JPG图片格式及隐写方法

首先，先来介绍下JPG文件

JPG文件使用的是一种有损的压缩算法，通过去除冗余信息和不可见的细节来减少文件大小

JPG图片的组成：SQI(文件头)+APP0(图像识别信息)+DQT(定义量化表)+SOF0(图像基本信息)+DHT(定义HUFFMAN表)+DRI(定义重新开始间隔)+SOS扫描开始+EOI(文件尾)j

加粗部分是JPG图像构成所必须的部分

JPEG（Joint Photographic Experts Group）压缩方式主要分为以下四个步骤：

1. 颜色空间转换：将RGB颜色空间转换为亮度-色度（YCbCr）颜色空间。
2. 离散余弦变换（DCT）：对每个8×8像素块中的Y、Cb和Cr分量进行DCT变换，将其转换为频域表示。
3. 量化：对DCT系数进行进一步的量化。通过除以一个量化矩阵来降低更多的精度
4. 编码：使用哈夫曼(HUFFMAN)编码对量化后的DCT系数进行编码，以减小存储空间。

JPG文件的格式分为一个个的段来存储，段的长度和多少是不一定的。只要包含了足够的信息，那么JPG文件就是可以被打开的；。JPG文件的每个段都一定包含两部分：第一个是段的标识，第二个是段的长度。

既然说了JPG每个段一定包含两部分，那么先来讲讲每个段的结构

段的结构：

名称	字节数	数据	说明
段标识	1	FF	每个新段的开始标识
段类型	1	每个段都不同	类型编码
段长度	2	不固定	包括段内容和段长度本身，不包括段表示和段类型
段内容			≤65533字节

接下来我们使用010 Editor工具打开一个JPG图像来观察一下

圈起来的就是就是我所说的每个段所一包含的两部分的第一个部分，也就是段的标识。我们使用010 Editor工具可以发现，许多部分被划为了不同的颜色，这就是不同的段，圈起来的FF，就是每个段的开头，段的标识。

段类型

名称	标记码	说明
SOI	D8	文件头
EOI	D9	文件尾
SOFO	C0	帧开始
SOF1	C1	同上
DHT	C4	定义HUFFMAN(哈夫曼)表
SOS	DA	扫描行开始
DQT	DB	定义量化表
DRI	DD	定义重新开始间隔
APP0	E0	定义交换格式和图象识别信息
COM	FE	注释

SOI文件头

JPG文件的开始两个字节都是FF D8这是固定的

可以看到FF D8正是这个JPG文件的文件头

SOI后跟的就是APP0(图像识别信息了)

APP0格式

名称	字节数	值	说明
段标识	1	FF
段类型	1	E0
段长度	2	0010=16	如果有RGB缩略图就=16+3n
以下为段内容
交换格式	5	4A 46 49 46 00	"JFIF"的的ASCII码
主版本号	1
次版本号	1
密度单位	1	0=无单位;1=点数/英寸;2=点数/厘米
X像素密度	2		水平方向的密度
Y像素密度	2		垂直方向的密度
缩略图X像素	1		缩略图水平像素数目
缩略图Y像素	1		缩略图垂直像素数目

 

如上图，圈起来的就是APP0部分

DQT(定义量化表)

名称	字节数	值	说明
段标识	1	FF
段类型	1	D8
段长度	2	00 43=67	其值=3+n(当只有一个QT时)
以下为段内容
QT信息	1	0-3位：QT号;4-7位：QT精度(0=8bit，1字节;否则=16bit，2字节)
QT	n		n=64×QT精度的字节数

如上图，圈起来的就是DQT部分，全起来的可以看到是由两个部分的DQT

JPG文件里，一般是有两个DQT段的，分别为Y值(亮度)，C值(色度)

SOF0(图像基本信息) 

名称	字节数	值	说明
段标识	1	FF
段类型	1	C0
段长度	2	其值=8+组件数量×3
以下为段内容
样本精度	1	8	每个样本位数
图片高度	2
图片宽度	2
组件数量	1	3	1=灰度图,3=YCbCr/YIQ色彩图，4=CMYK彩色图
以下每个组件占3个字节
组件ID			01=Y，02=Cb，03=Cr，04=I，05=Q
采样系数			先把这一字节转换为二进制数，0-3字节表示垂直采样系数，4-7字节表示水平采样系数
量化表号

如上图，圈起来的就是SOF0，需要注意的是，如果FF后面跟的不是C0的话，比如C2及其他的字节，那么可能标表示图片采用了非标准的JPG格式或其他压缩算法

如果您遇到了SOF0第二字节处非C0的情况，那么可能有以下几种情况：

1. 图片使用了非标准的 JPEG 格式或者其他压缩算法。
2. 图片受损或者格式错误，导致解析时出现了错误的标记。
3. 该标记并不是 JPEG 格式中的有效标记，而是其他格式的标记或者数据中的随机值。

00 11：是组件数量，算法公式是=8+组件数量×3，00 11转换为十进制数为17，17=8+3×3，所以组件数量有3个

组件数量有三个，所以组件ID，采样系数，和量化表号都会有，分别是01 22 00，02 11 01，03 11 01

01 22 00：第一个字节是01，所以对应的是Y组件，22转换为二进制数是0010010，0-3位值是2，4-7位值也是2，所以垂直采样系数和水平采样系数都是2，第三个字节是0，所以量化表号是0。

