matlab第三章课件华电_图文

第三章 信息隐藏的预处理
? 加密的预处理 ? 置乱 ? 混沌
1

信息隐藏前预处理的必要性
? 信息隐藏的主要目标是将隐藏在伪装载体中的秘密信 息进行传输,并且不知情的第三方不能觉察隐藏信息 的存在。在信息隐藏的不可感知性、容量及鲁棒性方 面,隐写术更加强调不可感知性和容量,而数字水印 更强调鲁棒性。
? 如果在信息隐藏之前,首先对秘密信息按照一定的运 算规则进行处理,使其失去本身原有的面目,然后再 将其隐藏在载体信息里面,这样就使得所传输的秘密 信息更安全了,即使攻击者能将其从载体中提取出来, 也无法分辨其含义。
2

1)加密的预处理
可以借助密码学的编码方法来实现隐藏信息的预处 理,比如RC4流密码、置乱和混沌序列等。

伪随机数发生器
1)Lehmer线性拟合算法

X n?1 ? (aX n ? c) mod m

m模

m?0

a 乘数 0 ? a ? m

c 增量 0 ? c ? m

X 0 种子 0 ? X 0 ? m

3

2)BBS(Blum、Blum、Shub)发生器
Blum与Shub发明了最简单有效的伪随机发生器,称为 Blum ,Blum 和Shub发生器,简称为BBS,其工作原理是:
首先找两个大素数p和q,它们满足p≡q≡3(mod 4) 。
p q = n ,p, q是私钥,n是公钥,选择另外一个与n互素的随 机整数S,计算种子:X0 =S^2 mod n, 然后开始计算位序列:
for i=1 to ∞
X(i) = X(i-1)^2 mod n;
B(i) = X(i) mod 2;
BBS的优点:

BBS随机发生器的优点是不需要为了得到第i位而迭代所有

i-1位。如果已知 p 和q ,可以直接计算第i位。同时BBS随机

发生器对左边和右边都是非常安全的,他不能预测序列的前一

位和后一位,当然更不能预测序列所有位的随机输出,只有

知道p和q的人才能知道位序列。

4

举例: p=383,q=503, n=383*503=192649 S=101355, X(0)=20749

i X(i) B(i)

1 143135 1

2 177671 1

3 97048

0

4 89992

0

5 174051 1

i X(i)

B(i)

6 80649

1

7 45663

1

8 69442

0

9 186894 0

10 177046 0

5

RC4流密码
对称RC4流密码,每次加密一个字节的明文。在加密过程 中,密钥输入到一个伪随机数发生器,其产生一串随机的8位 密钥流,通过与同一时刻一个字节的明文流进行异或产生密 钥流。

密钥K

密钥K

伪随机字节发生器

伪随机字节发生器

(密钥流发生器)

(密钥流发生器)

K

密文字节流C

K

明文字节流M

加密

解密
6

RC4是一个以分组长度n为参数的二元加法流密码
体制。RC4的内部状态由一个包含 N ? 2n个字节的S盒
和两个n比特字节的指针i和j组成。S盒看作一个随机置 换, RC4算法包含一个密钥调度算法和一个密钥流生成 算法,前者用可变长度的加密密钥产生密钥流生成器的 初始状态,后者根据初始状态产生密钥流,使之与明文 相异或产生密文。算法中所有的“+”运算都是模N的 加法。
7

密钥调度算法:

它以一个keylen字长的随机初始密钥K(整个RC4的加密密钥)作为整 个算法的输入,以一个恒等置换的S盒开始,包含N步操作:i连续跑遍S盒 中的每一个位置,随着i的每一次更新,j都在S[i]和K的作用下随机产生一个 新的值,每次交换S中i和j对应的两个字,其它保持不变。经过N步后KSA 产生了RC4的初始状态S,然后将两个指针初始化为0。

Input: Key K of keylen words

1. for i=0 to N-1

S[i]=i;

2. j=0;

3. for i=0 to N-1

j=(j + S[i]+ K[i mod keylen]) mod N;

