目錄

前言

一. 語音頻隱寫分析

二. 修改量化步長

（1）普通的MP3Stego算法

（2）改進(jìn)后的MP3Stego算法

三. MP3Stego算法分析

3.1 塊長度part2_3_length的方法統(tǒng)計量

3.2 量化步長差分的方法統(tǒng)計量

3.3 邊信息中main_data_begin值的均值統(tǒng)計量

2.4 大值區(qū)系數(shù)的方法統(tǒng)計

總結(jié)

系列文章

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前言

從信號處理的角度來看，隱寫思想的本質(zhì)就是將載密的噪聲信號疊加到載體信號上，并且使得處理后的載體信號仍然保持感知透明性和統(tǒng)計不可檢測性。音頻隱寫技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了五個階段：樸素的語音頻隱寫、編碼內(nèi)聯(lián)的語音頻隱寫、自適應(yīng)的語音頻隱寫和語音頻隱寫的新方向。如下圖：

樸素的語音頻隱寫階段。第一階段主要是解決語音頻的聽覺不可感知和隱藏容量等問題，使用的方法包括時域的低有效位隱寫、回聲隱藏、相位編碼隱藏、擴(kuò)頻隱寫，以及變換域隱寫。

編碼內(nèi)聯(lián)的語音頻隱寫階段。為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)傳輸和存儲的帶寬，語音頻數(shù)據(jù)一般會被壓縮，所以需要保證隱藏的信息在語音頻壓縮后仍能被正確提取。此階段主要解決基于編碼內(nèi)聯(lián)的語音頻隱寫方法中可行嵌入域和基本嵌入方式等問題。

自適應(yīng)的語音頻隱寫階段。此階段主要解決自適應(yīng)隱寫框架、失真函數(shù)構(gòu)造和隱寫碼等最優(yōu)嵌入問題，從而提高隱寫方法的抗隱寫分析能力。

語音頻隱寫的新階段。列舉幾個近些年來研究的新方向，比如適配有損信道的魯棒隱寫技術(shù)、針對網(wǎng)絡(luò)語音頻流的低時延快速隱寫技術(shù)、基于人工智能的隱寫技術(shù)、以及隱寫協(xié)議設(shè)計和容錯的隱寫存儲技術(shù)等。所有的這些研究新領(lǐng)域都將會促進(jìn)完善隱寫技術(shù)的體系和結(jié)構(gòu)。

一. 語音頻隱寫分析

第三方截獲者的分析系統(tǒng)有不同的分類方法，包含：兩類和三層次。

兩類包含：通用隱寫分析和專用隱寫分析。

三層次包含：

第一層次：分析方法能正確判定隱寫樣本和正常樣本

第二層次：分析方法能夠識別所采用的隱寫算法或者估計隱寫負(fù)載量

第三層次：分析方法能夠提取出隱藏數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對隱寫算法的完全破解

三個層次主要使用的技巧與方法可見下圖：

二. 修改量化步長

量化和熵編碼是音頻編碼的核心組件，基于量化步長修改方法本質(zhì)是一種內(nèi)置式隱寫方法，通過調(diào)整量化步長大小或奇偶性來實現(xiàn)秘密信息的嵌入。

（1）普通的MP3Stego算法

最經(jīng)典的基于量化步長修改的嵌入方法就是MP3Stego算法。此算法是劍橋大學(xué)計算機(jī)實驗室安全組開發(fā)的針對MP3編碼的隱寫軟件。結(jié)合MP3的編碼格式，該算法就是在MP3編碼的內(nèi)層循環(huán)中實現(xiàn)秘密信息的嵌入，通過調(diào)節(jié)量化誤差的大小，將量化編碼后Part23 塊長度part2_3_length的奇偶性作為隱秘消息嵌入的依據(jù)。

如下圖：

?

MP3Stego算法的嵌入過程類似編碼的過程，共有三步：

步驟1：使用量化步長對MDCT系數(shù)量化后進(jìn)行哈夫曼編碼，計算哈夫曼碼流中 Part23 塊長度為 part2_3__length。

步驟2：計算 embedRule=(part2_3_length%2)?m，m代表當(dāng)前待嵌入的消息比特。

步驟3：利用代表最大可用比特數(shù)，如果 embedRule=0 且 part2_3_length，則消息嵌入成功；否則，令并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟1。

優(yōu)點：MP3Stego算法引入的隱寫失真需要通過編碼器的失真控制，所以該算法的不可感知性較好。

缺點：該算法隱寫容量偏低，平均每幀只能隱藏2比特的消息；而且，如果在較低編碼碼率情況下（例如96Kbps以下），很容易導(dǎo)致編碼器陷入死循環(huán)。

（2）改進(jìn)后的MP3Stego算法

解決的主要思想為：將隱寫的對象由塊長度調(diào)整為量化步長，通過修改量化步長使得量化步長的奇偶性與消息比特相同。

改進(jìn)后的MP3Stego算法的具體嵌入步驟如下：

步驟1：在嵌入操作之前，對原始秘密信息進(jìn)行壓縮去除冗余，并通過密鑰對壓縮后的秘密信息進(jìn)行加密，獲得壓縮加密信息M(結(jié)合密碼學(xué)）。

