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篇1

關(guān)鍵詞:數(shù)字水印;系統(tǒng)模型;應(yīng)用領(lǐng)域;數(shù)字水印算法

中國分類號(hào):TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2009)35-10052-02

Discussion on the Digital Watermark Technology

ZHOU Liang

(Science and Technology Department, Jiujiang University, Jiujiang 332005, China)

Abstract: The digital watermark technology is the important method for the copyright protection. It has widespread application prospect in the multitudinous domains, including copyright protection, content authentication, duplication control, quality monitor, broadcast monitoring and so on. This article mainly introduces the concept, model and characteristic of the digital watermark and so on. It is a new kind of recent information camouflage technology and it is also the effective methods for solving the problems of copyright protection caused by the digital products.

Key words: digital watermark; system model; domain of application; digital watermark algorithm

近年來,隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,人們獲取信息和交流信息變得越來越方便。但是網(wǎng)絡(luò)在給人們帶來便利的同時(shí)也暴露了嚴(yán)重的安全問題:作品侵權(quán)更加容易,篡改也更加方便?，F(xiàn)有的版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)多采用密碼認(rèn)證技術(shù)(例如DVD光盤的安全密碼),但僅采用密碼并不能完全解決版權(quán)保護(hù)問題。

于是數(shù)字水印技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,數(shù)字水印技術(shù)是保障信息安全的一種普遍有效的技術(shù)手段。這些年來,數(shù)字水印技術(shù)得到了全世界學(xué)術(shù)界和商界的認(rèn)可。國際上有許多機(jī)構(gòu)紛紛開展對(duì)數(shù)字水印技術(shù)的研究。因此,數(shù)字水印技術(shù)成為當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)信息安全和數(shù)字媒體版權(quán)保護(hù)研究的熱點(diǎn)。

1 數(shù)字水印技術(shù)的概念和系統(tǒng)模型

1.1 數(shù)字水印技術(shù)的概念

數(shù)字水印技術(shù)(Digital watermarking)是往多媒體數(shù)據(jù)(如圖像、聲音、視頻等信號(hào))中添加某些數(shù)字信息(水印)而不影響原數(shù)據(jù)的視聽效果,并且這些數(shù)字信息可以部分或全部從混合數(shù)據(jù)中恢復(fù)出來,以達(dá)到版權(quán)保護(hù)等作用。

1.2 數(shù)字水印技術(shù)的系統(tǒng)模型

數(shù)字水印的通用模型包括水印嵌入、水印檢測(cè)或提取兩方面。如圖1所示的水印嵌入過程是將水印嵌入到作品中。圖2所示為一般水印檢測(cè)系統(tǒng)。輸入端為加入水印的作品、密鑰以及原始作品或原始水印。輸出端則輸出恢復(fù)的水印或檢測(cè)恢復(fù)水印與原始水印相似程度的結(jié)果。

2 數(shù)字水印的特性

嵌入數(shù)字多媒體中的信息必須具有以下基本特性才可以稱得上是數(shù)字水印。

1) 不可感知性:指向數(shù)字作品中嵌入的數(shù)字水印,是利用人類視覺或聽覺系統(tǒng)的特征,經(jīng)過一系列隱藏處理,嵌入的數(shù)字水印不會(huì)使得原始數(shù)據(jù)發(fā)生可感知的改變,也不能使得被嵌入的水印引起人的感知。

2) 安全性:數(shù)字水印中的信息應(yīng)該是安全的,難以被偽造。數(shù)字水印系統(tǒng)使用一個(gè)或多個(gè)密鑰來確保安全,防止修改和擦除水印。信息被隱藏在多媒體內(nèi)容中,并不因文件格式轉(zhuǎn)換而丟失,且未經(jīng)授權(quán)者不能檢測(cè)出水印。

3) 魯棒性:魯棒性也叫穩(wěn)健性,是指在經(jīng)歷多種無意或有意的信號(hào)處理過程后,數(shù)字水印仍能保持完整性或仍能被準(zhǔn)確鑒別。

4) 可證明性:數(shù)字水印技術(shù)能為受版權(quán)保護(hù)的信息產(chǎn)品的歸屬者提供完全可靠的證據(jù)。數(shù)字水印可以使已經(jīng)注冊(cè)用戶的號(hào)碼、產(chǎn)品標(biāo)志或者有意義的文字等嵌入到被保護(hù)的對(duì)象中,在需要時(shí)候可以將其提取出來,判斷數(shù)據(jù)是否收到保護(hù),并能夠監(jiān)視被保護(hù)數(shù)據(jù)的傳播以及非法復(fù)制,進(jìn)行真?zhèn)舞b別等。這實(shí)際上也是發(fā)展水印技術(shù)的基本動(dòng)力。

5) 不可檢測(cè)性:指嵌入水印后的數(shù)據(jù)與原始載體數(shù)據(jù)具有一致的特性。使非法攔截者無法判斷是否有隱藏信息。

6) 無歧義性:恢復(fù)出的水印或水印判決的結(jié)果能夠?yàn)樽髌返乃姓咛峁┪ㄒ豢煽康姆σ罁?jù),不會(huì)發(fā)生多重所有權(quán)的糾紛。

3 數(shù)字水印的典型算法

近年來,數(shù)字水印技術(shù)研究取得了很大的進(jìn)步,人們提出了許多有效算法。

1) 最低有效位方法(Least Significant Bit):此算法首先把二維水印信號(hào)按象素點(diǎn)逐一插入到原始圖像象素值的最低有效位(LSB),所以這種算法也被稱為LSB算法。由于水印信號(hào)被安排在了最低位上,它是不可見的,但是基于同樣的原因,它可以輕易地被移去,因此也是不穩(wěn)健的。

2) Patchwork算法:此算法是一種基于統(tǒng)計(jì)的數(shù)字水印嵌入方法。在Patchwork算法中,一個(gè)密鑰用來初始化一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,而這個(gè)偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器將產(chǎn)生載體中放置水印的位置。該算法首先隨機(jī)選取N對(duì)象素點(diǎn),然后通過增加象素對(duì)中一個(gè)點(diǎn)的亮度值,而相應(yīng)降低另一個(gè)點(diǎn)的亮度值的調(diào)整來隱藏信息。

3) 壓縮域算法:基于JPEG、JPEG2000、MPEG-2、MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的壓縮域數(shù)字水印系統(tǒng)不僅節(jié)省了大量的完全解碼和重新編碼過程,而且在數(shù)字電視廣播及VOD(Video on Demand)中有很大的實(shí)用價(jià)值。相應(yīng)地,水印檢測(cè)與提取也可直接在壓縮域數(shù)據(jù)中進(jìn)行。

4) NEC算法:該算法由NEC實(shí)驗(yàn)室的COX等人提出,該算法在數(shù)字水印算法中占有重要地位,其實(shí)現(xiàn)方法是,首先以密鑰為種子來產(chǎn)生偽隨機(jī)序列,其次對(duì)圖像做DCT變換,最后用偽隨機(jī)高斯序列來調(diào)制(疊加)該圖像除直流(DC)分量外的1000個(gè)最大的DCT系數(shù)。該算法具有較強(qiáng)的魯棒性、安全性、透明性等。

5) 生理模型算法:這種算法主要是利用視覺模型與其它算法相結(jié)合,還有基于JPEG、MPEG標(biāo)準(zhǔn)的壓縮域算法,不僅節(jié)省了大量的完全解碼和重新編碼過程,而且在數(shù)字電視廣播及VOD(Video on Demand)中有很大的使用價(jià)值,不足之處是該算法人工實(shí)驗(yàn)花費(fèi)高。

4 數(shù)字水印的主要應(yīng)用領(lǐng)域

1) 版權(quán)保護(hù):計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得數(shù)字產(chǎn)品的拷貝非常容易,數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)是當(dāng)前的熱點(diǎn)問題。數(shù)字作品包括數(shù)字圖像、圖形、音樂、視頻、計(jì)算機(jī)軟件等。數(shù)字作品的所有者可用密鑰產(chǎn)生一個(gè)水印,并將其嵌入原始數(shù)據(jù),然后公開他的水印版本作品。

2) 隱藏標(biāo)識(shí)和安全通信:數(shù)字水印用于隱藏標(biāo)識(shí)時(shí),水印本身攜帶標(biāo)識(shí)信息,可在醫(yī)學(xué)、制圖、數(shù)字成像、數(shù)字圖像監(jiān)控、多媒體索引和基于內(nèi)容的檢索等領(lǐng)域得到應(yīng)用。數(shù)字水印的安全不可見通信將在國防和情報(bào)部門得到廣泛的應(yīng)用。

3) 篡改提示:當(dāng)數(shù)字作品被用于法庭、醫(yī)學(xué)、新聞及商業(yè)時(shí),常需要確定它們的內(nèi)容是否被篡改、什么位置被篡改、篡改的強(qiáng)度如何、以及如何修復(fù)等。通常采用脆弱的水印來標(biāo)定篡改的位置或強(qiáng)度,這樣的水印必須是全局的,并且對(duì)一個(gè)地方的破壞不影響其他地方水印的提取。

4) 使用控制:在數(shù)字產(chǎn)品的商業(yè)體系中,大家都希望有一種拷貝保護(hù)體制,可以用水印保護(hù)來約束數(shù)據(jù)的拷貝。例如一個(gè)帶有防拷貝功能的移動(dòng)存儲(chǔ)器,不能拷貝帶有表示“禁止拷貝”涵義的水印的數(shù)字產(chǎn)品。

5 結(jié)束語

數(shù)字水印正處在蓬勃發(fā)展的過程中,掌握其發(fā)展方向?qū)ρ芯繑?shù)字水印技術(shù)有著重要的意義,今后數(shù)字水印的技術(shù)研究將側(cè)重于提高數(shù)字水印算法的穩(wěn)健性、安全性、研究其在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用及作用。在信息化時(shí)代的今天,數(shù)字水印技術(shù)的研究具有重要的意義,數(shù)字水印技術(shù)將對(duì)保護(hù)各種形式的數(shù)字產(chǎn)品起到重要的作用。

參考文獻(xiàn):

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[2] 武兵.數(shù)字水印技術(shù)淺析[J].中國科技信息,2006(11).

篇2

關(guān)鍵詞：圖像水??；幾何攻擊；圖像分割

中圖分類號(hào)：TP301.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2011)28-6971-03

Research of Digital Watermarking Algorithm Technology

QIU Jing,XU De-zhi

(School of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Abstract: Digital image watermarking the research has made a lot of progress, but it is still difficult to resist geometric attacks, Based on rotation invariant and image normalization put forward a new kind of rotation and zooming constant image watermarking algorithm is proposed, the paper on some corresponding algorithm.