Swap(S[i], S[j]);

Output: i=j=0, S

8

密钥流生成算法:

指针i和j的更新与密钥调度算法相似,只是此算法中的j不已不依赖于 初始密钥K,然后交换S中i和j对应的两个字,每次除了相互交换的两个字 之外,其他的都保持不变。这样密钥流生成器连续不断地改变S盒中的置 换,每次改变后从S盒中选择一个值作为输出,一轮RC4输出一个n比特字 作为密钥流的一个密钥字Z,加密时,每个Z和长度为n的明文异或,产生 密文。
Input: RC4 State S, i, j 1. i = (i + 1 ) mod N; 2. j = (j + S[i]) mod N; 3. Swap(S[i], S[j]); Output: Z = S[(S[i] + S[j]) mod N]

举例: key=[1 2 3 4 5 6] 明文=“Hello”=[72 101 108 108 111]

密文=[77 117 145 110 221]

9

2)置乱
信息隐藏技术可以将机密的图像、语音或文字等信息进行置乱加密, 然后隐藏在可公开的载体图像中,这样别人无法察觉秘密的存在,从而 实现隐写。数字图像的置乱,是指在二维层次上对图像的色彩、位置、 频率进行干扰来扰乱图像,使置乱后的图像杂乱无章,如果不知道置乱 的类型,很难恢复出图像。数字图像的置乱可以分为:基于循环移位的 数字图像置乱、基于异或操作的数字图像置乱、基于幻方的数字图像置 乱、基于Arnold变换的数字图像置乱等。

原始图像

每个像素灰度循环移动四位

10
与一随机矩阵异或

Arnold置乱:
定义:二维Arnold变换,将单位正方形上的点(x,y),按照 下式变换成另外一点(x’,y’):

?x' ? ?1 1 ? ?x ?

? ?

y

'

? ?

?

??1

2??

? ?

y??

mod

N

当对一个图像进行Arnold 变换时, 就是把图像的像素点位置按上式 进

行移动, 像素的灰度值也相应移动。显然原图像平面上任意区域的图像信

息就会发生变化, 于是就得到一个相对原图像混乱的图像, 所以对一个图像

进行一次Arnold 变换, 就相当于对该图像进行一次置乱。由于N * N 个像

素所能表现的图像是有限的, 因此迭代过程呈周期现象。

原始图像

1次置换

2次置换

100次置换

384次1置1 换

基于变化模板形状的图像置乱算法:
1) 对原图像取一个固定模板,模版中像素位置排列如下图(a)所示; 2) 做一个原图像模版不同的置乱模板,在置乱模板中把图像模板中的像素按
照一定的次序填入(在图(b)的模板中按从上到下、从左到右的次序依次填 入)。 3) 将置乱模板中的像素位置再按照一定的次序填回到源图像模板中就得到了 置乱后的图像模板。(图(c)的模板是按照从左到右、从上到下的次序依 次读取置乱模板中像素的位置)。
注:置乱后的图像(c)再根据图(b)所示的模板进行一次置乱后就恢复为原图了。

图(a)

图(b)

12
图(c)

















4*4

























32*



32





13



幻方置乱:
定义:一个n阶幻方矩阵是以自然数1、2、…为元素的方阵, 且该矩阵各行各列的和相等。
例:N=4时的一个幻方矩阵如下:

?16 2 3 13 ?

A ? ??5

11

10

8

? ?

?9 7 6 12?

??4 14

15

1

? ?

?15 1 2 12 ?

B ? ??4

10

9

7

? ?

?8 6 5 11?

??3 13

14

16

? ?

?14 16 1 11 ?

C ? ??3 9

8

6

? ?

?7 5 4 10?

??2 12

13

1

? ?