步驟2：令代表M的長度，將和M連接在一起，形成最終待嵌入的秘密信息S，即。

步驟3：利用密鑰產(chǎn)生偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器的種子，由偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器產(chǎn)生個比特來選擇需要進(jìn)行隱藏的顆粒，其中表示信息S的長度。

步驟4：輸入一幀音頻數(shù)據(jù)，其包含兩個顆粒，對每個顆粒進(jìn)行MDCT變換，得到576個MDCT系數(shù)。

步驟5：對MDCT系數(shù)進(jìn)行量化。如果當(dāng)前顆粒為不需要隱藏的顆粒，則使用常規(guī)的內(nèi)循環(huán)結(jié)束條件；否則，在內(nèi)循環(huán)中增加量化步長，直到滿足且part2_3_length≤，其中m代表S中一個待嵌入的比特。

步驟6：不斷重復(fù)操作步驟4和5，直到所有的顆粒均處理完畢。

三. MP3Stego算法分析

隱寫算法的分析本質(zhì)上就是尋找一些統(tǒng)計量或者統(tǒng)計分析特征，使得盡可能的區(qū)分正常樣本和隱寫樣本。在MP3Stego算法分析中，主要關(guān)注四個方面：塊長度part2_3_length的方差統(tǒng)計量、量化步長差分的方差統(tǒng)計量、邊信息中main_data_begin值的均值統(tǒng)計量和大值區(qū)系數(shù)的方差統(tǒng)計量。

3.1 塊長度part2_3_length的方法統(tǒng)計量

MP3Stego算法在隱寫前后，part2_3_length的統(tǒng)計量是有很大差異的，如下圖：

利用n代表統(tǒng)計塊長度的總個數(shù)，x代表每個塊長度的值。由此，塊長度方差的計算公式可得如下：

分母處因為要表示無偏估計，所以使用n-1。?

3.2 量化步長差分的方法統(tǒng)計量

量化步長是嵌入操作中被直接修改的一個重要參數(shù)，考察量化步長的差分統(tǒng)計量一共有三個步驟：

①利用代表第i個顆粒的量化步長，N代表顆?？倲?shù)。由此可計算量化步長的一階差分和二階差分，如下：

②利用代表一階差分序列的均值，代表二階差分序列的均值，可計算兩者對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差和，如下：

?③將作為分析檢測算法的特征向量。

3.3 邊信息中main_data_begin值的均值統(tǒng)計量

MP3使用9比特的變量來記錄每幀主數(shù)據(jù)的開始位置，音頻楨長度改變同時將改變main_data_begin的值。由此，利用N代表待測MP3音頻的總幀數(shù)，對應(yīng)第i幀的main_data_begin的值，可設(shè)計檢測特征為main_data_begin值的均值函數(shù)，如下計算公式：

在給定編碼率的情況下，編碼器分配給每幀的比特數(shù)是恒定的，而MP3Stego算法嵌入將會產(chǎn)生更多的比特數(shù)剩余，進(jìn)而導(dǎo)致下一幀的main_data_begin值比未隱寫的音頻要大，如下圖所示：

左圖為未隱寫，有圖為隱寫之后

2.4 大值區(qū)系數(shù)的方法統(tǒng)計

隱寫后，大值區(qū)系數(shù)的頻次變化更加劇烈。利用代表音頻的總顆粒數(shù)，代表對應(yīng)第i個顆粒的大值區(qū)系數(shù)的個數(shù)，代表顆粒序列大值區(qū)系數(shù)的均值，結(jié)合隱寫后QMDCT大值區(qū)系數(shù)的稀疏性，可以計算重壓縮前后大值區(qū)系數(shù)方差的差值，如下：

此值也可以作為隱寫分析特征。采用重壓縮矯正的方法也可以進(jìn)行載體估計，如下計算公式：

總結(jié)

MP3Stego算法主要集中于編碼參數(shù)域的隱寫，此教程還對算法進(jìn)行了分析。后續(xù)教程會進(jìn)行實際的實驗操作。

系列文章

隱寫術(shù)基礎(chǔ)_嘮嗑！的博客-CSDN博客前言隱寫術(shù)是一門關(guān)于信息隱藏的技巧與科學(xué)，所謂信息隱藏指的是不讓第三者知曉信息的傳遞。隱寫術(shù)的英文名叫做Steganography，起源于德國的一位修道士特里特米烏斯的著作《steganographia》。隱寫技術(shù)提供對秘密信息存在性的保護(hù)，可以看成是一種保密通信技術(shù)和安全存儲技術(shù)。數(shù)字隱寫的載體包括音頻、圖像、視頻、文本、網(wǎng)絡(luò)包。一. 隱寫系統(tǒng)模型音頻隱寫對抗模型包括三個實體和兩個系統(tǒng)。三個實體：隱寫者、接收方和隱寫分析者。隱寫者和接收方利用隱寫系統(tǒng)來傳遞信息。隱寫分析者利用隱寫分析系https://blog.csdn.net/forest_LL/article/details/123953611?spm=1001.2014.3001.5501

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的音频隐写术：分析剑桥大学提出的MP3Stego算法的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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