信息安全畢業(yè)設(shè)計(jì)論文—基于數(shù)字水印技術(shù)的文件水印設(shè)計(jì)

1、基于數(shù)字水印技術(shù)的文件水印設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) files watermark based on watermarking design and implementation摘 要自從互聯(lián)網(wǎng)誕生以來(lái)，信息技術(shù)高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用越來(lái)越普及，信息化的社會(huì)已經(jīng)呈現(xiàn)出越來(lái)越廣闊的前景，全球迅猛發(fā)展的internet網(wǎng)絡(luò)給世界經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了新的商機(jī)，數(shù)字技術(shù)提供了與原作品同樣精美的復(fù)制品，但同時(shí)使得網(wǎng)絡(luò)作品的版權(quán)保護(hù)問(wèn)題日益突出。對(duì)數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)追在眉睫，數(shù)字水印便應(yīng)運(yùn)而生，數(shù)字水印是近年來(lái)出現(xiàn)的數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)技術(shù)?？蓴y帶有版權(quán)信息和認(rèn)證信息，保護(hù)數(shù)字產(chǎn)品的合法拷貝和傳播是當(dāng)前國(guó)際學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。本文首先介紹

2、信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀，接著介紹數(shù)字水印相關(guān)理論，從古隱寫(xiě)術(shù)出發(fā)，緩緩引出數(shù)字水印技術(shù)，闡述其分類(lèi)及特點(diǎn)，并按各種數(shù)字水印技術(shù)的特點(diǎn)的不同，分析比較幾種主流數(shù)字水印的解決方案，討論其中最適的應(yīng)用，并通過(guò)給出一種簡(jiǎn)單的數(shù)字水印解決方案示例，更直接的闡述數(shù)字水印技術(shù)，最后提出了數(shù)字水印下一步的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：數(shù)字版權(quán)保護(hù) 數(shù)字水印 abstract sincethebirth of the internet, information technology has rapid developed and network applications is becoming increasingly popul

3、ar. new commercial opportunity is emerged with internet expanding all over the world. with the development of the digital technology, copyright protection of the digital multimedia has to be solved. information-oriented society has been showing broad prospects, but information security issuesalso ha

4、ve been becoming increasingly prominent. one of that is thedigitalcopyright issuesa. copyright protection for digital products,chasingaround the corner, digital watermarking is copyright protection technologyfordigital productsin recent years. carryingcopyright informati- on and authentication infor

5、mation,theprotectionoflegitimatecopying and dissemination ofdigital productsarethe research focusoftheinternational academic community.this paper first introduces the status of information systems, and then introduces digital watermarking theory, ancient steganography starting slowly leads to the di

6、gital watermarking technology on its classification and characteristics of the different characteristics of the press a variety of digital watermarking technology, analysis and camparison of kinds of mainstream digital watermarking solutions, discussion of which the most suitable applications, and b

7、y giving a simple digital watermarking solution for example, more direct exposition of digital watermarking technology, and concludes with the future direction of development of the digital watermarking. key words: protection for digital copyright digital watermarking目 錄摘 要iabstractii目 錄iii緒 論11 信息系

8、統(tǒng)現(xiàn)狀31.1 信息系統(tǒng)面臨的主要威脅31.2 信息系統(tǒng)安全的主要因素42 隱寫(xiě)技術(shù)62.1 古隱寫(xiě)術(shù)62.2 現(xiàn)代隱寫(xiě)術(shù)73 數(shù)字水印83.1 數(shù)字水印的基本特征83.2 數(shù)字水印在各領(lǐng)域的應(yīng)用93.3 數(shù)字水印的分類(lèi)103.4 核心數(shù)字水印技術(shù)123.4.1 基于小波域算法的數(shù)字水印生成與隱藏算法123.5 數(shù)字水印典型算法143.5.1 空間域數(shù)字水印143.5.2 變換域數(shù)字水印154 簡(jiǎn)單的數(shù)字水印實(shí)現(xiàn)195 數(shù)字水印的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向235.1 研究現(xiàn)狀235.2 發(fā)展方向24結(jié) 論26致 謝27參考文獻(xiàn)28緒 論隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，人們不但可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)方便快捷

