基于图像的显示器隐通道传输编码技术研究文献综述

 2023-08-15 05:08

文献综述(或调研报告):

近年来,人们提出了许多从气隙系统中提取信息的方法,包括电磁、热、声、光隐蔽通道等。然而,作为一种典型的光通道,摄像方法很少被考虑到,因为它不那么隐蔽,因为它对人类是可见的。

M.Guri等人提出了一种利用装有红外led的监控摄像机[1],通过与空隙网络连接,发射调制红外光,由外部攻击者接收,并秘密接收红外信号的双向通信原型。同时M.Guri也提出了LED it GO[13]使用硬盘驱动器LED作为光信号传输信息。这两种方法存在的问题类似,Led很容易被遮挡住,所以对于信息银通道传输并不适合。而作为向用户显示信息的主要设备,屏幕完全或部分暴露,可以作为信号源。

Hu等人设计了一种用于检测LED显示屏闪烁的光学传感器[2],并通过控制亮度水平的微小变化创建了一个新的隐蔽通道。同时[11]介绍了一种新型的显示摄像机通信系统DisCo。DisCo使显示器和摄像机能够相互通信,同时还可以显示和捕获供人类使用的图像。信息是通过在高频下临时调节显示器亮度来传输的,这样人类就无法察觉这些信息。信息由滚动快门照相机接收,该照相机将经时间调制的入射光转换为空间闪烁模式。在拍摄的图像中,闪烁图案被叠加在显示器上显示的图案上。闪烁和显示模式通过捕获具有不同曝光的两个图像来分离。该系统在具有挑战性的真实环境中,如遮挡、可变显示尺寸、散焦模糊、透视失真和相机旋转等,都有很好的表现。与现有的几种可见光通信方法不同,DisCo使用现成的图像传感器。它与各种光源(包括显示器、单个LED)以及用光源照明的反射面兼容。论文中已经构建了硬件原型,在几个场景中演示了DisCo的性能。由于DisCo的健壮性、速度、易用性和通用性,它可以广泛应用于多种应用中,如广告、显示器与手机的配对、商店和博物馆中的标记对象以及室内导航

上面两种方法隐蔽性较好,并且在论文中也确实实现了数据发送和还原,然而缺点也比较明显。这两种方式都是在实验条件下做出来的,但是在实际应用中,用户在使用计算机时,屏幕上的亮区或暗区并不是很大,摄像机并不能很好地区分二者,导致了在数据传输的失败,这就限制了利用改变显示器亮度传输信息方法的应用。。

论文[7]中介绍了一种新型的光学隐蔽通道visiploit,它与其它光学方法不同,具有隐蔽性。利用了人类视觉感知的局限性,以便通过标准的计算机液晶显示器不引人注目地泄漏数据。论文中实验表明,从相机拍摄的照片中可以恢复出人类看不见的低对比度或快速闪烁的图像。因此,在受损计算机上的恶意代码可以获取敏感数据(如图像、加密密钥、密码),并将其投射到用户看不见和不知道的计算机LCD屏幕上,从而允许攻击者使用附近(可能是隐藏的)相机拍摄的照片重建数据。文中的研究产生了新的攻击模式,利用人类视觉感知的微妙机制。

所以VisiSploit只在明亮或黑色背景上嵌入秘密图像,这似乎是一个关键的先决条件。因此,M.Guri提出了一种基于人眼视觉限制的光学隐蔽信道[1],敏感信息(文本或二进制)通过液晶屏从有空隙的计算机中过滤出来。隐蔽通道利用人类视觉感知的局限性,在电脑屏幕上隐藏肉眼看不见的图像(用敏感数据编码)。这些图像可以由附近的数码相机采集,并通过数字图像处理进行重建。M.Guri的研究展示了屏幕摄像机隐蔽通道的可行性,并启发了利用人类视觉系统(HVS)特性的进一步研究。

Yi Zhang 等人在[8]中介绍了一种新的信息显示系统,它可以在不牺牲视觉质量的前提下,防止摄像机或摄像机拍摄到屏幕上的内容。该系统是在“视窗”概念的指导下,基于时间心理视觉调制(TPVM)的思想设计的。TPVM利用现代显示设备的冗余(在时空分辨率等方面)来超越人类视觉系统(HVS)的感知极限。WoV理论认为HVS的可感知时空频率与摄像机的可感知时空频率不同。因此,使用适当测量或估计的WoV,可以确定如何选择或设计显示设备和内容,以实现安全保护的目标,即防止屏幕内容被成像设备记录,同时不影响图像质量。我们已经建立了一个基于WoV的TPVM安全显示系统的原型。

Xiaolin Wu分析验证了基于时间心理视觉调制的图像/信息显示系统与方法[9].借此,F. Xiong等人在论文中[2]对空间频率低于15cyc/deg的人眼视觉系统的视窗进行了较为精确的测量。当对比度在100%左右,空间频率低于15cyc/deg时,CFF远高于60Hz,有时甚至在400Hz-500Hz左右。这一结果对涉及TPVM的应用具有一定的指导意义。在一些基于TPVM的应用中,如双视图医学图像可视化和不可见QR码[20],需要隐藏的信息可以选择其高于红线但不太高的时空频率,以保持摄像机可见,实现信息的隐藏传输。

论文[3]中L.Li等人根据上面理论提出了一种更通用的方法,适用于大多数通用的背景图像,如计算机壁纸、应用程序窗口和视频。根据LCD显示器的光谱测试,所产生的光的波长范围从400 nm到750 nm,在可见的范围内。因此,不可避免地,通过单个显示帧传输的隐蔽信息可以由摄像机和人接收。因为屏幕每秒刷新60次,所以很容易找到两个相似的帧。然后,我们保持第一个不变,在第二个图像中嵌入一个秘密的QR图像,方法是稍微修改其像素,而不会引起有效用户的怀疑。最后,通过监控摄像机或附近其他摄像机采集到的视频,重构出秘密二维码。 这里采用的方法是隐蔽的,即使在用户使用计算机时也不会引起怀疑。而且与VisiSploit相比,可以将数据嵌入到更复杂的彩色图像中,而不仅仅是具有明亮或黑色背景的图像。与Guri等人的方法相比,该方法在可感知性和对复杂彩色图像的适用性方面具有优势。

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