《网络信息安全》课程设计
学 院 计算机工程学院 班 级 网络 2013
姓 名 学 号
成 绩
指导老师 苏书宾，张敏，黄兴旺，谢书童
2022 年 12 月 28 日
《网络信息安全》课程设计评审表
学 号
姓 名
任 务
分工
前期调研，LSB 隐写
的实现与检测，实验
报告撰写。
专业班级
网络 2013
学 号
姓 名
任 务
分工
前期调研，图片水印
的实现，实验报告的
撰写
专业班级
网络 2013
选题
C 题：图像隐写与检测的设计实现
课
程
设
计
任
务
与
要
求
任务目标：
本选题需要学习经典的图像信息隐藏算法，包括基于空域的隐写算法和数字
水印算法。 接着你将使用某种编程语言实现这些算法，实现在图片中嵌入一
些信息，例如字符串和一些 文件。除此之外，还需要尝试一些基础的隐写检
测方法，用于分析图像是否被嵌入了隐藏信 息。最后，将这些算法封装成多
个模块，并设计一个友好的 GUI 界面，使用户能方便地进行使用。
任务要求：
1、学习信息隐藏的概念，掌握基本的图像隐写算法；
2、实现 LSB 隐写、DCT 隐写和 F5 隐写，其中 LSB 隐写必须实现，其
他两种隐写算法至少选择一个实现，学有余力可以实现其他更好的算法；
3、掌握并实现任意一种 LSB 隐写检测方法，例如基于值对现象的检测方法；
4、设计一个 GUI 界面集成这些功能，可以实现字符串或文件的隐写和读取；
5、还有时间的情况下，实现图片嵌入盲水印的功能。
课
程
设
计
完
成
情
况
特色
1，通过大量调研，学习掌握了信息隐藏的概念，掌握基本的图像隐写算法；
2，实现了基于 LSB 的隐写术，其他隐写算法实现了原理阐释；
3，设计出了两种 LSB 隐写检测方法：灰度图像值对法，二次随机隐写检测；
4，实现了图像对于水印的加注以及还原水印图像的演示开发
5，功能性模块的演示部分使用了 GUI 实现。
不足
对于隐写术的理解我们理解的不是很深刻，并且对于 Python 以及 Matlab 的开
发能力不足，只作教学演示，没有办法投入现实应用。
评
审
意
见
评审成绩
评审时间
2022 年 12 月 28 日
指导教师签名
苏书宾，张敏，黄兴旺，谢书童
目录
第一章 绪论...............................................................................................................................5
1.1. 选题背景.....................................................................................................................5
1.2 选题价值......................................................................................................................5
第二章 相关技术介绍...............................................................................................................5
2.1. 图像隐写术.................................................................................................................5
2.1.1. 图像格式..........................................................................................................5
2.1.2. 图像隐写术......................................................................................................6
2.1.3. 图像隐写的流程..............................................................................................6
2.1.4. 隐写术与加密的区别......................................................................................7
2.2. LSB 隐写算法介绍和分析 .........................................................................................7
2.2.1. LSB 算法概念 ..................................................................................................7
2.2.2. LSB 隐写的特点 ..............................................................................................7
2.2.3. LSB 隐写原理 ..................................................................................................7
2.2.4. 改进的 LSB 方法 ............................................................................................9
2.3. 其他隐写算法分析.....................................................................................................9
2.3.1. F5 隐写算法介绍和分析 .................................................................................9
2.3.2. 矩阵编码........................................................................................................10
2.3.2. OutGuess 隐写算法介绍和分析....................................................................10
第三章 系统/整体设计 ...........................................................................................................10
3.1. LSB 隐写算法流程 ...................................................................................................10
3.2. LSB 隐写算法实现 ...................................................................................................11
3.2.1. 界面设计........................................................................................................11
3.2.2. LSB 算法设计 ................................................................................................12
3.3. LSB 隐写的检测设计 ...............................................................................................12