Key words: image watermarking; geometric attack; image segmentation

1 緒論

隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的媒體內(nèi)容已經(jīng)轉(zhuǎn)向數(shù)字化存儲(chǔ)和傳播，并且數(shù)字化的媒體信息已經(jīng)占據(jù)了電子商務(wù)市場(chǎng)的巨大份額，學(xué)者們嘗試通過加密和數(shù)字簽名技術(shù)來解決數(shù)字媒體內(nèi)容存在的信息安全問題。數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)超過10多年的歷史，并且取得了很大進(jìn)展，但它尚未成為數(shù)字內(nèi)容安全系統(tǒng)，越來越多的攻擊有效部位數(shù)字水印技術(shù)仍然面臨的問題。當(dāng)前數(shù)字水印算法抵抗水印幾何攻擊的效果差，構(gòu)成了難以衡量的威脅，極大地影響了數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展。

2 數(shù)字水印的研究現(xiàn)狀

數(shù)字水印是一種信息隱藏技術(shù)，一般來說，它需要正確插入嵌入式數(shù)字化改造產(chǎn)品，通常轉(zhuǎn)化為數(shù)字水印秘密信息。目前，數(shù)字水印算法已經(jīng)變得更豐富和更成熟。數(shù)字水印包括圖像處理，多媒體技術(shù)，模式識(shí)別，密碼學(xué)，信息和通信等學(xué)科領(lǐng)域，需要綜合利用這些不同領(lǐng)域的算法、思想和觀點(diǎn)。隨著數(shù)字水印在許多領(lǐng)域中具有巨大的潛在應(yīng)用市場(chǎng)，一些著名的實(shí)驗(yàn)室、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)都投入了大量的人力物力進(jìn)行水印技術(shù)的研究與開發(fā)。如美國的麻省工學(xué)院、英國劍橋大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)的ADVENT實(shí)驗(yàn)室、日內(nèi)瓦大學(xué)的數(shù)字水印研究組、德國國家信息技術(shù)研究所、美國NEC研究所、日本NTT信息與通信系研究中心、普林斯頓大學(xué)等等在數(shù)字水印領(lǐng)域都有較成功的研究。

3 數(shù)字水印的應(yīng)用領(lǐng)域

數(shù)字水印的主要應(yīng)用之一是版權(quán)保護(hù)，由主要生產(chǎn)數(shù)字水印作品擁有者，并嵌入原始數(shù)據(jù)，然后添加一個(gè)水印出版作品。當(dāng)該作品被盜版或者出現(xiàn)版權(quán)糾紛時(shí)，水印的提取和認(rèn)證能夠證明加水印作品的版權(quán)；其次數(shù)字水印技術(shù)可以對(duì)識(shí)別信息進(jìn)行編碼，從而替代動(dòng)態(tài)監(jiān)控技術(shù)。它利用自身嵌入在內(nèi)容之中的特點(diǎn)，無需利用廣播信號(hào)的某些特殊片段，因而能夠完全兼容于所安裝的模擬或數(shù)字的廣播基礎(chǔ)設(shè)備；其他的應(yīng)用領(lǐng)域還有對(duì)所有者鑒別、所有權(quán)驗(yàn)證、操作跟蹤、內(nèi)容認(rèn)證、拷貝控制。

4 數(shù)字水印算法研究

4.1 數(shù)字水印算法思想

本文提出了一種水印算法思想，首先，原始或者加水印的圖像被分割成一些同質(zhì)的區(qū)域，并提取出特征點(diǎn)。然后，定義圓形區(qū)域的水印嵌入和提取?；趫D像歸一化和方向分配，旋轉(zhuǎn)、縮放和平移不變的區(qū)域可以被用于水印的嵌入和提取。分割后的圖像采用混合廣義高斯分布建模，將這個(gè)模型作為對(duì)水印處理過程的各方面進(jìn)行數(shù)學(xué)分析的基礎(chǔ)，比如發(fā)生錯(cuò)誤的概率和嵌入強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。其流程如圖1所示。

4.2 水印嵌入算法

基于以上思想，首先，使用Harris和Laplace探測(cè)器提取主體圖像中穩(wěn)定的特征點(diǎn)；然后，根據(jù)特征尺度理論自適應(yīng)地確定局部特征區(qū)域，并使用圖像歸一化技術(shù)進(jìn)行歸一化處理；最后，根據(jù)預(yù)矯正補(bǔ)償理論，通過比較DFT的中頻數(shù)值，將一些數(shù)字水印嵌入到不重疊的歸一化的局部特征區(qū)域。

水印嵌入算法可以分為一下幾個(gè)步驟：

1） 通過密鑰K1產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)序列（數(shù)字水?。?，L是序列的長度，序列的數(shù)值屬于集合{0,1}。

2） 將Harris-Laplace探測(cè)器應(yīng)用于主體圖像，得到一個(gè)特征點(diǎn)的集合，作為局部特征區(qū)域的中心參考。

3） 對(duì)一組局部特征區(qū)域（圓形區(qū)域）進(jìn)行重構(gòu)。

4） 在每個(gè)特征區(qū)域進(jìn)行零填充操作，將圓形區(qū)域映射到的尺寸的塊（是圓形區(qū)域的半徑）。然后，對(duì)每個(gè)尺寸的塊進(jìn)行歸一化操作。

5） 將DFT變換應(yīng)用于每個(gè)歸一化之后的塊，獲得DFT頻譜，振幅譜和相位譜。

選擇和修正水印嵌入過程中DFT參數(shù)數(shù)值的過程如下：

首先，在Fk中選擇半徑r1和rL（r1＜rL），在半徑r1和rL之間的環(huán)形區(qū)域覆蓋了DFT變換域中的中頻部分。令為在局部特征區(qū)域中圍繞零頻率部分的同心圓，這里。

然后，根據(jù)密鑰K2，在Fk的第一象限中隨機(jī)選擇DFT的中間系數(shù)。

最后，從第一個(gè)點(diǎn)開始，間隔90°選擇兩個(gè)點(diǎn)，定位在DFT平面的上半?yún)^(qū)域。嵌入1比特水印的過程如下：

a） 計(jì)算之間原來幅度的差異

b） 修正DFT的中頻數(shù)值：

如果水印的為1比特，且Δ大于α，則沒有變化，否則

如果Δ小于，則沒有變化，否則

這里和是舊數(shù)值，是在局部特征區(qū)域第i個(gè)同心圓上在和兩點(diǎn)上的新數(shù)值。α是水印強(qiáng)度。α值增大也會(huì)增加水印算法的魯棒性，但是α值較小時(shí)嵌入的水印才是不可見的。因此在魯棒性和透明性之間也存在一個(gè)平衡問題。

另外，為了在DFT頻譜修正之后產(chǎn)生一個(gè)實(shí)值圖像，在DFT下半平面上的對(duì)稱點(diǎn)也必須轉(zhuǎn)換為完全相同的數(shù)值。

通過重復(fù)上述步驟，可以將L比特的水印嵌入到環(huán)形區(qū)域中。最后，可以通過IDFT變換獲得水印歸一化塊。

6）在不同的歸一化塊和水印歸一化塊之間計(jì)算不同差異圖像塊。

7）在對(duì)差異圖像塊進(jìn)行反向歸一化之后，在空間域增加原始?jí)K，可以得到水印塊。然后通過在每個(gè)水印塊上進(jìn)行零去除操作得到水印圓形區(qū)域。最后，用取代Ok。

通過在所有局部特征區(qū)域重復(fù)上述步驟（4）-（7）可以到水印圖像。

4.3 水印探測(cè)算法

探測(cè)過程使用特征點(diǎn)提取結(jié)果，接著使用自同步水印。在水印探測(cè)過程中，如果兩個(gè)嵌入的水印被探測(cè)到則說明水印存在。水印探測(cè)算法的步驟如下：

1） 原始水印是根據(jù)相同的密鑰K1產(chǎn)生的。

2） 將Harris-Laplace探測(cè)器應(yīng)用于接受到的圖像，得到一系列特征點(diǎn)，可以作為局部特征區(qū)域的參考中心。

3） 重建一組局部特征區(qū)域。

4） 在每個(gè)局部特征區(qū)域上進(jìn)行零填充操作，將圓形區(qū)域映射到的尺寸的塊（是圓形區(qū)域的半徑）。然后，對(duì)每個(gè)尺寸的塊進(jìn)行歸一化操作。

5） 將DFT變換應(yīng)用于每個(gè)歸一化之后的塊，獲得DFT頻譜，振幅譜。

和水印嵌入過程相似，第i個(gè)同心圓的DFT變換的中間系數(shù)是根據(jù)密鑰在第一個(gè)象限隨機(jī)選擇的，然后選擇兩個(gè)點(diǎn)）。提取的水印比特?cái)?shù)由以下決定：

這里上選擇的系數(shù)值。

通過重復(fù)上述步驟，可以得到提取的水印。

6） 探測(cè)過程中有一定的誤報(bào)率。為了估計(jì)這個(gè)錯(cuò)誤，比較提取的水印和原始的水印是十分必要的。對(duì)一個(gè)沒有水印的圖像，提取的比特?cái)?shù)被假設(shè)為獨(dú)立隨即變量，如果提取的比特?cái)?shù)和嵌入的相同則稱作成功提取，成功提取的概率為。假設(shè)。令r為在每個(gè)圓形區(qū)域成功提取的比特?cái)?shù)，L為水印序列的大小。然后，基于伯努利試驗(yàn)的假設(shè)，r是獨(dú)立于二項(xiàng)分布的隨機(jī)變量。如果一個(gè)圓形區(qū)域中提取的比特?cái)?shù)大于一個(gè)閾值則說明存在水印。這個(gè)閾值為T。因此，圓形區(qū)域的誤報(bào)率就是r≥T的累計(jì)概率：

此外，至少有兩個(gè)圓形區(qū)域成功提取水印才可以確定一幅圖像中存在水印。在這種準(zhǔn)則下，一幅圖像的誤報(bào)率為：

這里M是一幅圖像中所有圓形區(qū)域的數(shù)量。如果確定了，則可以計(jì)算出T。

如果至少兩個(gè)圓形區(qū)域成功提取水印，則說明提取成功，否則，提取失敗。

5 小結(jié)

近年來，在理論上取得了水印的快速發(fā)展，但在實(shí)踐中仍然有許多需要解決。將水印嵌入圖像的部分區(qū)域后，基于特征點(diǎn)的算法可以用于抵抗裁剪攻擊，與該技術(shù)結(jié)合可以抵抗更廣泛的幾何攻擊，具有較好的效果。

