發布時間:2023-10-09 17:40:52
序言:作為思想的載體和知識的探索者,寫作是一種獨特的藝術,我們為您準備了不同風格的5篇多媒體信息安全方向,期待它們能激發您的靈感。
關鍵詞:信息安全 信息技術 信息隱藏 隱寫術
目前,隨著因特網的普及、信息處理技術和通信手段的飛速發展,使圖像、音頻、視頻等多媒體信息可以在各種通信網絡中迅速快捷的傳輸,給信息的壓縮、存儲、復制處理等應用提供了更大的便利。同時,也為信息資源共享提供了條件,目前網絡已經成為主要的通訊手段。各種機密信息,包括國家安全信息、軍事信息、私密信息(如信用卡賬號)等都需要通過網絡進行傳輸,但互聯網是一個開放的環境,在其上傳輸的秘密關系著國家安全、經濟發展和個人穩私等方方面面的安全,所以信息安全在當今變得越來越重要。
信息安全的類型
信息安全主要有兩個分支:加密技術和信息隱藏。
加密技術(Cryptography)已經為人們所熟悉,廣泛應用于各行各業。加密技術研究已有多年,有許多加密方法,但是由于加密明確的告知用戶,此文件或其他媒介已經進行過加密,竊密者必將利用各種破解工具進行破解,得到密文。雖然加密長度和強度一再增加,但破解工具也在加強。并且由于計算機性能的飛速發展,使解密時間縮短,所以加密術的使用局限性已見一斑。
信息隱藏,信息隱藏可以追溯到公元1499年,它的歷史久遠。但是直到20世紀90年代,在IT界,人們才賦予了它新的內容,使之成為繼加密技術之后,保護信息的又一強有力的工具。信息隱藏與傳統的信息加密的明顯區別在于,傳統的加密技術以隱藏信息的內容為目的,使加密后的文件變得難以理解,而信息隱藏是以隱藏秘密信息的存在為目標。所以科學技術的發展使信息隱藏技術在信息時代又成為新的研究熱點。它既發揚了傳統隱藏技術的優勢,又具有了現代的獨有特性。對于研究信息安全方向的學者而言,研究信息隱藏是很有意義的,也是刻不容緩的。
信息隱藏的相關研究
在信息隱藏的研究中,主要研究信息隱藏算法與隱蔽通信。在信息隱藏算法中,主要有空間域算法和變換域算法。最典型的空間域信息隱藏算法為LSB算法,最典型的變換域算法是小波變換算法。由于LSB算法的魯棒性比較差,相關的研究改進工作都是提高其魯棒性。對于小波變換算法,由于小波變換具有良好的視頻局部特性,加上JPEG2000和MPEG4壓縮標準使用小波變換算法取得了更高的壓縮率,使得基于小波的變換的信息隱藏技術成為目前研究的熱點。一般根據人類的視覺特點,對秘密信息用一定的比例進行小波壓縮,壓縮過程增加了數據的嵌入容量。然后量化小波系數并轉換為二進制流數據。對載體信號同樣進行小波變換,選擇適當的小波系數及嵌入參數嵌入信息。因為小波有幾十種,每種小波的特性不同,參數的選取也不同,所以必須通過實驗,篩選出隱蔽性較好、容量較大的方法,從而使不可感知性、魯棒性與容量三者之間達到平衡。另外,還可以先對偶數點的小波系數與之相鄰的兩點的小波系數的平均值來替換,這個平均值稱為插值,作為秘密數據嵌入的位置。
信息隱藏的實施階段
一般而言,信息隱藏是分為四個階段:預處理階段、嵌入階段、傳輸階段和提取階段。為了使每個階段都達到安全,所以必須在預處理階段,引入加密術中的加密算法。在嵌入階段,使用基于小波的隱藏信息的算法,在傳輸階段,進行隱蔽通信,從而使用傳輸階段也是安全的。所以這套信息隱藏的處理方案,將形成一個安全的體系,因此即能隱藏秘密信息的內容,也能隱蔽通信的接收方和發送方,從而建立隱藏通信。
信息隱藏的應用范圍
信息隱藏的優勢決定了其具有廣泛的應用前景,它的應用范圍包括:電子商務中的電子交易保護、保密通信、版權保護、拷貝控制和操作跟蹤、認證和簽名等各個方面。信息隱藏主要分為隱寫術和數字水印,數字水印技術主要用于版權保護以及拷貝控制和操作跟蹤。在版權保護中,將版權信息嵌入到多媒體中(包括圖像、音頻、視頻、文本),來達到標識、注釋以及版權保護。數字水印技術的應用已經很成熟。信息隱藏的另一個分支為隱寫術,隱寫術的分類的依據不同:可以按隱寫系統結構分類:分為純隱寫術、密鑰隱寫術和公鑰隱寫術;按隱寫空間分類:可以分為信道隱秘、空域隱寫、變換域隱寫;按隱寫載體分類可以分為文本隱寫、語音隱寫、視頻隱寫和二進制隱寫。