幻方置乱是根据矩阵中自然数序号来对图像块进行位置移动。
如果n阶图像对应的n阶方阵为B,幻方矩阵为A,变换过程是 首先将A中自然序号与B中像素点一一对应,然后将A中的序 号为m的元素移动m+1的位置,从而得到置乱图像。
14

图像的幻方置乱过程:
首先生成n阶幻方矩阵,设原图像像素矩阵为A,经过幻方置 乱后的图像像素为B,因为要将原像素矩阵与幻方矩阵的元素 一一对应,所以需要一一赋值。当位置第一次改变时,得到 第一次幻方置换,输出的矩阵作为下一次幻方的输入矩阵, 经过n次处理后得到需要置乱的矩阵和置乱图像。
15

原始图像

10次置换

50次置换

80次置换

100次置换

121次置换16

原始图像

1次置换

10次置换

50次置换

90次置换

120次置换17

隐藏置乱图像的优点:
? 首先, 将图像置乱后, 将得到一幅杂乱无章的图像, 这个图像无色彩、 无纹理、无形状, 从中无法读取任何信息, 那么, 将这样一幅图嵌入到 另一幅普通图像时就不易引起那幅图色彩、纹理、形状的太大改变, 甚 至不会发生改变, 这样人眼就不易识别,从而逃出了第三方的视线。
? 其次, 由于秘密图像是置乱后的图像, 根据上述图像的“ 三无”特征, 第三方根本不可能对其进行色彩、纹理、形状等的统计分析, 即便他们 截取到了秘密图像, 也是无能为力的。如果第三者企图对秘密图像进行 反置乱, 这也是不可能的, 由于图像置乱有很多种方法, 每种方法又可 以使用不同的置乱模板算法, 设置不同的参数。
? 最后, 如果第三方反置乱不成, 在隐蔽载体上恶意修改怎么办?通过实 验可以知道, 用置乱的方法是可以抵抗这些攻击的, 因为对秘密图像进 行反置换的过程, 就使得第三方在图像上所涂、画的信息分散到画面的 各个地方, 形成了点状的随机噪声, 对视觉影响的程度不大。
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对隐蔽载体的恶意攻击1 对隐蔽载体的恶意攻击2 对隐蔽载体的恶意攻击3

提取的置乱后的图像1

提取的置乱后的图像2

19
提取的置乱后的图像3

3)混沌
混沌是发生在确定性系统中的貌似随机的不规则运动, 一个确定性理论描述的系统,其行为却表现出不确定性、不 可复制和不可预测,这就是混沌现象。
蝴蝶效应
美国麻省理工学院气象学家洛伦兹(Lorenz)为了预报 天气,用计算机求解仿真地球大气的13个方程式。为了更细 致地考察结果,他把一个中间解取出,提高精度再送回。而 当他喝了杯咖啡以后回来再看时竟大吃一惊:本来很小的差 异,结果却偏离了十万八千里!计算机没有毛病,于是,洛 伦兹(Lorenz)认定,他发现了新的现象:“对初始值的极 端不稳定性”,即:“混沌 ”,又称“蝴蝶效应”,亚洲蝴 蝶拍拍翅膀,将使美洲几个月后出现比狂风还厉害的龙卷风!
20

Logistic映射
Logistic映射是混沌系统中被广泛研究的一种非常经典的 动力系统,Logistics混沌序列的遍历统计特性近似于零均值白 噪声,具有良好的随机性、相关性和复杂性,不可能对其进 行长期预测。Logistics混沌序列定义为:
xk?1 ? ? xk (1? xk )
其中 0 ? ? ? 4 称为分支参数,xk ? (0,1)。当 3.5699456 ? ? ? 4 时,Logistic映射工作处于混沌状态。由初始条 x0 在Logistic映射 的作用下所产生的序列 {xk , k ? 0,1, 2,3,...} 是非周期的、不收敛 的,并对初始值非常敏感。
21