參考文獻(xiàn)：

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篇3

關(guān)鍵詞：數(shù)字水??；魯棒性；分形壓縮；IFS

中圖分類號(hào)：TP309 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044(2012)36-8763-02

數(shù)字水印技術(shù)是數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)的重要手段。通過將版權(quán)信息有效合理地嵌入到數(shù)字產(chǎn)品中，在版權(quán)認(rèn)證時(shí)又能夠及時(shí)將其提取出來，從而有力地保證了數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)。分形壓縮[1]著眼于圖像的自相似性（或局部自相似性），以IFS(迭代函數(shù)系統(tǒng))和拼貼定理為基礎(chǔ)，對(duì)原始圖像進(jìn)行分形編碼，從而大大減少了表示圖像的信息量。該文將數(shù)字水印技術(shù)與分形壓縮技術(shù)緊密結(jié)合，使得水印的魯棒性得到了很好的提高。

1 數(shù)字水印技術(shù)

對(duì)于一個(gè)靜態(tài)圖像，對(duì)其原始信號(hào)的頻域空間（通過將原始信號(hào)進(jìn)行頻域變換），運(yùn)用某種算法加入一個(gè)水印信號(hào)，或在一個(gè)寬信道上傳送一個(gè)窄帶信號(hào)[2] ，都可以看成是數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)。

如果用X表示數(shù)字產(chǎn)品的集合、W表示水印信號(hào)的集合、K 表示水印密鑰、G表示水印信號(hào)生產(chǎn)算法、E表示水印信號(hào)加入算法、D表示水印信號(hào)檢測(cè)算法，整個(gè)水印處理系統(tǒng)可用一個(gè)六元體（X，W，K，G，E，D）來描述。各個(gè)部分之間的關(guān)系可以理解成：G 利用K和X生成W，E再將W加入到X中，待到需要時(shí)，用D從已加入水印信號(hào)的X中提取出W，進(jìn)而對(duì)數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)進(jìn)行認(rèn)證。

2 分形壓縮技術(shù)

分形壓縮技術(shù)主要是通過分形圖像的自相似性（即圖像的局部與整體具有某種相似性），進(jìn)而對(duì)原始圖像進(jìn)行壓縮編碼與解碼的過程。通常可分為圖像分割、分割碼本、等距變換、編碼、參數(shù)量化、解碼六個(gè)子過程（如下）：

3 分形壓縮在數(shù)字水印中的應(yīng)用

由于分形壓縮可將一幅圖像大幅壓縮，比如一個(gè)256*256像素的灰度圖像，需要65536B去存儲(chǔ)，而經(jīng)過分形壓縮，僅需3954B存儲(chǔ)空間即可。在數(shù)字圖像中嵌入水印信號(hào)的時(shí)候，通過將原始水印信號(hào)分形壓縮后，再將水印信號(hào)的分形碼嵌入數(shù)字圖像中，而非像原來那樣嵌入水印原始信號(hào)，就可將水印信息成倍地嵌入。換句話說，原來數(shù)字圖像中只有一個(gè)水印信號(hào)，而現(xiàn)在卻有多個(gè)水印信號(hào)備份，即使有局部水印信號(hào)被篡改了，也可以通過其他備份信息來加以還原，因此水印的魯棒性大大提高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李水根,吳紀(jì)桃.分形與小波[M].北京:科學(xué)出版社,2002.

[2] 易開祥,石教英.一種自適應(yīng)二維數(shù)字水印算法[C].中國第二次信息隱藏與數(shù)字水印學(xué)術(shù)論文,2000:108-112.

篇4

 關(guān)鍵詞：數(shù)字水??；隱蔽性；魯棒性

     

      隨著信息時(shí)代的到來，特別是Internet的普及，信息的安全保護(hù)問題日益突出。當(dāng)前的信息安全技術(shù)基本上都以密碼學(xué)理論為基礎(chǔ)，無論是采用傳統(tǒng)的密鑰系統(tǒng)還是公鑰系統(tǒng)，其保護(hù)方式都是控制文件的存取，即將文件加密成密文，使非法用戶不能解讀。但隨著計(jì)算機(jī)處理能力的快速提高，這種通過不斷增加密鑰長度來提高系統(tǒng)密級(jí)的方法變得越來越不安全。另一方面，多媒體技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，需要進(jìn)行加密、認(rèn)證和版權(quán)保護(hù)的聲像數(shù)據(jù)也越來越多。數(shù)字化的聲像數(shù)據(jù)從本質(zhì)上說就是數(shù)字信號(hào)，如果對(duì)這類數(shù)據(jù)也采用密碼加密方式，則其本身的信號(hào)屬性就被忽略了。最近幾年，許多研究人員放棄了傳統(tǒng)密碼學(xué)的技術(shù)路線，嘗試用各種信號(hào)處理方法對(duì)聲像數(shù)據(jù)進(jìn)行隱藏加密，并將該技術(shù)用于制作多媒體的“數(shù)字水印”。

一、數(shù)字時(shí)代的密寫術(shù)———數(shù)字水印

數(shù)字水印（Digital Watermark）技術(shù)是指用信號(hào)處理的方法在數(shù)字化的多媒體數(shù)據(jù)中嵌入隱蔽的標(biāo)記，這種標(biāo)記通常是不可見的，只有通過專用的檢測(cè)器或閱讀器才能提取。數(shù)字水印是信息隱藏技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。嵌入數(shù)字作品中的信息必須具有以下基本特性才能稱為數(shù)字水?。?/p>

（一）隱蔽性

嵌入水印后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)相比，應(yīng)感覺不到差別。嵌入水印后的數(shù)據(jù)不應(yīng)該包括人們可以感覺到的失真而造成原始數(shù)據(jù)質(zhì)量下降，這是一個(gè)具有主觀性的屬性，因而目前沒有一個(gè)定量的標(biāo)準(zhǔn)來衡量。

（二）魯棒性

所謂魯棒性是指在經(jīng)歷多種無意或有意的信號(hào)處理過程后，數(shù)字水印仍能保持完整性或仍能被準(zhǔn)確鑒別。嵌入水印后的數(shù)據(jù)經(jīng)受對(duì)數(shù)據(jù)一些惡意的處理，譬如濾波、再量化、抖動(dòng)等以及一些蓄意的攻擊后，應(yīng)該還能得到嵌入的數(shù)據(jù)。

（三）密鑰的唯一性

即不同的密鑰不應(yīng)產(chǎn)生等同的水印。

（四）檢測(cè)的可靠性

      水印檢測(cè)出錯(cuò)的概率應(yīng)小于某一合適門限值。這一特性描述了水印檢測(cè)算法必須具有一定的確信度。

      二、數(shù)字水印的分類

數(shù)字水印技術(shù)可以從不同的角度進(jìn)行劃分。

      （一）按特性劃分

按水印的特性可以將數(shù)字水印分為魯棒數(shù)字水印和脆弱數(shù)字水印兩類。

（二）按水印所附載的媒體劃分

按水印所附載的媒體，我們可以將數(shù)字水印劃分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印等。

（三）按檢測(cè)過程劃分

按水印的檢測(cè)過程可以將數(shù)字水印劃分為明文水印和盲水印。明文水印在檢測(cè)過程中需要原始數(shù)據(jù)，而盲水印的檢測(cè)只需要密鑰，不需要原始數(shù)據(jù)。

（四）按內(nèi)容劃分

按數(shù)字水印的內(nèi)容可以將水印劃分為有意義水印和無意義水印。有意義水印是指水印本身也是某個(gè)數(shù)字圖像或數(shù)字音頻片段的編碼；無意義水印則只對(duì)應(yīng)于一個(gè)序列號(hào)。

（五）按用途劃分

按水印的用途，我們可以將數(shù)字水印劃分為票據(jù)防偽水印、版權(quán)保護(hù)水印、篡改提示水印和隱蔽標(biāo)識(shí)水印。

（六）按水印隱藏的位置劃分

按數(shù)字水印的隱藏位置，我們可以將其劃分為時(shí)（空）域數(shù)字水印、頻域數(shù)字水印、時(shí)/頻域數(shù)字水印和時(shí)間/尺度域數(shù)字水印。

三、數(shù)字水印的應(yīng)用

多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展和Internet的普及帶來了一系列政治、經(jīng)濟(jì)、軍事和文化問題，產(chǎn)生了許多新的研究熱點(diǎn)，以下幾個(gè)引起普遍關(guān)注的問題構(gòu)成了數(shù)字水印的研究背景。

      （一）數(shù)字作品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)

數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)是當(dāng)前的熱點(diǎn)問題。由于數(shù)字作品的拷貝、修改非常容易，而且可以做到與原作完全相同，所以原創(chuàng)者不得不采用一些嚴(yán)重?fù)p害作品質(zhì)量的辦法來加上版權(quán)標(biāo)志，而這種明顯可見的標(biāo)志很容易被篡改。“數(shù)字水印”利用數(shù)據(jù)隱藏原理使版權(quán)標(biāo)志不可見或不可聽，既不損害原作品，又達(dá)到了版權(quán)保護(hù)的目的。然而實(shí)事求是地說，目前市場(chǎng)上的數(shù)字水印產(chǎn)品在技術(shù)上還不成熟，很容易被破壞或破解，距離真正的實(shí)用還有很長的路要走。（二）商務(wù)交易中的票據(jù)防偽

隨著高質(zhì)量圖像輸入輸出設(shè)備的發(fā)展，特別是精度超過1200dpi的彩色噴墨、激光打印機(jī)和高精度彩色復(fù)印機(jī)的出現(xiàn)，使得貨幣、支票以及其他票據(jù)的偽造變得更加容易。另外，在從傳統(tǒng)商務(wù)向電子商務(wù)轉(zhuǎn)化的過程中，會(huì)出現(xiàn)大量過度性的電子文件，如各種紙質(zhì)票據(jù)的掃描圖像等。即使在網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)成熟以后，各種電子票據(jù)也還需要一些非密碼的認(rèn)證方式。數(shù)字水印技術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見的認(rèn)證標(biāo)志，從而大大增加了偽造的難度。