02 11 01：第一个字节是02，所以对应的是Cb组件，11转换为二进制数是00010001，0-3位值是1，4-7位值也是1，所以垂直采样系数和水平采样系数都是1。第三个字节是1，所以量化表号是1。

03 11 01：第一个字节是03，所以对应的是Cr组件，11转换为二进制数是00010001，0-3位值是1，4-7位值也是1，所以垂直采样系数和水平采样系数都是1。第三个字节是01，所以量化表号是1。

DHT定义HUFFMAN表

名称	字节数	值	说明
段标识	1	FF
段类型	1	C4
段长度	2	其值=19+n(当只有一个HT表时)
以下为段内容
HT信息	1		这一字节需要转换为二进制数，然后观察第四位，第4位如果是0那么就是DC表，是1就是AC表，5-7位：必须0
HT位表	16		这16个数之和应该≤256
HT值表	n		n=表头16个数之和

如上图所示，一共有2个HUFFMAN表

(1)FF C4：定义了HUFFMAN表头两个字节

(2)段长度为2个字节：①是00 1B=27(不包含表头也就是FF C4)，27=(段长度2个字节+HT信息1个字节+HT位表16字节)+8(这个数代表HT表有8个字节)

(3)HT信息1字节：如上图，HT信息是00，00这个十六进制数转换为二进制数就是00000000，第四位是0，所以①是DC表

举例：如果这一字节数是10，那么转换为二进制数就是00010000，第四位数是1，那么就是AC表

(4)HT位表16个字节，这16个字节和要小于等于256

以①为例，00 02 03 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00这是HT位表的16个字节，加起来值为8，说明HT值表有8个字节

(5)HT值表有8个字节，也就是00 01 02 03 04 05 06 07这8个字节

SOS扫描开始

名称	字节数	值	说明
段标识	1	FF
段类型	1	DA
段长度	2	000C	其值=6+2x扫描行内组件数量
以下为段内容
扫描行内组件数量	1	3	必须≥1，≤4(否则错误)，通常为3
以下每个组件占2字节
组件ID	1		1=Y，2=Cb，3=Cr，4=I，5=Q
HUFFMAN表号	1		0-3位：AC表号，4-7DC表号
剩余三个字节	3		用途不明，忽略

(1)扫描行开头：2字节，FF DA

(2)段长度：2字节，这里是00 0C=12

(3)扫描行内组件数量：1字节，这里是03，代表组件数量为3

(4)每个组占用2字节：第一个字节是组件ID(1 = Y, 2 = Cb, 3 = Cr, 4 = I, 5 = Q)，组件ID和HUFFMAN表号为一组，占2字节，第二个字节的0-3位是AC表号，4-7位是DC表号。表号的值是0-3

01 00：Y组件，AC表号是0，DC表号是0

02 10：Cb组件，AC表号是1，DC表号是0

03 10：Cr组件，AC表号是1，DC表号是0

EOI文件尾

名称	字节数	值
段标识	1	FF
段类型	1	D9

这两个字节构成了JPG文件的尾部，FF D9后面是不会再有信息的，如果有，就可以判断应该是有插入的隐写信息的

讲完了结构，我们来讲讲JPG图像常见的隐写方法

修改DQT隐写

我们可以修改DQT里的内容，来做到隐藏内容

如上图，我们把不影响DQT的开头和段长度修改后，将其他每个字节都替换为了11，我们保存可以查看下原图和修改后的图片的区别

如上图，可以发现，修改后会比原图更明亮

jphide隐写算法

算法原理：使用blowfish算办法加密信息，利用控制表确定信息的隐藏位置及嵌入秘密的方式，同时结合blowfish生成的随机序列控制具体位置的嵌入。

隐写过程大致为：1.解压jpg图像，得到DCT系数。2.根据用户给定的密码对隐藏信息进行blowfish加密。3.利用blowfish算法生成伪随机序列，并根据此招到需要改变的DCT系数，将其末位改变为需要隐藏的信息的值。4.最后，把DCT系数重新压缩为JPG图片

JSteg隐写算法

算法原理：使用JPG图像量化后的离散余弦变换(DCT)系数的最低比特来承载秘密信息

隐写过程：1.需要确定的就是当前位置的DCT系数不能为0或1，不满足该条件则跳过，若满足条件则进行下一步。2.判断该位置的DCT系数的最低比特是否与秘密信息的比特数值相同，相同的话就结束本次操作，不相同就使用秘密信息比特替换

OutGuess隐写算法

OUustGuess的信息嵌入过程和JSteg完全一样，纠正阶段会修改DCT系数以消除在嵌入过程中造成的统计特征的变化。

OutGuess 0.2中加入了用户密钥设置，在整幅图像中根据密钥的不同按照一定的原则挑选DCT系数进行修改，是的嵌入信息随机化，难以被检测出来。

这里推荐两个工具，用来检测JPG图像是否存在隐写

一个是Steghide隐写工具，一个是Stegdetect

Steghide隐写工具：链接：https://pan.baidu.com/s/1PEw2y8j7gAAvqvFY7WHtGA 
提取码：a2le

Stegdetect隐写工具：链接：https://pan.baidu.com/s/1ddHbWew2oh2yuLV7T7uXoA 
提取码：c1r6

这边就不再讲解如何使用了，有兴趣的可以自己上别的博主那里查看一下