22

23

Logistic映射产生序列具有以下特性:
1.形式简单只要具备混沌映射的参数和初始条件就可以很方便的生成和复 制混沌序列,而不必浪费空间来存储很长的整个序列。
2.对初始条件的敏感性一般不同的初始值,即使相当接近,迭代出来的轨 迹也不相同。同时,混沌动力系统具有确定性,即给定相同的初始值, 其相应的轨迹肯定相同,所以我们可以轻而易举地获得数量极多的非相 关的混沌序列,并且一般情况下,很难从一段有限长度的序列来推断出 混沌系统的初始条件,从安全的角度,这是非常重要的。
3.保密性混沌序列是一个类似随机的过程,而且从混沌序列的值很难推出 原始的参数和初值,因此具有很好的保密性。
4.良好相关特性只有使用相同参数和初值产生的序列相关性较好,而采用 不同参数或初值产生的序列相关性近似于零。
24

例:在 ? ? 4, x0 ? 0.1 和 x0 ? 0.11 时,通过Logistics映射产生
的两个混沌序列如下:
25

例:在 ? ? 4, x0 ? 0.1 和 x0 ? 0.11 时,通过Logistics映射产生
两个长度为256的混沌序列作为密钥,采用RC4算法对Lena 图像进行加密,结果如下:

X0



=



0.1













X0 = 0.11 加 密 图 像

















26

11 醉翁亭记

1.反复朗读并背诵课文,培养文言语感。

2.结合注释疏通文义,了解文本内容,掌握文本写作思路。

3.把握文章的艺术特色,理解虚词在文中的作用。

4.体会作者的思想感情,理解作者的政治理想。一、导入新课范仲淹因参与改革被贬,于庆历六年写下《岳阳楼记》,寄托自己“先天下之忧而忧,后天下之乐而乐”的政治理想。实际上,这次改革,受到贬谪的除了范仲淹和滕子京之外,还有范仲淹改革的另一位支持者——北宋大文学家、史学家欧阳修。他于庆历五年被贬谪到滁州,也就是今天的安徽省滁州市。也

是在此期间,欧阳修在滁州留下了不逊于《岳阳楼记》的千古名篇——《醉翁亭记》。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧!【教学提示】结合前文教学,有利于学生把握本文写作背景,进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新课目标导学一:认识作者,了解作品背景作者简介:欧阳修(1007—1072),字永叔,自号醉翁,晚年又号“六一居士”。吉州永丰(今

属江西)人,因吉州原属庐陵郡,因此他又以“庐陵欧阳修”自居。谥号文忠,世称欧阳文忠公。北宋政治家、文学家、史学家,与韩愈、柳宗元、王安石、苏洵、苏轼、苏辙、曾巩合称“唐宋八大家”。后人又将其与韩愈、柳宗元和苏轼合称“千古文章四大家”。

关于“醉翁”与“六一居士”:初谪滁山,自号醉翁。既老而衰且病,将退休于颍水之上,则又更号六一居士。客有问曰:“六一何谓也?”居士曰:“吾家藏书一万卷,集录三代以来金石遗文一千卷,有琴一张,有棋一局,而常置酒一壶。”客曰:“是为五一尔,奈何?”居士曰:“以吾一翁,老于此五物之间,岂不为六一乎?”写作背景:宋仁宗庆历五年(1045

年),参知政事范仲淹等人遭谗离职,欧阳修上书替他们分辩,被贬到滁州做了两年知州。到任以后,他内心抑郁,但还能发挥“宽简而不扰”的作风,取得了某些政绩。《醉翁亭记》就是在这个时期写就的。目标导学二:朗读文章,通文顺字1.初读文章,结合工具书梳理文章字词。2.朗读文章,划分文章节奏,标出节奏划分有疑难的语句。节奏划分示例

环滁/皆山也。其/西南诸峰,林壑/尤美,望之/蔚然而深秀者,琅琊也。山行/六七里,渐闻/水声潺潺,而泻出于/两峰之间者,酿泉也。峰回/路转,有亭/翼然临于泉上者,醉翁亭也。作亭者/谁?山之僧/曰/智仙也。名之者/谁?太守/自谓也。太守与客来饮/于此,饮少/辄醉,而/年又最高,故/自号曰/醉翁也。醉翁之意/不在酒,在乎/山水之间也。山水之乐,得之心/而寓之

酒也。节奏划分思考“山行/六七里”为什么不能划分为“山/行六七里”?