（三）聲像數(shù)據(jù)的隱藏標(biāo)識(shí)和篡改提示

數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)信息往往比數(shù)據(jù)本身更具有保密價(jià)值。沒有標(biāo)識(shí)信息的數(shù)據(jù)有時(shí)甚至無法使用，但直接將這些重要信息標(biāo)記在原始文件上又很危險(xiǎn)。數(shù)字水印技術(shù)提供了一種隱藏標(biāo)識(shí)的方法，標(biāo)識(shí)信息在原始文件上是看不到的，只有通過特殊的閱讀程序才可以讀取。這種方法已經(jīng)被國外一些公開的遙感圖像數(shù)據(jù)庫所采用。此外，數(shù)據(jù)的篡改提示也是一項(xiàng)很重要的工作?，F(xiàn)有的信號(hào)拼接和鑲嵌技術(shù)可以做到“移花接木”而不為人知，因此，如何防范對(duì)圖像、錄音、錄像數(shù)據(jù)的篡改攻擊是重要的研究課題?；跀?shù)字水印的篡改提示是解決這一問題的理想技術(shù)途徑，通過隱藏水印的狀態(tài)可以判斷聲像信號(hào)是否被篡改。

（四）隱蔽通信及其對(duì)抗

數(shù)字水印所依賴的信息隱藏技術(shù)不僅提供了非密碼的安全途徑，更引發(fā)了信息戰(zhàn)尤其是網(wǎng)絡(luò)情報(bào)戰(zhàn)的革命，產(chǎn)生了一系列新穎的作戰(zhàn)方式，引起了許多國家的重視。網(wǎng)絡(luò)情報(bào)戰(zhàn)是信息戰(zhàn)的重要組成部分，其核心內(nèi)容是利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密數(shù)據(jù)傳送。迄今為止，學(xué)術(shù)界在這方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思維模式，然而，經(jīng)過加密的文件往往是混亂無序的，容易引起攻擊者的注意。網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密通信有了新的思路，利用數(shù)字化聲像信號(hào)相對(duì)于人的視覺、聽覺冗余，可以進(jìn)行各種時(shí)（空）域和變換域的信息隱藏，從而實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。

四、數(shù)字水印的未來

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關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；數(shù)字水印；信息安全

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/ki.1672 3198.2016.22.090

1 引言

電力系統(tǒng)是指由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電環(huán)節(jié)組成的電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和消費(fèi)同時(shí)進(jìn)行的系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代社會(huì)電力系統(tǒng)發(fā)展不斷進(jìn)入信息化、多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，我國的電力通信網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。由于地區(qū)與地區(qū)的交易日益頻繁，電網(wǎng)需要將不同的地區(qū)聯(lián)系起來，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。現(xiàn)如今，越來越多的電力企業(yè)采用自動(dòng)化辦公，各種辦公文件在電力系統(tǒng)中傳輸過程中很有可能被非法盜取和篡改，會(huì)造成很嚴(yán)重的后果。為了解決多媒體在傳輸過程中的信息安全問題，數(shù)字水印技術(shù)被應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。

2 數(shù)字水印技術(shù)

2.1 數(shù)字水印定義

數(shù)字水印技術(shù)根據(jù)嵌入載體的類型劃分，可以分為圖像水印、文本水印、音頻水印以及視頻水印。數(shù)字水印技術(shù)是指利用數(shù)字載體中普遍存在的冗余數(shù)據(jù)與隨機(jī)性，在數(shù)據(jù)內(nèi)容中根據(jù)一定的算法嵌入不明顯的記號(hào)，不會(huì)影響到原來數(shù)據(jù)的內(nèi)容以及使用，這些記號(hào)通過有效的檢測(cè)方法可以被檢測(cè)到以及被提取出。

2.2 數(shù)字水印的特點(diǎn)

2.2.1 真實(shí)性

對(duì)于已嵌入水印的圖像，從視覺上來看和原始圖像是沒有差別的，也就是說，水印是不可見的，水印的加入不會(huì)影響到原始圖像的質(zhì)量以及作用。

2.2.2 魯棒性

魯棒性是指圖像在、傳輸和使用的過程中遭受到了各種程度的攻擊后，嵌入的水印信息依然是存在的，并且能被以一定的正確率檢測(cè)出來。

2.2.3 安全性

安全性是指嵌入的算法具有很強(qiáng)的抵抗有意攻擊與無意攻擊的能力，隱藏的信息不會(huì)輕易地被破壞，水印信息可以順利被提取出來。

2.2.4 不可檢測(cè)性

不可檢測(cè)性是指原始的圖像與加入水印的圖像具有一些一致的特性，這樣非法攔截者在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行攔截時(shí)候無法判斷其是否具有隱蔽的信息。

3 在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)中，各個(gè)發(fā)電廠、變電站、調(diào)度中心等時(shí)時(shí)刻刻都在進(jìn)行重要的信息的發(fā)送、接受以及轉(zhuǎn)換，保護(hù)這些重要的信息在傳輸?shù)倪^程中不發(fā)生差錯(cuò)十分必要，否則很容易引起大范圍的停電事故或者一次系統(tǒng)震蕩事故等嚴(yán)重危害。數(shù)字水印技術(shù)可以解決信息傳輸過程中的安全問題，保證電力系統(tǒng)傳遞數(shù)據(jù)的安全與可靠。對(duì)于電力系統(tǒng)的信息保護(hù)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 版權(quán)保護(hù)

在電力系統(tǒng)中，各個(gè)發(fā)電廠、變電站、調(diào)度中心產(chǎn)生的電信號(hào)都是非常重要的，一定要對(duì)它們進(jìn)行保護(hù)，避免被非法盜用。對(duì)于電力系統(tǒng)中的重要文檔資料，也一定要對(duì)文件進(jìn)行版權(quán)保護(hù)，避免被惡意篡改造成不可估量的損失。為此，一般選擇魯棒性強(qiáng)的水印算法，抵擋可能收到的攻擊，提高傳遞的可靠性。

3.2 隱蔽通信

電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸?shù)陌踩珕栴}已經(jīng)成了一個(gè)急需解決的問題。電力系統(tǒng)中一些電力設(shè)備的重要信息在傳輸?shù)倪^程中需要保護(hù)其準(zhǔn)確性以及安全性。例如若電價(jià)信息被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手截獲并且惡意篡改，那么將對(duì)電廠的經(jīng)濟(jì)效益造成重大的損失。通過數(shù)字水印技術(shù)，將電力系統(tǒng)中的重要信息進(jìn)行隱藏處理，以便提高信息傳輸?shù)目尚哦取?/p>

3.3 信息隱藏

電力設(shè)備的信息隱藏是指將電力系統(tǒng)中的重要信息作為水印信息嵌入到原有的數(shù)據(jù)中隱藏起來。通過水印檢測(cè)技術(shù)才可以查找到目標(biāo)設(shè)備。

4 結(jié)論

隨著電力系統(tǒng)信息化不斷發(fā)展，文本、圖像、音頻、視頻文件成了電力系統(tǒng)中重要信息的傳播媒介。在傳輸過程中若出現(xiàn)差錯(cuò)會(huì)嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的信息安全，數(shù)字水印技術(shù)具有很好的信息隱藏功能，將其運(yùn)用在電力系統(tǒng)中，可以使得數(shù)據(jù)在傳遞過程中避免遭受各種各樣的破壞，可以在發(fā)送和接收端用戶之間建立可靠的信任關(guān)系，提高數(shù)據(jù)在傳送過程中的安全性以及準(zhǔn)確性。隨著數(shù)字水印技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)將會(huì)具有更加廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]聶曉波.基于H.264壓縮域的視頻水印算法研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2014.

篇6

關(guān)鍵詞：數(shù)字水印技術(shù)；電子檔案；檔案保護(hù)

中圖分類號(hào)：G273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-291X（2013）17-0243-02

電子檔案一般是指以文字、圖像、視頻等形式存在的具有保存價(jià)值的電子文件。電子檔案與紙質(zhì)檔案和一般的電子文件相比較，其以磁盤、光盤等作為存儲(chǔ)介質(zhì)，并通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，這樣就容易被篡改、復(fù)制、偽造而不易發(fā)現(xiàn)，從而造成其原始性、真實(shí)性、完整性和保密性不同程度的破壞，為其信息根本性數(shù)據(jù)埋下安全隱患。這就要求在電子檔案的維護(hù)與應(yīng)用方面必須采取相關(guān)安全技術(shù)。而數(shù)字水印是一種不同于密碼學(xué)的信息隱藏安全技術(shù)，主要應(yīng)用于版權(quán)領(lǐng)域，起到和數(shù)字簽名相同的作用，即用于保護(hù)其內(nèi)容的原始性、真實(shí)性和完整性。

一、電子檔案的弱點(diǎn)

電子檔案內(nèi)容是以字節(jié)來表示和實(shí)現(xiàn)的，并通過比特形式產(chǎn)生和接收，其價(jià)值信息須借以數(shù)字讀取工具實(shí)現(xiàn)視覺和聽覺等感受，屬非實(shí)際的事物，這方面異于傳統(tǒng)的實(shí)體檔案。

相比于傳統(tǒng)類型的實(shí)體檔案而言，電子檔案有著自己的弱點(diǎn)：一是分離性。電子檔案的真實(shí)性表現(xiàn)為字節(jié)信息，而非其容易改變的格式或依附的媒體。在各種數(shù)字信息轉(zhuǎn)換中，電子檔案字節(jié)信息若未變化，其真實(shí)性表面看仍為真實(shí)的。如此看來，以傳統(tǒng)理念和方法來判斷電子檔案真實(shí)性就已經(jīng)不相適應(yīng)了。二是易復(fù)制性。被保護(hù)信息呈虛擬狀態(tài)的電子檔案，極易被修改、復(fù)制、粘貼和移動(dòng)等，且一般不留任何痕跡，以致電子檔案原始性、真實(shí)性和完整性遭到破壞。三是流動(dòng)性。電子檔案在數(shù)字平臺(tái)支持下，其保存和利用無局限性，可通過數(shù)字及信息技術(shù)在任意終端進(jìn)行訪問、存取等，并為利用者提供有效服務(wù)。

二、數(shù)字水印技術(shù)及其分類

數(shù)字水印指采用信息處理的方法將隱蔽的數(shù)字信息嵌入在電子文件和電子檔案中的文字、圖像、符號(hào)、數(shù)字等標(biāo)識(shí)性信息中，但隱蔽的數(shù)字信息一般是不可見的，只有借以專門的技術(shù)設(shè)備才能提取和檢測(cè)[1]。

數(shù)字水印技術(shù)在對(duì)電子檔案保護(hù)應(yīng)用時(shí)，由于其本身的技術(shù)特點(diǎn)支持和處理，不會(huì)破壞電子檔案原始數(shù)據(jù)的實(shí)際使用價(jià)值。這種技術(shù)的類型從外在層面上可簡(jiǎn)單地分為感知和不易感知兩種。感知型數(shù)字水印，是指可用肉眼看到水印，就像插入或覆蓋在圖像上的特殊標(biāo)識(shí)，一般呈較淡或半透明狀，直觀性強(qiáng)，當(dāng)所有權(quán)發(fā)生爭(zhēng)議時(shí)，可通過提取、檢測(cè)嵌入信息來證實(shí)法律權(quán)限歸屬[2]。不易感知型數(shù)字水印是指隱藏在數(shù)字產(chǎn)品數(shù)字信息中，就像加密技術(shù)，沒有特殊的密鑰就不能將其打開并讀取出有關(guān)水印信息，這種技術(shù)多用于音頻等電子檔案中[3]。