信息隱藏技術的現實意義
在網絡飛速發展的今天,信息隱藏技術的研究更具有現實意義。將加密技術融合到信息隱藏技術中來,并將信息隱藏中的子分支數字水印中的經典算法加以改進也融合進信息隱藏技術,使整個信息隱藏過程達到理論上的最高安全級別。所以基于算法的隱蔽通信研究具有不可估量的現實意義。
信息隱藏技術是近幾年來國際學術界興起的一個前沿研究領域。特別是在網絡技術迅速發展的今天,信息隱藏技術的研究更具有現實意義。目前,為保證數據傳輸的安全,需要采用數據傳輸加密技術、信息隱藏技術、數據完整性鑒別技術;為保證信息存儲安全,必須保證數據庫安全和終端安全。信息安全的研究包括兩個主要研究方向:信息加密與信息隱藏。在信息安全的研究理論體系和應用體系中,密碼技術已經歷了長期的發展,形成了較完整的密碼學理論體系,有一系列公認的、經典的可靠的算法,然而,在現代信息科學技術的條件下的信息隱藏,雖然可以追溯到公元前,但其完備的理論體系還尚未建立。信息隱藏與傳統的信息加密有明顯的區別,傳統的密碼術以隱藏信息的內容為目的,使加密后的文件變得難以理解,而信息隱藏是以隱藏秘密信息的存在為目標。
作為網絡環境中的新的信息安全技術,信息隱藏方法的研究及應用在學術和軍事、政務方面倍受關注,國際上已經召開了幾屆信息隱藏學術會義,國際會議先后在1996年在英國劍橋、1998年在美國波特蘭、1999年在德國雷斯頓,2001年在美國匹茲堡召開。信息隱藏方面的研究越來越深入。另外,在國際上,劍橋大學、IBM研究中心,NEC美國研究所、麻省理工學院等許多科研單位都成立了專門的部分進行這一領域的研究。歐洲委員會也對相應的研究項目進行深入研究。國際化標準組織也提出了MPEG-4的框架,允許方便的將視頻編碼與加密技術和水印技術結合起來。
在國內,對信息隱藏也給予了高度重視。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。1999年在我國何德全院士、周仲義院士、蔡吉人院士與有關應用研究單位在北京聯合發起召開了我國第一屆信息隱藏學術會議,2000年在北京,2001年在西安、2002年在大連分別舉行了會議。在2004年,廣州中山大學舉行了全國第五屆信息隱藏學術年會,在2006年,將在哈爾濱工業大學舉行第六屆信息隱藏學術年會。另外,在2004年國家自然科學基金課題中,信息工程大學的平建西教授申請了信息隱藏的國家自然科學基金課題并得到了資助。
信息隱藏的計算和技術實施策略
在信息隱藏算法中,主要有空間域算法和變換域算法。最典型的空間域信息隱藏算法為LSB算法。LFTurnet與RGVan利用LSB算法將信息隱藏在音頻和數字圖像中。Bender提出了通過修改調色板統計信息來嵌入秘密數據庫的隱藏算法。Patchwork方法采用隨機技術選擇若干對像素,通過調節每對像素的亮度和對比度來隱藏信息,并保證這種調整不影響圖像的整體觀感。丁瑋從數字圖像的透明疊加方法出發,提出了基于融合的數字圖像信息隱藏算法。并根據七巧板的游戲原理,提出了隱藏數字圖像的Tangram算法,Marvel將數字圖像看作嗓聲,提出了空間域中的擴頻數據隱藏方法。Lippman使用信號的色度,提出了在國家電視委員會的色度信道中隱藏信息的方法。Liaw和Chen提出了將秘密圖像嵌入到載體圖像中的灰度值替方法,為了適合灰度值替換,Wu和Tsai提出了使用圖像差分的改進方法;Wu和Tsai還在人類視覺模型的基礎上,提出了在數字圖像中嵌入任何類型數據的數據隱藏方法;Tseng和Pan提出了一種安全的、大容量的數據隱藏算法;Provos通過隨機嵌入和糾錯編碼的方法改進了信息隱藏的性能,Solanki等從信息論的角度出發,將視覺標準引入到通過量化來嵌入信息的方法,并由此提出了一種高容量的信息隱藏算法。
在變換域算法中,正交變換的形式可以有離散傅立葉變換(DFT),離散余弦變換(DCT),小波變換(Wavelet)等。由于變換域算法利用了人眼對于不同空間頻率的敏感性,在適當的位置嵌入信息具有更好的魯棒性和不可覺察性。容量也較高,所以變換域隱藏算法比空間域算法復雜。