?会员免费下载 明确:“山行”意指“沿着山路走”,“山行”是个状中短语,不能将其割裂。“望之/蔚然而深秀者”为什么不能划分为“望之蔚然/而深秀者”?明确:“蔚然而深秀”是两个并列的词,不宜割裂,“望之”是总起词语,故应从其后断句。【教学提示】引导学生在反复朗读的过程中划分朗读节奏,在划分节奏的过程中感知文意。对于部分结构复杂的句子,教师可做适
当的讲解引导。目标导学三:结合注释,翻译训练1.学生结合课下注释和工具书自行疏通文义,并画出不解之处。【教学提示】节奏划分与明确文意相辅相成,若能以节奏划分引导学生明确文意最好;若学生理解有限,亦可在解读文意后把握节奏划分。2.以四人小组为单位,组内互助解疑,并尝试用“直译”与“意译”两种方法译读文章。3.教师选择疑难句或值得
翻译的句子,请学生用两种翻译方法进行翻译。翻译示例:若夫日出而林霏开,云归而岩穴暝,晦明变化者,山间之朝暮也。野芳发而幽香,佳木秀而繁阴,风霜高洁,水落而石出者,山间之四时也。直译法:那太阳一出来,树林里的雾气散开,云雾聚拢,山谷就显得昏暗了,朝则自暗而明,暮则自明而暗,或暗或明,变化不一,这是山间早晚的景色。野花开放,有一 股清幽的香味,好的树木枝叶繁茂,形成浓郁的绿荫。天高气爽,霜色洁白,泉水浅了,石底露出水面,这是山中四季的景色。意译法:太阳升起,山林里雾气开始消散,烟云聚拢,山谷又开始显得昏暗,清晨自暗而明,薄暮又自明而暗,如此暗明变化的,就是山中的朝暮。春天野花绽开并散发出阵阵幽香,夏日佳树繁茂并形成一片浓荫,秋天风高气爽,霜色洁白,冬 日水枯而石底上露,如此,就是山中的四季。【教学提示】翻译有直译与意译两种方式,直译锻炼学生用语的准确性,但可能会降低译文的美感;意译可加强译文的美感,培养学生的翻译兴趣,但可能会降低译文的准确性。因此,需两种翻译方式都做必要引导。全文直译内容见《我的积累本》。目标导学四:解读文段,把握文本内容1.赏析第一段,说说本文是如何引
出“醉翁亭”的位置的,作者在此运用了怎样的艺术手法。
明确:首先以“环滁皆山也”五字领起,将滁州的地理环境一笔勾出,点出醉翁亭坐落在群山之中,并纵观滁州全貌,鸟瞰群山环抱之景。接着作者将“镜头”全景移向局部,先写“西南诸峰,林壑尤美”,醉翁亭坐落在有最美的林壑的西南诸峰之中,视野集中到最佳处。再写琅琊山“蔚然而深秀”,点山“秀”,照应上文的“美”。又写酿泉,其名字透出了泉与酒的 关系,好泉酿好酒,好酒叫人醉。“醉翁亭”的名字便暗中透出,然后引出“醉翁亭”来。作者利用空间变幻的手法,移步换景,由远及近,为我们描绘了一幅幅山水特写。2.第二段主要写了什么?它和第一段有什么联系?明确:第二段利用时间推移,抓住朝暮及四季特点,描绘了对比鲜明的晦明变化图及四季风光图,写出了其中的“乐亦无穷”。第二段是第一段
“山水之乐”的具体化。3.第三段同样是写“乐”,但却是写的游人之乐,作者是如何写游人之乐的?明确:“滁人游”,前呼后应,扶老携幼,自由自在,热闹非凡;“太守宴”,溪深鱼肥,泉香酒洌,美味佳肴,应有尽有;“众宾欢”,投壶下棋,觥筹交错,说说笑笑,无拘无束。如此勾画了游人之乐。4.作者为什么要在第三段写游人之乐?明确:写滁人之游, 描绘出一幅太平祥和的百姓游乐图。游乐场景映在太守的眼里,便多了一层政治清明的意味。太守在游人之乐中酒酣而醉,此醉是为山水之乐而醉,更是为能与百姓同乐而醉。体现太守与百姓关系融洽,“政通人和”才能有这样的乐。5.第四段主要写了什么?明确:写宴会散、众人归的情景。目标导学五:深入解读,把握作者思想感情思考探究:作者以一个“乐”字