三、 數(shù)字水印技術(shù)實(shí)現(xiàn)電子檔案保護(hù)

（一）數(shù)字水印技術(shù)保護(hù)電子檔案原理

數(shù)字水印技術(shù)的原理是利用專門信息技術(shù)算法將一些標(biāo)志性的信息數(shù)據(jù)嵌入到電子檔案關(guān)鍵位置中，其不會(huì)影響原電子檔案的真實(shí)內(nèi)容及有效使用性，同時(shí)單從視覺效應(yīng)上也不可覺察到嵌入數(shù)據(jù)信息的存在實(shí)際。需驗(yàn)證時(shí)，可通過專業(yè)的讀取算法從電子檔案中提取嵌入的水印進(jìn)行驗(yàn)證。

（二）數(shù)字水印模型

數(shù)字水印的一般模型包括水印信息結(jié)構(gòu)、水印加載和水印檢測(cè)三個(gè)部分。設(shè)A為需技術(shù)保護(hù)的原始電子檔案，W為數(shù)字水印信息，K為密鑰。處理后的水印記為W′，其可以通過函數(shù)F（·）實(shí)現(xiàn)：W′=F（A，W，K）。水印加載：設(shè)嵌入算法為E、原始電子檔案為A、水印為W′，那么加入了水印后的電子檔案AW可表示為：AW=E（A，W′）。水印提?。z測(cè)）：設(shè)提取水印算法為D，那么輸出可以是0—1邏輯判斷，也可以是包含各種水印信息的水印數(shù)據(jù)流，如文本、圖像等。要驗(yàn)證原始電子檔案A和有爭(zhēng)議的檔案圖像（通常加了水?。〢W的一致性，只需計(jì)算：W″=D（AW，A，K），V（W，W″，K，ε）={1W 存在；0W不存在}。其中，W″為提取出的水印，K 為密鑰，函數(shù)V·為檢測(cè)算法，ε為判斷的閾值。

圖1 電子檔案中加載和檢測(cè)數(shù)字水印的過程

（三）數(shù)字水印技術(shù)對(duì)電子檔案保護(hù)實(shí)例分析

數(shù)字水印技術(shù)在電子檔案保護(hù)方面發(fā)揮著重要作用，扮演者重要角色。下面結(jié)合圖2以電子檔案重要內(nèi)容之一電子印章為例分析。

圖2 數(shù)字水印技術(shù)在電子印章中的應(yīng)用

從圖2中可看出，數(shù)字水印應(yīng)用于電子印章的第三層中，通過編制好的代碼令水印嵌入電子印章中。通過檢測(cè)水印即可觀察到電子檔案的原始數(shù)據(jù)是否被篡改：數(shù)字水印被技術(shù)性嵌入后，會(huì)滲透至原始信息的不同空間中，任何變動(dòng)即會(huì)破壞水印信息并能被發(fā)現(xiàn)，[4]從而體現(xiàn)數(shù)字防偽的有效性；通過水印完整性的提取也可驗(yàn)證圖像數(shù)據(jù)是否完整：在圖像數(shù)據(jù)信息中嵌入完整的水印信息，檢測(cè)時(shí)提取該信息，而后與原始數(shù)據(jù)信息進(jìn)行仔細(xì)對(duì)比，即可確定原始數(shù)據(jù)是否被修改過。

（四）數(shù)字水印處理后的電子檔案特點(diǎn)

通過對(duì)數(shù)字水印技術(shù)處理后的電子檔案的上述分析可以看出，它具有明顯的防篡改和防偽造功能、不可抵賴功能、身份認(rèn)證功能等較多優(yōu)勢(shì)。具體表現(xiàn)為以下特點(diǎn)。

1.安全性。通過技術(shù)性的專門算法嵌入在電子檔案信息數(shù)據(jù)中的數(shù)字水印數(shù)據(jù)由于其具有較強(qiáng)的隱蔽性能，一般情況下是難以被覺察的，更不易被擦除、篡改和偽造。同時(shí)，由于其具備較低的誤測(cè)率，數(shù)字水印會(huì)隨著原始數(shù)據(jù)信息的變化而改變，從而在一定技術(shù)手段支持下，我們就會(huì)很容易的檢測(cè)到原始數(shù)據(jù)變更與否。當(dāng)然，數(shù)字水印同樣對(duì)重復(fù)添加有著一般技術(shù)所缺乏的較強(qiáng)的抵抗性能。

2.隱蔽性。數(shù)字水印信息被技術(shù)性嵌入到電子檔案中后是不可感知的，當(dāng)然，被保護(hù)的電子檔案原始性數(shù)據(jù)信息也不會(huì)受到正常的有效使用和利用。雖然上文提到的易感知水印技術(shù)，如圖像水印等，在人的肉眼下是能被察覺和感知，但這種對(duì)水印信息的感知只是停留在對(duì)數(shù)據(jù)信息的表面而已，被嵌入的水印信息狀況如何，是否被篡改，肉眼仍是不可以確定的，換句話說，就是只有靠專業(yè)性的技術(shù)手段才可以把隱蔽的信息讀取出來。

3.魯棒性。作為電子檔案信息，不同于傳統(tǒng)的實(shí)體檔案，其利用的效率和方式顯而易見。這就要求電子檔案信息數(shù)據(jù)在傳輸、復(fù)制、粘貼、修改等多種形式的利用過程中，或者說不管經(jīng)受任何形式的信號(hào)處理，電子檔案本身的原始信息數(shù)據(jù)也不會(huì)被破壞，仍保持其原始性、真實(shí)性、完整性等特性。而數(shù)字水印技術(shù)正是實(shí)現(xiàn)這一功能的關(guān)鍵性技術(shù)。

4.可證明性。數(shù)字水印數(shù)據(jù)信息被技術(shù)性嵌入到電子檔案當(dāng)中，根據(jù)需要，可隨時(shí)提取和驗(yàn)證，以判斷電子檔案有關(guān)存儲(chǔ)信息是否有效、真實(shí)和完整，甚至可以用特殊的技術(shù)手段來控制被保護(hù)電子檔案數(shù)據(jù)信息的傳播以及非法復(fù)制、粘貼、偽造等。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)信息安全；數(shù)字水印技術(shù)；數(shù)字水印算法

中圖分類號(hào)： TS872 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

1網(wǎng)絡(luò)信息安全概述

網(wǎng)絡(luò)信息安全是網(wǎng)絡(luò)安全的核心。從廣義上講,凡是涉及到網(wǎng)絡(luò)信息的保密性、完整性、可用性、真實(shí)性和可控性的相關(guān)技術(shù)和理論都是網(wǎng)絡(luò)信息安全的研究領(lǐng)域,其主要技術(shù)包括監(jiān)控、掃描、檢測(cè)、加密、認(rèn)證、防攻擊、防病毒審計(jì)以及數(shù)字水印技術(shù)等等。

2數(shù)字水印的定義和基本特征

數(shù)字水印是指嵌入在數(shù)字作品中的圖像、文字、符號(hào)、數(shù)字等標(biāo)識(shí)性信息。它于1993年由Caronni最早提出,最初用于圖像中,之后研究人員將其逐漸擴(kuò)展到聲音、視頻等其他數(shù)字媒體。數(shù)字水印一般具有以下幾個(gè)基本特征:

2.1不可感知性

數(shù)字水印的嵌入不會(huì)明顯干擾原始數(shù)據(jù),不影響原始數(shù)據(jù)的正常使用,對(duì)信息接受者來說這一點(diǎn)變化是不易察覺的。

2.2隱蔽性與安全性

嵌入的數(shù)字水印通過統(tǒng)計(jì)的方法是不可能被發(fā)現(xiàn)的。同時(shí),數(shù)字水印中的信息難以被篡改或偽造,只有合法用戶才能夠檢測(cè)、修改水印。

2.3魯棒性(robust)

嵌入數(shù)字水印后的原始數(shù)據(jù)在經(jīng)歷一系列有意無意的數(shù)據(jù)處理(如: A/D和D/A轉(zhuǎn)換、重采樣、濾波、有失真壓縮、圖像旋轉(zhuǎn)、剪切、縮放、平移等)后出現(xiàn)失真時(shí),水印仍能保持完整性和準(zhǔn)確的可鑒別性;如果只知道部分?jǐn)?shù)字水印信息而又試圖去除或破壞數(shù)字水印則會(huì)導(dǎo)致原始數(shù)據(jù)嚴(yán)重降質(zhì)而不能被使用。數(shù)字水印的這一特征在版權(quán)保護(hù)方面具有重要作用。

3數(shù)字水印典型算法

3.1空域算法

(1) Schyndel算法:此算法首先把一個(gè)密鑰輸入一個(gè)m序列發(fā)生器來產(chǎn)生水印信號(hào),然后排列成二維水印信號(hào),按像素點(diǎn)逐一插入到原始圖像像素值的最低位。由于水印信號(hào)被安排在最低位上,它是不可見的;基于同樣的原因,它可以輕易地被移去,因此魯棒性較差。

(2)文本水印算法:文本數(shù)據(jù)的水印算法主要是通過輕微改變字符間距、行間距或是增加、刪除字符特征(如底紋線)等方法來嵌入水印。這些方法無法抵御攻擊,攻擊者通過把字符間距、行間距進(jìn)行隨機(jī)化處理而破壞水印。

(3) Patchwork算法:該算法首先隨機(jī)選取N對(duì)像素眾,然后通過增加像素對(duì)中一個(gè)點(diǎn)的亮度值,而相應(yīng)降低另一個(gè)點(diǎn)亮度值的方法來隱藏信息。

3.2頻域算法

(1)擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)。擴(kuò)展頻譜通信(spread spectrum communication)技術(shù)原理為:先計(jì)算圖像的離散余弦變換(DCT),然后將水印疊加到DCT域中幅值最大的前L個(gè)系數(shù)上(不包括直流分量),通常為圖像的低頻分量。該方法即使當(dāng)水印圖像經(jīng)過一些通用的幾何變形和信號(hào)處理操作而產(chǎn)生比較明顯的變形后仍然能夠提取出一個(gè)可信賴的水印。