最具代表性的變換域算法是Cox在1995年提出的擴頻算法。Andreas Westfel和Pitas分別提出了通過模擬圖像水平或者垂直移動將秘密數據嵌入到圖像的DCT系統的數據隱藏算法,管曉康提出了Pitas算法的改進算法,克服了該算法中嵌入數據量小的缺點。丁瑋成功地將該算法修改并在小波域中運算該算法,并通過置亂技術改進了Pitas算法中的隨機數策略,消除了誤判的可能性。
Cabin提出了數據隱藏的信息論模型,并引入了概念e-安全。如果載體信號和載密信號的概率分布的相關熵小于e,那么稱數據隱藏系統是e安全的。如果e=o,那么數據隱藏系統是絕對安全的。Mittelholzer從信息論的角度出發,提出了數據隱藏算法,并以互信息來描述數據隱藏算法的安全性與魯棒性。Shin在Cabin信息論模型的基礎理論上,提出了在任何滿足條件的載體數據中嵌入秘密數據的絕對安全的一次哈希數據隱藏算法。Zollner等提出的安全模型也是利用信息理論來衡量數據隱藏系統的安全性。Sunlivan也從信息論的角度出發,對數據隱藏的安全性進行了分析。
關鍵詞:智能科學與技術;專業建設;科研建設;人才培養
1背景介紹
智能科學與技術專業是一門新興的交叉型學科[1]。隨著信息化的進一步深入以及IBM“智慧地球”、我國“感知中國”等戰略的實施,智能科學技術正在成為關系國民經濟、社會發展和國家安全的一個重要領域。因此,智能科學與技術相關專業的建設也引起了國內外高校的重視。國外許多著名高校都設立了人工智能專業,并授予智能科學專業學位;世界多數知名理工類院校都設立有人工智能研究所或實驗室,進行智能科學專業的科學研究和人才培養。
相對而言,國內智能科學與技術專業的起步較晚。2004年,北京大學信息科學技術學院經教育部正式批準設立了全國第一個智能科學與技術本科專業。之后,國內許多高校也相繼設立了這一專業,有些高校還成立了相應的系。現在智能科學與技術專業已經從計劃外專業變成計劃內專業,標志著該專業的建設在國內已逐漸形成氣候。
廈門大學是國內較早設立智能科學與技術系的高校之一。基于在智能科學與技術領域多年的研究積累和師資儲備,廈門大學于2006向教育部申請并獲批設立了智能科學與技術本科專業,之后又于2007年6月6日成立了智能科學與技術系[2]。建系以來,廈門大學智能科學與技術系一直堅持以“科研帶動教學、教學促進科研”的辦學理念。一方面,我們以系里的科研實力、科研特色為基礎,在人才培養過程中發揮優勢,為人才培養服務,更好地完成專業培養的目標;另一方面,優秀人才的培養也為我系的科研提供了有生力量和儲備力量,反過來促進系里的科研發展。
從2007年成立至今,我系完成了首屆本科生完整的一輪培養,因此我們希望能將4年來的專業建設的情況做一次梳理,為下一步的工作提供參考。作為一個新興專業,各高校對于智能科學與技術專業的建設也都處在探索階段,因此我們也希望這些工作梳理能對其他院校的專業建設起到參考作用。
我們對專業建設的梳理從兩個方面展開:一是科研與學科建設的進展情況;二是教學與人才培養的進展情況。
2科研與學科建設進展
2007年以來,我系科研與學科建設取得了很大進展,下面從凝練科研方向和科研平臺與學科點建設兩個方面來介紹。
2.1凝練科研方向
在智能科學與技術系成立之前,廈門大學在人工智能領域已經有了不少積累,在心腦計算、藝術認知和自然語言處理等領域形成了一定的優勢。
2007年建系以后,我們結合自身研究特色和學術發展前沿,進一步凝練了研究方向,基本上確定了四個重點發展的方向,并成立相應的研究室。
1) 藝術認知與計算方向。
主要圍繞人類藝術活動的腦機制,特別是有關詩歌、音樂與舞蹈的審美與創作方面,開展相關的認知與計算研究工作。
2) 智能多媒體方向。
主要從事有關多媒體信息處理方面的關鍵技術研究和應用系統的研發,涉及視頻圖像處理與運動目標檢測、基于內容的多媒體信息檢索、智能中醫信息處理等方面的研究。
3) 自然語言處理方向。
主要從事機器翻譯、實體關系抽取、跨語言信息檢索、語音識別與合成等方面的理論研究和相關應用系統開發。
