數字媒體技術背后隱藏的“秘密”

數字隱寫技術

文章目錄
#01 |?你有沒有這樣的發(fā)現

#02 |?什么是數字隱寫

#03 |?數字隱寫的起源與發(fā)展

#04 |?數字隱寫最常見的方法

#05 |?數字隱寫的社會應用

不知道你是否留意過，在微博或者QQ空間等社交媒體平臺上，常常會出現縮略圖和大圖不一致的情況，想要實現這樣的效果，通常需要利用到PNG格式或者GIF格式圖片的文件特性，前者包含圖片的透明信息，后者則能夠播放多幀圖片，因此實現了一些神奇的效果，能夠讓圖片隱藏一些“彩蛋”或者“秘密”。

隨著現代數字媒體技術的不斷發(fā)展，一項更加新奇的技術越來越多地被運用在我們日常生活的方方面面——數字隱寫。

數字隱寫（Digital Steganography）是利用各類數字媒體本身所具有的數據冗余，以及人類感知器官的生理、心理特性，將秘密消息以一定的編碼或加密方式嵌入到公開的數字媒體中，對載有秘密消息的數字媒體進行傳輸，以達到隱蔽通信目的的信息隱藏技術。我們每天所接受的圖片與視頻，便是數字隱寫的最主要載體。

數字隱寫的起源要回到“隱寫”這一本質上。隱寫技術最早可以追溯到古希臘希羅多德時代，彼時奴隸主在奴隸剃光的頭皮上使用紋身記錄信息，當頭發(fā)再生之后便能夠隱藏內容，亦或是在木頭上雕刻并使用蠟進行覆蓋。時間到了現代，隨著科技網絡的愈發(fā)發(fā)達，人類社會在網絡中對于多媒體的信息隱藏有了更大的需求，新的研究領域——數字隱寫應運而生，并逐漸受到各國科研人員以及研究機構的高度重視。國際上召開過幾屆信息隱藏學術會義，一些國家成立了專門的部門進行這一領域的探索。在國內，中國科學院自動化所、清華大學、北京大學、北京郵電大學網絡安全中心等都與國際同步正在進行許多高水平的研究。

最低有效位，英文全稱是：the Least Significant bit，縮寫為：LSB，是指一個二進制數字中的第0位（即最低位）。我們都知道，一張圖片的單個像素顏色值通過三個數字表示，將這些數字轉換二進制后對每個數值的最低有效位進行修改，最后將圖片中所有像素顏色的最低有效位組合在一起便能合成一段信息（如文本或水印），由于人類的視覺容錯，這些修改幾乎不會被察覺，因此既不會對畫面產生較大影響、也達到了儲存附加信息的目的。

通俗來講就是每張圖片實際還有不太容易看見甚至看不見的冗余部分，只需要對這部分進行修改，我們就可以把圖片重要信息真正隱藏，需要時再解碼提取即可，通過此方案以大大增加圖片的安全性。例如如下兩張圖片，二者看起來別無二致，但實際上后者已經通過隱寫添加了文字，提取后效果如圖3。

類似的方法同樣被應用到了視頻當中，我們同樣可以對視頻的冗余信息進行改寫、藏住秘密。H.264格式視頻流中的幀一般分為3類，即I幀，P幀，B幀，這三類幀分別用不同的策略來壓縮一張圖片，從而降低視頻大小，I幀主要挖掘單個畫面中的像素點的相關性，P幀挖掘當前畫面與前一個畫面之間的相關性，B幀挖掘當前畫面與前后兩個畫面之間的相關性。對H.264/AVC視頻隱寫來說，B幀和P幀是經過幀間預測后得到的壓縮視頻幀，其冗余空間很小，因此大多嵌入算法選取在冗余空間較大的I幀內進行嵌入，這也就是常見的基于幀內預測的視頻信息隱寫。

雖然數字隱寫這一技術對于大眾來說仍有些陌生，但實際上其已經深入到我們生活的方方面面。目標識別、版權保護與泄露追溯等一系列事件，都有數字隱寫的身影。為什么我們能夠在淘寶中使用相機識別照片中的商品并找到對應的商品鏈接？這便是阿里團隊結合人工智能算法與數字隱寫的訓練結果；為什么電影公司能夠通過泄露的槍版電影追溯到盜攝者？這同樣是通過數字隱寫將電子水印嵌入到了電影畫面中；為什么公司的文檔在被盜用后能夠更加快速地查明案件真相？因為數字隱寫技術已經將電子水印嵌入了文件當中……

除了商業(yè)行為層面的技術利用，我們作為個人用戶也可以對自己的數字作品進行隱寫加密，只需要使用Matlab軟件運行對應的代碼、甚至是一鍵式生成水印軟件，即可將我們的媒體文件進行隱形水印鑲嵌、進而保護我們個人的隱私與版權。B站up主柴知道的這一期節(jié)目，更加系統(tǒng)與詳細地介紹了數字隱寫在我們當今社會的用途。

【柴知道×阿里】這幀截圖里隱藏了多少信息？視頻數字水印如何改變你的生活？

時至今日，數字隱寫技術仍在飛速發(fā)展著，不僅在容錯率、精準度上會進一步提升，其所涉及的領域也定將不斷擴大。雖然數字隱寫目前大多在商業(yè)領域發(fā)揮作用，但隨著技術的日漸成熟、成本的日漸降低，其也必定會面向更加廣泛的大眾群體，使我們每一個人都能利用這項技術，準備一些意外的驚喜，亦或是保護我們合法的權益。相信伴隨著數字隱寫一同到來的，還有更加透明、更加安全的網絡社會。
看到這里，不知道你是否有了這樣的思考：在數字媒體藝術領域里，如何利用數字隱寫技術創(chuàng)造出更多富有創(chuàng)意與科技屬性的作品？

如果你也想嘗試像文中那樣對圖片進行隱寫，后臺回復“數字隱寫”即可獲取軟件。

今年深美，明年研一

深根固柢，美益求美