(2) NEC算法。NEC算法由NEC實(shí)驗(yàn)室的Cox等人提出,在數(shù)字水印算法中占有重要地位。其工作原理是:首先由作者的標(biāo)識(shí)碼和圖像的Hash值等組成密鑰,以該密鑰為種子來產(chǎn)生偽隨機(jī)序列,該序列具有高斯N (0, 1)分布;再對(duì)圖像作DCT變換,用該偽隨機(jī)高斯序列來調(diào)制(疊加)圖像除直流(DC)分量外的1000個(gè)最大的DCT系數(shù)。該算法具有較強(qiáng)的魯棒性、安全性、透明性等。由于采用特殊的密鑰和不可逆的水印生成方法,因此可以有效防止IBM攻擊。

(3)生理模型算法。人的生理模型包括人類視覺系統(tǒng)HVS和人類聽覺系統(tǒng)HAS。利用生理模型的基本思想均是利用從視覺或聽覺模型導(dǎo)出JND (just noticeable difference)描述來確定在圖像或聲音的各個(gè)部分所能容忍的數(shù)字水印信號(hào)的最大強(qiáng)度,從而能夠避免破壞視覺或者聽覺的質(zhì)量。也就是說,利用生理模型來確定與數(shù)據(jù)相關(guān)的調(diào)制掩模,然后再利用其來嵌入水印,這一方法同時(shí)具有好的透明性和魯棒性。

3.3網(wǎng)絡(luò)水印算法

尹康康等人針對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中常用的三角形網(wǎng)絡(luò)模型,提出了一種網(wǎng)格水印算法方案。這個(gè)方案與I-Guskov的多分辨網(wǎng)格處理工具箱集成,不需要建立額外的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)行額外的復(fù)雜計(jì)算,而是直接在網(wǎng)格低頻成分中嵌入水印,并且在利用網(wǎng)格處理工具箱進(jìn)行網(wǎng)格處理時(shí),可以較好地保留水印,所使用的網(wǎng)格重采樣算法簡(jiǎn)單高效,使簡(jiǎn)化網(wǎng)格和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已改變的網(wǎng)格的水印槍測(cè)成為可能。

4數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域與前景展望

4.1用于數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)

目前,版權(quán)保護(hù)是數(shù)字水印技術(shù)的最為主要的應(yīng)用。對(duì)于數(shù)字作品,原創(chuàng)者如果加上明顯可見的標(biāo)志,不僅有損作品的質(zhì)量,而且很容易被拷貝和篡改。數(shù)字水印則利用密鑰產(chǎn)生水印,嵌入原始數(shù)據(jù),與原始數(shù)據(jù)合為一體,不可見或不可聽,對(duì)于作品外觀或質(zhì)量沒有明顯的改變,而且不易被篡改。當(dāng)團(tuán)體或者個(gè)人侵犯作品的版權(quán)時(shí),所有者可以從盜版作品和水印版作品中提取水印作為依據(jù),有效捍衛(wèi)自己的權(quán)益。IBM公司在其“數(shù)字圖書館”的軟件中就為用戶提供了數(shù)字水印的功能, Adobe公司也在Photoshop軟件中集成了Digimarc公司的數(shù)字水印插件,這些都是數(shù)字水印技術(shù)在版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域里面的典型應(yīng)用的例子。

4.2聲像數(shù)據(jù)的隱藏標(biāo)識(shí)和篡改提示

數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)信息往往比數(shù)據(jù)本身更具有保密價(jià)值,如遙感圖像的拍攝日期、經(jīng)度、緯度等。沒有標(biāo)識(shí)信息的數(shù)據(jù)有時(shí)甚至無法使用,但直接將這些重要信息標(biāo)記在原始文件上又很危險(xiǎn)。數(shù)字水印技術(shù)提供了一種隱藏標(biāo)識(shí)的方法,標(biāo)識(shí)信息在原始文件上是看不到的,只有通過特殊的閱讀程序才可以讀取。這種方法已經(jīng)被國外一些公開的遙感圖像數(shù)據(jù)庫所用。此外,數(shù)據(jù)的篡改提示也是一項(xiàng)很重要的工作?，F(xiàn)有的信號(hào)拼接和鑲嵌技術(shù)可以做到“移花接木”而不為人知,因此,如何防范對(duì)圖像、錄音、錄像數(shù)據(jù)的篡改攻擊是重要的研究課題?；跀?shù)字水印的篡改提示是解決這一問題的理想技術(shù)途徑,通過隱藏水印的狀態(tài)可以判斷聲像信號(hào)是否被篡改。

4.3隱蔽通信及其對(duì)抗

數(shù)字水印所依賴的信息隱藏技術(shù)不僅提供了非密碼的安全途徑,更引發(fā)了信息戰(zhàn)尤其是網(wǎng)絡(luò)情報(bào)戰(zhàn)的革命,產(chǎn)生了一系列新穎的作戰(zhàn)方式,引起了許多國家的重視,網(wǎng)絡(luò)情報(bào)戰(zhàn)是信息戰(zhàn)的重要組成部分,其核心內(nèi)容是利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密數(shù)據(jù)傳送。

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關(guān)鍵詞：電子印章；數(shù)字水?。粩?shù)字簽名；PKI

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2011)28-6957-02

Electric Seal System Based on Digital Watermark

ZHANG Chen-cheng1, LI Liang1, ZHOU Na1, NING Zi-lan2(Communication author)

(1.Hunan Agricultural Uniyersity East Science and Technology Academy, Changsha 410128, China; 2.Hunan Agricultural Uniyersity College of Science, Changsha 410128, China)

Abstract: To meet the security requirements of digital doucuments, a electric seal system combing PKI, digital signature and digital watermark was propose. In order to avoid forgery problem used in the traditional seal the electric seal embedded with digital signature and digital watermark are brought forward, and it prevent the secret document from the illegal modification and the function of identity authentication and non-repudiation is realized.

Key words: electric seal; digital watermark; digital signature; PKI

隨著網(wǎng)絡(luò)和電子政務(wù)的發(fā)展，傳統(tǒng)手工印章和紙質(zhì)文檔已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)辦公的需要。由此一種新型的可行性解決方案――電子印章被提出來。這種新型印章具有可靠性、保密性、不可抵賴性、防篡改的特點(diǎn)。能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下各種組織和個(gè)人身份印章的不可復(fù)制性、真實(shí)性、合法性，保證信息傳輸過程中的保密性，數(shù)據(jù)的完整性和行為的不可否認(rèn)性。電子印章使傳統(tǒng)手工方式與現(xiàn)代化信息手段相融合，真正實(shí)現(xiàn)電子印章的網(wǎng)絡(luò)化安全應(yīng)用。

1 電子印章系統(tǒng)

從總體來講，電子印章系統(tǒng)可分為兩個(gè)模塊：印章制作模塊和印章管理模塊。印章制作模塊主要包括用戶信息的管理，印章圖像的制作等功能；印章管理模塊主要包括對(duì)文檔蓋章即對(duì)蓋章文檔的驗(yàn)證等功能。系統(tǒng)總體框架如圖1。

印章和簽名都保存在Ukey（智能密碼鑰匙）中，蓋章需要提供Ukey并輸入正確的密碼。只有持有Ukey并能正確輸入密碼的人才可以對(duì)印章和蓋章后的文檔進(jìn)行合法性驗(yàn)證。

本系統(tǒng)結(jié)合PKI、數(shù)字簽名、數(shù)字水印等安全保障機(jī)制，可以具備以下特點(diǎn)：

1）安全性。系統(tǒng)使用數(shù)字簽名和數(shù)字水印實(shí)現(xiàn)對(duì)電子文檔和印章的保護(hù)，通過Ukey保證運(yùn)算過程中的安全性，實(shí)現(xiàn)對(duì)印章的安全性保護(hù)。

2）穩(wěn)定性。系統(tǒng)使用組件技術(shù)是蓋章程序完成嵌入文檔環(huán)境中，蓋章后的電子印章和文檔合為一體。

3）方便性。通過Ukey存放數(shù)字證書，密鑰，使用方便，便于攜帶。

4）直觀性。嵌入到文檔中的印章可以達(dá)到紙質(zhì)蓋章同樣的效果。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 PKI

PKI（public Key Infranstructure），即公鑰基礎(chǔ)設(shè)施。PKI是一種基于公開密鑰理論和技術(shù)建立起來的安全體系，提供一個(gè)安全框架，主要是解決網(wǎng)絡(luò)中的信任問題。[1]PKI通過可信任第三方機(jī)構(gòu)認(rèn)證中心在統(tǒng)一的安全認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范基礎(chǔ)上提供身份認(rèn)證，為網(wǎng)絡(luò)信息建立一個(gè)安全的運(yùn)行環(huán)境。本系統(tǒng)用戶身份認(rèn)證的憑證由CA發(fā)放數(shù)字證書。PKI的數(shù)字證書將使用者的身份及其公鑰信息綁定在一起，從而為使用者的身份提供權(quán)威保證。證書信息包括：證書版本號(hào)、證書序號(hào)、證書頒發(fā)者、有效起始時(shí)間、有效終止時(shí)間、證書主題信息。用戶將獲得的數(shù)字證書以及簽名用的密鑰存放在Ukey（智能密碼鑰匙）中。

2.2 數(shù)字簽名技術(shù)

數(shù)字簽名在ISO07498―2標(biāo)準(zhǔn)中定義為：“附加在數(shù)據(jù)單元上的一些數(shù)據(jù)，或是對(duì)數(shù)據(jù)單元所作的密碼變化，這種數(shù)據(jù)和變換允許數(shù)據(jù)單元的接受者用以確定數(shù)據(jù)單元來源和數(shù)據(jù)單元的完整性，并保護(hù)數(shù)據(jù)，防止被人進(jìn)行偽造”。文檔的完整性和不可抵賴性由數(shù)字簽名來保證。系統(tǒng)將數(shù)字簽名后的蓋章文檔信息與印章信息制作成水印嵌入印章圖片中，同時(shí)對(duì)蓋章后的文檔進(jìn)行加密，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓋章后的文檔和印章的保護(hù)。本系統(tǒng)采用SHA―1單向散列函數(shù)對(duì)文檔進(jìn)行數(shù)字簽名，該算法比MD5算法具有更好的抵抗窮舉攻擊。

2.3 數(shù)字水印技術(shù)

數(shù)字水印技術(shù)（Digital Watermarking）是信息隱藏學(xué)的一個(gè)分支。它通過一定的算法將一些標(biāo)志性信息直接嵌入到信息載體中，但不影響原內(nèi)容的價(jià)值和使用，并且不能被人的知覺系統(tǒng)察覺或注意到，只有通過專門的讀取手段才能提取。[2]