4) 仿腦智能計算方向。
主要開展有關機器人認知計算引擎的基礎性研究工作,目標是開發一個具有普適性的認知推理引擎,并將其嵌入到機器人中,使機器人具有綜合的意識、視覺、語言和動作能力。
方向的凝練很好地促進了我系研究隊伍的整合,也使系里的人才引進工作有了更好的針對性。經過四年的建設,以上四個方向均逐步形成了一支結構合理的研究團隊,如表1所示,科學研究也相應的取得了一些進展。2007-2010年間,我系教師承擔國家自然科學基金項目、國家863計劃項目、省級課題、企業委托橫項課題等各類科研課題近50項,每年新立項的項目數量如表2所示。同時,我們在《Neuroscience Letters》、《Journal of Vision》、《Computational Intelligence》、《中國科學》、《軟件學報》及《電子學報》等國內外重要學術期刊和國際會議上發表學術論文200余篇,其中EI/SCI檢索論文150余篇。這些方向的發展為我們的人才培養奠定了良好的科研基礎。
2.2科研平臺與學科點建設
科研平臺是學科發展的重要載體,是科技創新的重要源頭,是聚集和培養高層次人才的重要場所。因此,科研平臺建設是學科建設的重要內容。
一直以來,我們就很重視科研平臺的建設,也形
成了較好的基礎。2003年,我們建立了一個跨專業的校內科研平臺――廈門大學語言技術中心;2005年,我們獲批建設了“智能信息技術福建省高校重點實驗室”。依托這兩個平臺,并基于我們對科研方向的進一步凝練,我們最終于2009年獲批建設“仿腦智能計算福建省重點實驗室”。該重點實驗室的建設以人工大腦研究為中心,并包含仿腦計算、智能語言處理、視聽感知和機器人及其行為控制等方面的研究,更有利于我系進一步整合和優化科研結構。
學科點建設也是學科建設的重要內容之一。擁有學科點一方面反映了相關領域的學科建設水平,另一方面又能為高層次人才培養提供必要保障。
智能科學與技術至今還未被列為一級學科,因此智能科學與技術專業的研究生目前只能依托其他相關專業進行招生和培養。建系之前,我們已經依托廈門大學“數學”一級學科,自主設立了“人工智能基礎”二級學科博士點,具有了培養本專業博士層次研究生的基本保證。2010年,我系與廈門大學計算機系、廈門大學軟件學院共同合作成功申報了“計算機科學與技術”一級學科博士點,在此一級學科下設的10個方向中,我系將負責建設其中的數字媒體藝術、信息安全技術、自然語言處理以及模式識別與智能計算等4個方向。該博士學位授予點將于2012年正式招生,這為我們在博士層次上培養智能科學與技術專業人才奠定了更好的基礎。
3教學與人才培養進展
下面從本科生和研究生兩個層次的學生培養介紹我系教學與人才培養的進展情況。
3.1本科生培養
在本科生方面,廈門大學智能科學與技術系的目標是培養有效和系統地掌握本學科的理論基礎,比較深入地理解智能科學與技術理論;具有一定的分析、綜合和創新能力,能夠承當智能信息系統設計、開發和智能科學與技術學科教學任務的,德、智、體全面發展的科學技術工作者。為了實現這一目標,我們遵循“寬口徑、厚基礎、抓關鍵、重實踐”四項基本原則,制定了較合理的教學計劃,并特別注重學生實踐能力的培養,采取了增設實用技術類課程、增設本科生進研究室參與課題研究的“課題實踐”環節、組織學生參加企業實習等若干措施,加強學生的實踐能力培養[3]。
目前,我系在本科生培養方面已經初具成效,具體體現在兩個方面。
1) 多組本科生團隊獲批立項大學生創新性實驗項目。
2009年,我系本科學生組成的創新實驗團隊中的3支獲得了國家級創新性實驗項目資助;1支獲得了校級創新性實驗項目資助;今年的創新性實驗項目初評中,我系本科生團隊又有3支入選。
2) 首屆學生就業形式喜人。
2007級本科生是我系的首屆學生,共計31人,其中2/3的學生入學都是經專業調劑的,因此學生入學之初對本專業多是不了解甚至是不感興趣的。經過4年的學習,他們都能很好地完成學業,多數學生逐漸喜歡上了本專業,部分學生更是將本專業作為其未來進一步學習和工作的方向。今年7月,我系2007級本科生畢業,畢業率和就業率均為100%,畢業去向情況如圖1所示。