3.3.1. 构造二次隐写的分析函数............................................................................12
3.3.2. 构造值对直方图检测....................................................................................14
第四章 实验步骤与常见问题.................................................................................................15
4.1. 实现 LSB 隐写的效果 .............................................................................................15
4.2. LSB 隐写检测测试 ...................................................................................................16
4.2.1. 使用二次隐写检测隐写................................................................................16
4.2.2. 使用值对直方图检测隐写............................................................................16
第五章 知识拓展-matlab 图像水印 .......................................................................................17
5.1. 图像处理基础...........................................................................................................17
5.2. LSB 数字隐写算法 ...................................................................................................20
5.3. LSB 数字隐写算法 ...................................................................................................21
5.4. 数字隐写和提取过程...............................................................................................23
5.5. 小结...........................................................................................................................26
第六章 实验总结与收获.........................................................................................................27
参考文献...................................................................................................................................27
附录...........................................................................................................................................27
第一章 绪论
1.1. 选题背景
随着互联网的急速发展，人们在通过网络进行数字信息传送和共享的同时，也存在
很多安全隐患，如信息的破坏、纂改、丢失等问题也引起各方的重视。
隐写术是信息安全领域的一个重要分支，该技术通常以图像、文本、视频等数字产
品为载体，根据载体的特征将秘密信息嵌入到载体中，达到秘密传递信息的目的，有效
地保障了秘密信息安全性。
信息隐藏技术是信息安全领域的一个研究热点,该技术通常以文本、图像、视频等作
为载体，利用载体中存在的冗余信息来隐藏秘密信息
[1]
。LSB（Least Significant Bits）算
法主要应用于将秘密信息嵌入到载体图像像素值的最低有效位（也称最不显著位），改
变这一位置对载体图像的品质影响
[2]
。LSB 算法以其隐藏容量大，隐蔽性好，对载体改
动较小，易于实现的特点，通过将秘密隐藏在图像中，在不被第三方检测出的情况下进
行传送，更具有安全性。
1.2 选题价值
随着网络和多媒体的迅速发展，人们可以快速的利用网络进行信息的传送，资源的
共享,与此同时，网络的开放性也导致安全隐患的产生，信息的破坏、篡改、丢失以及其
他问题日益严重引起了各方的重视。为了保证信息的安全传输，信息隐藏技术得到了国
内外各领域广泛的研究和有效地应用，各国的军事、政治、经济等重要部门的机密敏感
信息都在采用隐写技术来确保其安全传输[5]。图像隐藏具有更加明显的实用价值和学术
研究意义。将秘密信息隐藏在普通图像中，通过普通的图像发送将秘密信息传递出去，
从而具有更大的隐蔽性和安全性，更容易逃过拦截者的破解。因此，信息隐写研究为隐
蔽通信提供了理论依据和有效处理方法。
第二章 相关技术介绍
本课设用到的重要概念、原理等介绍
2.1. 图像隐写术
2.1.1. 图像格式
随着移动智能终端的快速普及，多媒体数字图像的传播和交换越来越便捷。隐写术
作为信息安全技术的重要分支，已经在桌面 PC 时代经历十余年的发展，得到广泛应用。
如何在移动智能终端上保证数字图像安全通信，成为当前研究热点之一[3]。
图像隐写术是一门关于信息隐藏的技巧与科学，所谓信息隐藏指的是不让除预期的
接收者之外的任何人知晓信息传递事件或者信息的内容。常见图像一般有 JPG、PNG、
BMP 三种格式。
JPG 是应用最广泛的图像格式之一，它采用一种特殊的有损压缩算法，将不易被人
们察觉的颜色删除，从而达到较高的压缩比，但这样会导致画质缺失。PNG 与 JPG 格
式类似，压缩比高于 GIF,支持图像透明，画质中等。BMP 相对于 JPG 和 PNG 最大的好
处就是结构简单，能被大多数软件“接受”，可称为通用格式，且其不采用任何压缩，
无损，颜色准确，有 2 色、16 色、256 色、真彩色各种选择，图质最好。所以，本文在
进行信息隐写时采用 BMP 格式数字图像。
PNG（可移植的网络图形格式）适合于任何类型，任何颜色深度的图片。也可以用
PNG 来保存带调色板的图片。该格式使用无损压缩来减少图片的大小，同时保留图片中
的透明区域，所以文件也略大。尽管该格式适用于所有的图片，但有的 Web 浏览器并
不支持它。
BMP（Window 标准位图）是最普遍的点阵图格式之一，也是 Window 系统下的标
准格式，是将 Window 下显示的点阵图以无损形式保存的文件，其优点是不会降低图片
的质量，但文件大小比较大。
2.1.2. 图像隐写术
图像隐写术是关于信息隐藏，即不让计划的接收者之外的任何人知道信息的传递事
件（而不只是信息的内容）的一门技巧与科学。它是用户将特定的信息隐藏在载体中，
在信息传输中，监控者虽然知道用户有信息在传输信道中传输，但是无法察觉载体中隐
藏特定的信息。但是，它又和图像加解密技术不同，图像加解密技术是用户利用数学或
物理手段，对电子信息在传输过程中和载体中进行保护，以防止特定信息泄露的技术。
2.1.3. 图像隐写的流程
如图 2.1.2 所示的为图像隐写的流程。
图 2.1.2 图像隐写的流程
如图 2.1.2 描述，图像隐写实现的具体步骤如下：
1，首先用户将特定的信息通过图像隐写算法嵌入图像载体中，并对隐私载体进行传输；
2，然后监控者在传输信道中拦截隐私载体，发现用户传输的信息并非重要文件，继续
让其在传输信道中传输，直至传输到接收者；