目前大多數(shù)水印制作方案都采用密碼學(xué)中的加密（包括公開密鑰、私有密鑰）體系來加強(qiáng)，在水印的嵌入、提取時(shí)采用一種密鑰，甚至幾種密鑰聯(lián)合使用，這樣即使信息的竊取者掌握了水印的提取方法也無法對(duì)水印進(jìn)行篡改。由此可見將數(shù)字水印技術(shù)與密碼學(xué)結(jié)合起來是實(shí)現(xiàn)電子印章的很好一個(gè)途徑。

數(shù)字水印從不同的角度可以進(jìn)行不同的分類。按水印的特性可以分為魯棒性數(shù)字水印和脆弱性數(shù)字水印兩類。魯棒性數(shù)字水印有很強(qiáng)的抗擾能力，且難以被去除，還能夠抵抗多種有意或偶然的攻擊或者失真，主要用于版權(quán)保護(hù)。而脆弱數(shù)字水印主要用于完整性保護(hù)，與魯棒性的要求相反，脆弱水印必須對(duì)信號(hào)的改動(dòng)很敏感，這種水印被加到宿主中，是為了使所有對(duì)于宿主信息的變化和處理都反映到恢復(fù)出來的數(shù)字水印上。人們根據(jù)恢復(fù)出的脆弱水印的狀態(tài)就可以判斷數(shù)據(jù)是否被篡改過，并可以借此判斷一些攻擊的過程和屬性。按數(shù)字水印的隱藏位置，可以將其劃分為空域數(shù)字水印和頻率域數(shù)字水印?？沼驍?shù)字水印是直接在信號(hào)空間疊加水印信息，而頻率域數(shù)字水印是在變換域上隱藏水印。

一個(gè)可靠的電子印章系統(tǒng)必須保證電子印章的不可復(fù)制、不可刪除，簽章過程的不可抵賴及已簽文檔內(nèi)容的真實(shí)性，為此我們?cè)谙到y(tǒng)中采用脆弱性水印。我們將印章ID，有效期制作成脆弱性水印嵌入空間域內(nèi)的最低有效位，這樣在檢測(cè)和提取水印時(shí)可以檢測(cè)出受損程度。水印嵌入過程如圖2所示。

在公文蓋章過程中，將文檔的數(shù)字簽名使用具有脆弱性的頻域算法嵌入印章中。用戶收到蓋章后的電子文檔，可以使用數(shù)字水印提取算法，驗(yàn)證電子文檔和印章的合法性。

為驗(yàn)證電子文檔的合法性，可以提取印章中的數(shù)字簽名水印，然后用印章持有者公鑰驗(yàn)證數(shù)字簽名。若一致，表明電子文檔未被篡改。

若要驗(yàn)證印章的真實(shí)性，可以從印章中提出水印，用印章制作者公鑰解密，將得到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中保存的數(shù)據(jù)比較，驗(yàn)證印章是否被修改。

3 結(jié)束語

電子印章系統(tǒng)采用Ukey，數(shù)字簽名，數(shù)字水印技術(shù)，PKI技術(shù)為電子文檔在網(wǎng)絡(luò)的安全傳輸提供保障。隨著信息化的發(fā)展，人們對(duì)信息安全的重視程度不斷提高，電子印章的應(yīng)用一定會(huì)越來越廣泛。

參考文獻(xiàn)：

[1] [美]wiliam Stallings.密碼編碼與網(wǎng)絡(luò)安全:原理與實(shí)踐[M].楊明,光輝,譯.北京:電子工業(yè)出版社,2001.

[2] 孫圣和,陸哲明,劉夏牧.數(shù)字水印技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

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關(guān)鍵詞：DCT；數(shù)字圖像水?。浑x散余弦；魯棒性

中圖分類號(hào)：TP309

1 數(shù)字水印技術(shù)研究的意義

由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，很多的數(shù)字化產(chǎn)品易于加工，非法的復(fù)制和拷貝也比較容易，這樣嚴(yán)重?fù)p壞了數(shù)字產(chǎn)品的完整性以及數(shù)字產(chǎn)品作者的版權(quán)。為了解決這一問題，因而提出了數(shù)字水印技術(shù)。

數(shù)字水印技術(shù)，從1993年Caronni正式提出數(shù)字水印到現(xiàn)在，無論國內(nèi)還是國外對(duì)數(shù)字水印的研究都引起了人們的關(guān)注。在國外方面，由于有大公司的介入和美國軍方及財(cái)政部的支持，雖然在數(shù)字水印方面的研究剛起步不久，但該技術(shù)研究的發(fā)展速度非常快。1998年以來，《IEEE圖像處理》、《IEEE會(huì)報(bào)》、《IEEE通信選題》、《IEEE消費(fèi)電子學(xué)》等許多國際重要期刊都組織了數(shù)字水印的技術(shù)?？?qū)ｎ}新聞報(bào)道，SPIE和IEEE的一些重要國際會(huì)議也開辟了相關(guān)的專題。IBM公司、日立公司、NEC公司、Pioneer電子公司和Sony公司等五家公司還宣布聯(lián)合研究基于信息隱藏的電子水印。國內(nèi)方面，我國的數(shù)字水印技術(shù)，也已經(jīng)取得了一定的研究成果，而且從學(xué)術(shù)領(lǐng)域的研究成果來看，我國的研究與世界水平相差的并不遠(yuǎn)，并且有自己的獨(dú)特研究思路。

數(shù)字水印的主要用途可以分為以下幾類：（1）版權(quán)標(biāo)識(shí)水印。數(shù)字水印將各種信息放在各種需要保護(hù)的數(shù)字產(chǎn)品中，即使經(jīng)過噪聲干擾、濾波、剪切、壓縮、旋轉(zhuǎn)等攻擊，水印仍可以繼續(xù)存在。例如Adobe公司在其著名的PS軟件Corel Draw圖像處理軟件中集成了Digimarc公司的數(shù)字水印插件。（2）篡改提示水印。檢測(cè)數(shù)字產(chǎn)品是否被修改、偽造等的處理的過程。（3）隱蔽標(biāo)識(shí)水印。在一些數(shù)字產(chǎn)品中，可以將數(shù)字水印嵌入作一些隱式注釋。（4）票據(jù)防偽水印。隨著現(xiàn)代各種先進(jìn)輸出設(shè)備的發(fā)展，使得各種票據(jù)的偽造變得更加容易，數(shù)字水印技術(shù)可以增加偽造的難度。因此，研究數(shù)字技術(shù)非常有必要性。

2 基于DCT數(shù)字圖像水印技術(shù)的研究

2.1 數(shù)字水印的概念

數(shù)字水印技術(shù)是指用信號(hào)處理的方法在多媒體數(shù)據(jù)中嵌入某些能證明版權(quán)歸屬或跟蹤侵權(quán)行為的隱蔽的信息，這些信息通常是不可見的，不容易被人的知覺系統(tǒng)覺察或注意到，這些隱藏在多媒體內(nèi)容中的信息只有通過專用的監(jiān)測(cè)器或閱讀器才能提取。通過這些隱藏在多媒體內(nèi)容中的信息，可以達(dá)到確認(rèn)內(nèi)容創(chuàng)建者，購買者或判斷內(nèi)容是否真實(shí)完整的目的。水印系統(tǒng)所隱藏的信息總是與被保護(hù)的數(shù)字對(duì)象或它的所有者有關(guān)。

2.2 DCT數(shù)字圖像水印的基本理論

其中圖像二維DCT變換（M取8或16）有許多優(yōu)點(diǎn)：

圖像信號(hào)經(jīng)過變換后，變換系數(shù)幾乎不相關(guān)，經(jīng)過反變換重構(gòu)圖像信道誤差和量化誤差將像隨機(jī)噪聲一樣分散到塊中的各個(gè)像素中去，不會(huì)造成誤差累積，并且變換能將數(shù)據(jù)塊中的能量壓縮到為數(shù)不多的部分低頻系數(shù)中去（即DCT矩陣的左上角）。對(duì)于給定圖像f（m，n）存在兩種DCT變換方法：一種是把圖像f（m，n）看成一個(gè)二維矩陣直接對(duì)其進(jìn)行DCT變換，然后嵌入水印，Cox[3]采用此種方法；另一種方法是與JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一，先把圖像分成8*8的不同小塊，再分別對(duì)每一塊進(jìn)行DCT變換，進(jìn)而嵌入水印，本文采用后一種方法嵌入水印。

一般數(shù)字水印應(yīng)具有如下的特征：無論經(jīng)過怎樣復(fù)雜的操作處理，通過水印算法仍能檢測(cè)到數(shù)字水印作品中的水印能力。即所謂的穩(wěn)健性；通過水印算法，嵌入水印后不能最終導(dǎo)致圖像的質(zhì)量在視覺上發(fā)生明顯變化，即視覺的不可感知性；通過數(shù)字水印算法能夠抵御非授權(quán)人的攻擊，同時(shí)檢測(cè)可以檢測(cè)到水印的概率，具有較高的安全性及有效性。

3 基于DCT的數(shù)字圖像水印算法系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 MATLAB軟件的介紹

MATLAB是目前最強(qiáng)大的編程工具之一，本文將利用MATLAB7.0軟件進(jìn)行基于DCT的數(shù)字水印算法的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

MATLAB語言簡(jiǎn)潔緊湊，庫函數(shù)豐富，程序書寫形式自由，運(yùn)算符豐富，使用方便靈活。MATLAB具有結(jié)構(gòu)化的面向?qū)ο缶幊痰奶匦?，可移植性好，且具有較強(qiáng)的圖形編輯界面和功能強(qiáng)大的工具箱。同時(shí)，MATLAB中的源程序具有開放性，可以通過對(duì)其的修改使其變成新的程序。不足之處是，MATLAB的程序執(zhí)行速度較慢。利用MATLAB研究數(shù)字水印技術(shù)集成了DCT等函數(shù)，方便了研究人員編寫源程序，易實(shí)現(xiàn)。使用了MATLAB中很多的工具箱。

3.2 基于DCT的數(shù)字圖像水印算法系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.2.1 需求分析

離散余弦變換（Discrete Cosine Transform）簡(jiǎn)稱DCT，基于DCT域的數(shù)字水印算法，可以分為兩大類，一類是直接對(duì)整幅圖像進(jìn)行DCT整體計(jì)算，然后嵌入水印。另一類是先將整幅圖像分成塊，對(duì)每一塊分別進(jìn)行DCT計(jì)算，最后再嵌入水印。由于分塊DCT計(jì)算速度比整體DCT計(jì)算速度快得多，因此目前DCT域的水印方法大多數(shù)是采用的分塊DCT方法。

