异常最鲁棒的模型。