贯穿全篇,却有两个句子别出深意,不单单是在写乐,而是另有所指,表达出另外一种情绪,请你找出这两个句子,说说这种情绪是什么。明确:醉翁之意不在酒,在乎山水之间也。醉能同其乐,醒能述以文者,太守也。这种情绪是作者遭贬谪后的抑郁,作者并未在文中袒露胸怀,只含蓄地说:“醉能同其乐,醒能述以文者,太守也。”此句与醉翁亭的名称、“醉翁之

意不在酒,在乎山水之间也”前后呼应,并与“滁人游”“太守宴”“众宾欢”“太守醉”连成一条抒情的线索,曲折地表达了作者内心复杂的思想感情。目标导学六:赏析文本,感受文本艺术特色1.在把握作者复杂感情的基础上朗读文本。2.反复朗读,请同学说说本文读来有哪些特点,为什么会有这些特点。(1)句法上大量运用骈偶句,并夹有散句,既整齐又富有

变化,使文章越发显得音调铿锵,形成一种骈散结合的独特风格。如“野芳发而幽香,佳木秀而繁阴”“朝而往,暮而归,四时之景不同,而乐亦无穷也”。(2)文章多用判断句,层次极其分明,抒情淋漓尽致,“也”“而”的反复运用,形成回环往复的韵律,使读者在诵读中获得美的享受。(3)文章写景优美,又多韵律,使人读来不仅能感受到绘画美,也能感受到韵律

美。目标导学七:探索文本虚词,把握文言现象虚词“而”的用法用法

文本举例表并列

1.蔚然而深秀者;2.溪深而鱼肥;3.泉香而酒洌;4.起坐而喧哗者表递进

1.而年又最高;2.得之心而寓之酒也表承接

1.渐闻水声潺潺,而泻出于两峰之间者;2.

若夫日出而林霏开,云归而岩穴暝;3.野芳发而幽香,佳木秀而繁阴;4.水落而石出者;5.临溪而渔;6.太守归而宾客从也;7.人知从太守游而乐表修饰

1.朝而往,暮而归;2.杂然而前陈者表转折

1.而不知人之乐;2.而不知太守之乐其乐也虚词“之”的用法用法

文本举例表助词“的”

1.泻出于两峰之间者;2.醉翁之意不在酒;3.山水之乐;4.山间之朝暮也;5.宴酣之乐位于主谓之间,取消句子独立性

而不知太守之乐其乐也表代词

1.望之蔚然而深秀者;2.名之者谁(指醉翁亭);3.得之心而寓之酒也(指山水之乐)【教学提示】

更多文言现象请参见《我的积累本》。三、板书设计路线:环滁——琅琊山——酿泉——醉翁亭风景:朝暮之景——四时之景

山水之乐(醉景)风俗:滁人游——太守宴——众宾欢 ——太守醉

宴游之乐(醉人)

心情:禽鸟乐——人之乐——乐其乐 与民同乐(醉情)

可取之处

重视朗读,有利于培养学生的文言语感,并通过节奏划分引导学生理解文意,突破了仅按注释疏通文义的桎梏,有利于引导学生自主思考;不单纯关注“直译”原则,同时培养学生的“意译”能力,引导学生关注文言文的美感,在一定程度上有助于培养学生的核心素养。

不足之处

文章难度相对较高,基础能力低的学生难以适应该教学。


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