9、地獲得各種網(wǎng)絡(luò)作品信息，還可以得到與原始數(shù)據(jù)完全相同的復(fù)制品，由此引發(fā)的盜版問(wèn)題和版權(quán)紛爭(zhēng)已成為日益嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。傳統(tǒng)密碼技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)作品的內(nèi)容保護(hù)有很大的局限性，因此，數(shù)字水印技術(shù)已成為近來(lái)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。在多媒體版權(quán)保護(hù),媒體認(rèn)證技術(shù)方面有著別的加密技術(shù)所不具有的優(yōu)點(diǎn),并且之間有著很強(qiáng)的互補(bǔ)性。所謂數(shù)字水印技術(shù)，是在數(shù)字化的多媒體數(shù)據(jù)中嵌入隱蔽的水印標(biāo)記，并使人的感知系統(tǒng)察覺(jué)不出來(lái)，隱藏的水印標(biāo)記只有通過(guò)專(zhuān)用的檢測(cè)器才能提取出來(lái)的一種最新的多媒體保密技術(shù)。它是一種在開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保護(hù)多媒體版權(quán)的新型技術(shù)，可驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的版權(quán)擁有者、識(shí)別銷(xiāo)售商、購(gòu)買(mǎi)者或提供關(guān)于網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品內(nèi)容的其他附加信

10、息，并將這些信息以人眼不可見(jiàn)的形式嵌入在數(shù)字圖像或視頻序列中，用于確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的所有權(quán)和跟蹤侵權(quán)行為。除此之外，它在證據(jù)篡改鑒定，數(shù)據(jù)的分級(jí)訪(fǎng)問(wèn)，數(shù)據(jù)產(chǎn)品的跟蹤和檢測(cè)，商業(yè)視頻廣播和因特網(wǎng)數(shù)字媒體的服務(wù)付費(fèi)，電子商務(wù)的認(rèn)證鑒定，商務(wù)活動(dòng)中的票據(jù)防偽等方面也具有十分廣闊的應(yīng)用前景。數(shù)字水印技術(shù)自93年提出以來(lái)，由于它在信息安全上的重要地位，發(fā)展較為迅速。從公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)看，國(guó)際上在數(shù)字水印方面的研究剛開(kāi)始不久，但由于大公司的介入和美國(guó)軍方及財(cái)政部的支持，該技術(shù)研究的發(fā)展速度非?？臁?998年以來(lái)，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(guó)際重要期刊都組織了數(shù)字水

11、印專(zhuān)刊或?qū)ｎ}新聞報(bào)道。1996年5月，第一屆國(guó)際信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)在英國(guó)劍橋牛頓研究所召開(kāi)，至今該研討會(huì)已舉辦了六屆。在1999年第三屆信息隱藏國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)上，數(shù)字水印成為主旋律，全部33篇文章中有18篇是關(guān)于數(shù)字水印的研究1。隨著國(guó)外數(shù)字水印技術(shù)研究的高潮迭起，國(guó)內(nèi)專(zhuān)家和知名學(xué)者也對(duì)其產(chǎn)生了極大的興趣，業(yè)內(nèi)的許多有識(shí)之士紛紛加入到這方面研究的洪流中來(lái)，從各個(gè)方面對(duì)該技術(shù)開(kāi)展了廣泛而深入的研究，并且取得了許多高水平的研究成果。1999年12月，我國(guó)信息安全領(lǐng)域的何德全院士，周仲義院士，蔡吉人院士與有關(guān)應(yīng)用研究單位聯(lián)合發(fā)起并召開(kāi)了我國(guó)第一屆信息安全隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)。2000年1月，由國(guó)家“863