圖1廈門大學智能科學與技術系2007級本科畢業生去向
其中,11名學生進一步升學攻讀研究生;4名學生選擇了到美國、中國香港的高校深造;其他16名學生則進入企業就業。
3.2研究生培養
我系的研究生培養以加強創新能力的培養為核心,以加強基礎課、專業課、實驗實踐教學、論文創新寫作、促進理論與實踐相結合為重點,包含碩士研究生和博士研究生兩個層次。在碩士研究生方面,有3個學術型碩士學位授予專業(人工智能基礎、模式識別與智能系統、計算機應用技術)和1個“計算機技術”工程碩士培養方向(智能工程及網絡安全方向);在博士研究生方面,目前有1個二級學科博士學位授予專業(人工智能基礎)。
為了培養研究生的創新能力,我們主要依托系里所承擔的科研項目,特別是國家級科研課題。學生們參與到課題研討中,接觸最新的學術前沿問題,并在不斷討論、實驗過程中逐步提高獨立科研能力。
為了促進學生將理論與實踐相結合,我們積極加強與企業的聯系,建立聯合實驗室或聯合培養基地,例如,我們與深圳名人公司建立了機器翻譯聯合實驗室,與北京德威特電力系統自動化有限公司建立了電力自動化軟件聯合實驗室,與廈門中資源有限公司建立了智能反垃圾郵件聯合研究中心,與廈門東南融通系統工程有限公司建立了計算機軟件與理論研究生教育創新基地等。這些基地的建立使學生能夠參與企業的實際課題,在提高實踐能力的同時也促進了就業。
目前,我系的研究生培養也取得了一些可喜的成果。學生們參加各種競賽或展示均取得了優異的成績。例如,2010年,仿腦智能系統方向研究生研發的社交機器人――“文博之星NAO”項目獲得第三屆海峽兩岸(廈門)文化產業博覽交易會最佳創意產品銅獎;自然語言處理方向研究生研發的漢語句法分析器和漢語人名消歧系統分別參加2009中文信息學會句法分析評測(CIPS-ParsEval-2009)和2010中文信
息學會與SIGHAN聯合會議(CIPS-SIGHAN 2010)的人名消歧評測,均榮獲第二名。
4反思
智能科學與技術專業作為一個新興專業,雖然得到國內許多高校的重視并有良好的發展勢頭,但目前仍存在一些發展的制約因素。第一,智能科學與技術未能被列為一級學科,因此各高校的智能科學與技術學科建設只能依附于其他相關專業,導致該專業的發展缺少必要的學科保障,高層次人才(博士層次)的培養也受到嚴重制約;第二,智能科學與技術在國內尚未形成明顯的產業群,因此該專業畢業生就業的行業特色不明顯,目前各高校智能科學與技術專業畢業生的就業行業與計算機科學與技術、自動化、電子科學與技術等相關專業學生的就業領域基本相近,這導致該專業的特色無法被正確理解,也影響了專業招生。
在這種狀況下,我們認為智能科學與技術專業要大力發展,應突出兩點。首先,要加強智能科學與技術的科學研究,這一方面可以促進人才培養,另一方面也能通過展現高水平成果進一步擴大專業的學科影響力;其次,要加強智能科學與技術專業學生的實踐能力培養,以此提高專業學生的就業競爭力,進而增強專業的吸引力。
參考文獻:
[1] 鐘義信. 設置“智能科學與技術”博士學位一級學科:必要性、可行性、緊迫性[J]. 計算機教育,2009(11):5-9.
[2] 東,李紹滋, 潘偉. 廈門大學“智能科學與技術”專業建設介紹[J]. 計算機教育,2009(11):46-48.
[3] 東,李紹滋. 智能科學與技術專業學生實踐能力培養若干探索[J]. 計算機教育,2010(19):61-63.
Specialty Construction of Cognitive Science in Xiamen University
CHEN Yidong, LI Shaozi, PAN Wei
(Department of Cognitive Science, School of Information Science and Technology, Xiamen University, Xiamen 361005, China)
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