基于DCT的數(shù)字圖像水印算法系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，可以提供用戶一個(gè)良好的交互手段，用戶可以利用本系統(tǒng)進(jìn)行水印的嵌入、提取、攻擊等，本系統(tǒng)的可交互的，可視化的特點(diǎn)為用戶研究基于DCT的數(shù)字圖像水印算法提供了方便。

3.2.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

（1）水印生成。通常是通過偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器或混沌系統(tǒng)來產(chǎn)生水印信號(hào)，通常需要對(duì)水印進(jìn)行預(yù)處理來適應(yīng)水印嵌入算法。

（2）水印嵌入。水印嵌入的準(zhǔn)則常用的有三種，分別為加法準(zhǔn)則、乘法準(zhǔn)則、加法乘法混合準(zhǔn)則，混合準(zhǔn)則近年來引起了人們的廣泛關(guān)注。

（3）水印提取。指水印被提取出來的過程。

（4）水印檢測(cè)。水印檢測(cè)是指判斷數(shù)字產(chǎn)品中是否存在水印的過程。

3.2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

一個(gè)完整水印系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常包括水印的生成、嵌入、提取和檢測(cè)四個(gè)部分。

通過選取實(shí)驗(yàn)圖片，點(diǎn)擊導(dǎo)入圖片，然后進(jìn)行水印的嵌入，再對(duì)嵌入水印的圖片進(jìn)行高斯噪聲、濾波、剪切、旋轉(zhuǎn)等攻擊實(shí)驗(yàn)后，可以繼續(xù)提取水印，進(jìn)行水印信號(hào)的檢測(cè)。

（1）嵌入水印的過程。論文采用的是分塊DCT算法，水印嵌入步驟如下：

1）將灰度宿主圖像分成互不覆蓋的8×8的塊，然后對(duì)每一塊都進(jìn)行DCT變換，得到與宿主圖像相同尺寸的DCT域；

2）我們用密鑰生成長度為NW的Gaussian白噪聲作為水印信號(hào)：W～N（0，1）；

3）將每個(gè)8×8的DCT系數(shù)矩陣從每一塊的中頻段取出（（64×Nw）/（M×N））個(gè)系數(shù)CK（i，j），k=1，2，…Bnum；

4）根據(jù)公式W′=W（1+alfa*mark）嵌入水印，其中alfa為尺度因子，mark為水印信息，W為原圖象的分塊DCT系數(shù)。

5）用得到的新的DCT系數(shù)對(duì)原來位置的DCT系數(shù)進(jìn)行置換。

6）對(duì)新的DCT系數(shù)矩陣進(jìn)行DCT反變換，得到了嵌入水印信號(hào)后的圖像。

4 結(jié)束語

本論文是在應(yīng)用了MATLAB7.0軟件，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了完整的數(shù)字圖像水印處理系統(tǒng)，包括水印的嵌入、提取與驗(yàn)證過程。所提出的方案均在該系統(tǒng)中進(jìn)行了驗(yàn)證。

數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展時(shí)間雖然不長，但其在版權(quán)保護(hù)、內(nèi)容的完整性以及認(rèn)證方面都做出了一定的貢獻(xiàn)。未來，數(shù)字水印在知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)、內(nèi)容認(rèn)證等方面會(huì)有一個(gè)更好的應(yīng)用前景。我們應(yīng)該抓住信息時(shí)代對(duì)于數(shù)字版權(quán)保護(hù)的迫切需求，開發(fā)出自己的水印產(chǎn)品。

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篇10

關(guān)鍵詞：視頻水??；隱密通信；重同步標(biāo)識(shí);噪聲攻擊

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-373X(2008)11-078-03オ

Secret Communication System Based on the Video Watermarking

ZHANG Yiwu

(Hunan National Vocational College,Yueyang,414000,China)

オ

Abstract：Traditional encryption communications easily be monitored and deciphered,a novel video-based digital watermarking technology secret communications system is designed.The secret data is encrypted and replaced according to BCH at first.And then,the coded data and resynchronization markers are embedded into the middle frequency coefficients in DCT domain.The experiment shows that:the system has performed well in anti-noise,video compression,and can achieve reliable data secret communication.

Keywords：video watermarking;secret communication;resynchronization marker;noise attracking

1 引 言

隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，網(wǎng)絡(luò)信息安全日益突出，通信系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信息安全問題也日益顯露出來。因此，如何在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)施有效的信息安全手段成為一個(gè)亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。傳統(tǒng)的通信安全是以密碼學(xué)為基礎(chǔ)的，即把相關(guān)數(shù)據(jù)加密成密文后進(jìn)行傳輸，以使非法攻擊者無法從密文中獲得真實(shí)信息，從而達(dá)到有效保護(hù)信息的目的[1,2]。但該方法也存在著很大的局限性：一方面，加密后的數(shù)據(jù)因其不可理解性，從而不利于信息的傳播；另一方面，信息經(jīng)過加密后容易引起攻擊者的好奇和注意，并有被破解的可能性，即使密碼的強(qiáng)度非常高而使破譯的成本非常高，但是攻擊者仍有足夠的手段進(jìn)行破壞。這里，可利用生理學(xué)模型，通過適當(dāng)?shù)牟呗詫㈦[密信息嵌入到視聽不敏感區(qū)域，則嵌入水印的宿主媒體便不會(huì)引起不良的視聽效果[3]。本文正是利用此特性，以實(shí)時(shí)傳輸?shù)囊曨l流為平臺(tái)，將要隱密傳輸?shù)男畔⒁詳?shù)字水印方式嵌入視頻流中傳輸，用以提高通信的安全性。實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)的偽裝性是傳統(tǒng)加密通信無法比擬的，且攻擊者很難獲取隱藏信息。

2 系統(tǒng)基本架構(gòu)

基于視頻水印的隱密通信系統(tǒng)的基本模型如圖1所示，其中隱密信息是以數(shù)字水印方式嵌入到實(shí)時(shí)視頻中并進(jìn)行傳輸?shù)摹＿x擇視頻作為水印信息的載體是由于視頻可描述為時(shí)間的一維函數(shù)，在嵌入水印時(shí)可以減少運(yùn)算量和時(shí)間復(fù)雜度。另外,視頻節(jié)目數(shù)據(jù)量很大，通?？梢郧度胼^多的水印信息。同時(shí)，人們?nèi)粘Ｊ褂玫囊曨l通信軟件很大部分是雙向的，這使隱密信息的交互性成為可能。

圖1 視頻隱密通信系統(tǒng)的基本模型

3 水印的嵌入與提取算法

對(duì)于該隱密通信系統(tǒng)，其中隱藏的水印數(shù)據(jù)在通信過程中難免會(huì)遭到攻擊或破壞,而當(dāng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)遭到攻擊或破壞時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致同步丟失和字節(jié)的位漂移。這時(shí)，即使提取的水印信息從比特意義上來說是正確的，當(dāng)將這些提取的比特組成字節(jié)時(shí)，則可能會(huì)是一串無意義的亂碼。對(duì)此，本文設(shè)計(jì)了一種快速的可隨機(jī)檢測(cè)的穩(wěn)健視頻水印算法。

3.1 隱密數(shù)據(jù)的BCH編碼和置換

由于隱藏在視頻流中的水印數(shù)據(jù)在通信過程中會(huì)遭到有意和無意的攻擊，這里，在嵌入前，先將隱藏的信息進(jìn)行信道編碼[4]，以提高其穩(wěn)健性?？紤]到隱藏信息是可以字節(jié)的形式表示和存儲(chǔ)的[5]，為此文中為待嵌入和檢測(cè)的水印信息設(shè)計(jì)了一種(24，9)形式的BCH 碼，該BCH的生成多項(xiàng)式可用式(1)來表示：

И

g(x)=x15+x14+x13+x12+x10+x8+

x7+x6+x5+x4+1

(1)

И

其中，該BCH碼共有29個(gè)碼字，其漢明距為8，其可糾正不大于3比特的隨機(jī)誤碼。

接下來，將需要嵌入的隱密通信數(shù)據(jù)按式(2)進(jìn)行BCH編碼并置換：

И

Bj=f(key,Wi),0≤i

(2)

И

其中，Wi表示待嵌入的水印數(shù)據(jù),BjП硎BCH碼中的一個(gè)碼字，key為變換密鑰。

3.2 重同步標(biāo)識(shí)的選取和檢測(cè)

為了在出現(xiàn)視頻跳轉(zhuǎn)或視頻丟幀等情況時(shí)，能快速地檢測(cè)到正確的隱密信息，本文將會(huì)在嵌入水印數(shù)據(jù)的過程中，同時(shí)定期地嵌入一些重同步標(biāo)識(shí)(Resynchronization Marker,RM)。其中，重同步標(biāo)識(shí)是一個(gè)惟一的碼字，且不會(huì)是前面所選用的BCH碼的任何一個(gè)碼字重復(fù)。同時(shí)，也是判別視頻中是否嵌入了隱密和進(jìn)行重同步的標(biāo)志碼。即當(dāng)進(jìn)行水印檢測(cè)時(shí)，需先檢測(cè)重同步標(biāo)識(shí)以獲取水印嵌入的正確位置，才能正確地提取有意義的隱密信息。

為了提高重同步標(biāo)識(shí)的搜索效率和隱密信息的不可感知性。本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)選取N(N=24)位的偽隨機(jī)序列作為重同步標(biāo)識(shí)，該碼以十六進(jìn)制表示為：“0xF65A50”。它與前面所選的BCH信號(hào)集中的所有碼字的碼距都不小于9，即該重同步標(biāo)識(shí)發(fā)生不大于4比特的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，都不會(huì)與所選的BCH信號(hào)集中的任何一個(gè)碼字相混淆，從而具有較強(qiáng)的魯棒性。

同時(shí)，搜索重同步標(biāo)識(shí)是正確提取隱密信息的前提,但重同步標(biāo)識(shí)在傳輸過程中也可能會(huì)遭受攻擊而出錯(cuò)。對(duì)此，本文使用相似函數(shù)(式(3),式(4))來判斷是否檢測(cè)到了重同步標(biāo)識(shí)[5]。

И

MaxDiff(rm,rm′)=∑Ni=1|rm(i)－rm′(i)|

(3)

sync(rm,rm′)=1(檢測(cè)到重同步標(biāo)識(shí)),

MaxDiff(rm,rm′)≤Trm

0(未檢測(cè)到重同步標(biāo)碼),

MaxDiff(rm,rm′)>Trm

(4)

И