12、”智能專(zhuān)家組織中科院自動(dòng)化所模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)組織召開(kāi)了數(shù)字水印學(xué)術(shù)研討會(huì)，來(lái)自國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、國(guó)家信息安全測(cè)評(píng)論證中心、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)防科技大學(xué)、中山大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、天津大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、北京大學(xué)、北京理工大學(xué)、北京電子技術(shù)應(yīng)用研究所等單位的專(zhuān)家學(xué)者和研究人員深入討論了數(shù)字水印的關(guān)鍵技術(shù)，并報(bào)告了各自的研究成果。同時(shí)，國(guó)家“836計(jì)劃”，“973”項(xiàng)目，國(guó)家自然科學(xué)基金等都對(duì)數(shù)字水印的研究有項(xiàng)目資金支持。從目前的研究發(fā)展來(lái)看，我國(guó)相關(guān)學(xué)術(shù)領(lǐng)域的研究與世界水平相差不遠(yuǎn)，而且有自己獨(dú)特的研究思路。2006年6月17-18日于北京，2001年9月10日于西安，2002年8

13、月24-26于大連，2004年11月19-21于廣州中山大學(xué)分別召開(kāi)了第二、第三、第四、第五界信息隱藏學(xué)術(shù)討論會(huì)，標(biāo)志著我國(guó)對(duì)數(shù)字水印技術(shù)的研究已經(jīng)與國(guó)際同步了。1 信息系統(tǒng)現(xiàn)狀1.1 信息系統(tǒng)面臨的主要威脅威脅信息系統(tǒng)安全的因素是多方面的，對(duì)于不同的應(yīng)用環(huán)境，不同的威脅對(duì)系統(tǒng)的危害程度往往也是不同的。從總體上來(lái)看，威脅信息系統(tǒng)安全的主要類(lèi)型有以下幾種：1、竊取威脅源未經(jīng)過(guò)許可卻直接或間接獲得了對(duì)系統(tǒng)資源的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)，從中竊取有用的數(shù)據(jù)或者某種服務(wù)。最常見(jiàn)的例子是敏感信息在有意或者無(wú)意中泄露給了未授權(quán)的實(shí)體，如非法拷貝程序或數(shù)據(jù)文件。威脅源通過(guò)竊取口令獲得合法用戶(hù)的身份后，也可在系統(tǒng)中非法竊取所需

14、要的信息。未經(jīng)許可的個(gè)人依靠竊聽(tīng)的方法從網(wǎng)絡(luò)中獲得數(shù)據(jù)的可能性也是存在的，有如下幾種不同的竊聽(tīng)方法。搭線(xiàn)竊聽(tīng)：利用硬線(xiàn)連接，對(duì)通信線(xiàn)路上各次傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行截收。電磁竊聽(tīng)：利用無(wú)線(xiàn)電傳輸進(jìn)行截收。例如，對(duì)無(wú)線(xiàn)電和微波傳輸，或?qū)碾娮釉O(shè)備輻射出來(lái)的帶有信息的電磁能進(jìn)行截收。聲音竊聽(tīng)：對(duì)人的語(yǔ)音或者由打印機(jī)和發(fā)送設(shè)備發(fā)出的聲波進(jìn)行截收。2、篡改威脅源雖然未經(jīng)許可，但成功地獲得了對(duì)系統(tǒng)某項(xiàng)資源的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)并更改該項(xiàng)資源。如刪除消息的全部或者部分；插入一些無(wú)意義或有害的消息；修改信息的流向、次序、內(nèi)容或形式；更改數(shù)據(jù)的值，修改某個(gè)程序以使其完成一項(xiàng)特定的功能，甚至還可能格式化硬盤(pán)、更改硬件等。某些情形的更改

15、可以用簡(jiǎn)單的措施檢測(cè)出來(lái)，而一些更精妙的更改卻很難發(fā)現(xiàn)或者檢測(cè)。3、偽造威脅源在未經(jīng)許可的情形下，在系統(tǒng)中產(chǎn)生出虛假的數(shù)據(jù)或服務(wù)。例如，電子商務(wù)中威脅源可能希望在網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中加上假的交易，或者在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)中修改記錄。4、拒絕服務(wù)威脅源使系統(tǒng)的資源受到破壞或不能使用，從而使得數(shù)據(jù)的流動(dòng)或所提供的服務(wù)被中止。用戶(hù)的誤操作、軟硬件出現(xiàn)故障等均可能引起系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)或軟件的破壞，因而使得計(jì)算機(jī)不得不停止工作。隱藏在計(jì)算機(jī)中具有破壞性的病毒程序被激活后，可能會(huì)毀掉系統(tǒng)中某些重要的數(shù)據(jù)，甚至可能刪除系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)且使其無(wú)法恢復(fù)，更嚴(yán)重的可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。又例如，一些不法分子通過(guò)斷電設(shè)置障礙，采用

16、縱火、爆炸、盜竊通信設(shè)備等手段導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件遭到破壞，使計(jì)算機(jī)及通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作。此外，在網(wǎng)絡(luò)通信中還可能出現(xiàn)以下幾種情況。1、重放在網(wǎng)絡(luò)通信中重放以前截收到的過(guò)時(shí)的信息，使收方落入陷阱。2、冒充一個(gè)實(shí)體假冒另一個(gè)實(shí)體的身份是一種常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)攻擊手段。例如，在甲、乙雙方通信時(shí)，可能是丙在冒充乙的身份與甲通信，而甲并不知道，由此引起甲受到經(jīng)濟(jì)上甚至政治上的損失。3、抵賴(lài)在網(wǎng)絡(luò)通信中，用戶(hù)可能為了自身的利益，否認(rèn)自己曾經(jīng)有過(guò)的行為，如否認(rèn)發(fā)出過(guò)某些信息，或否認(rèn)收到了某些信息。1.2 信息系統(tǒng)安全的主要因素從對(duì)信息系統(tǒng)安全的保護(hù)方法來(lái)考慮，信息系統(tǒng)安全可分為以下4類(lèi)。1、物理安全造成系統(tǒng)不安

17、全的因素很多，如自然災(zāi)害，環(huán)境干擾等。因此，計(jì)算機(jī)應(yīng)安置在安全可靠的地方，能防火、防水、防雷擊、防盜、防塵、防電磁干擾等。例如，建立防護(hù)圍墻、安裝避雷設(shè)備、安裝防電磁泄漏的屏蔽設(shè)備等。但是，僅僅使用物理安全控制措施不能解決分布式系統(tǒng)的安全問(wèn)題，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的不斷擴(kuò)充，物理安全的作用在不斷減小，很難保證任何系統(tǒng)都有完備的無(wú)力保護(hù)措施。2、人事安全造成系統(tǒng)不安全的因素還可能來(lái)自于工作人員失誤和管理不嚴(yán)。另外，如果內(nèi)部工作人員入侵或者內(nèi)部工作人員與外部人員勾結(jié)起來(lái)進(jìn)行破壞，則會(huì)對(duì)信息系統(tǒng)構(gòu)成特別嚴(yán)重的威脅，正所謂“家賊難防”。因此，在人事上必須加強(qiáng)管理，如派專(zhuān)人警衛(wèi)，防止壞人對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行破壞或者

18、盜竊。嚴(yán)格對(duì)工作人員的審查，要求工作人員忠實(shí)可靠，制定工作人員必須遵守的規(guī)章制度，減少工作中的失誤。3、法律安全系統(tǒng)的不安全因素更多的是來(lái)自于人為的破壞，包括對(duì)硬部件及對(duì)軟件、數(shù)據(jù)的破壞和和竊取。入侵者的主觀愿望雖然各異，但對(duì)信息系統(tǒng)破壞是相同的。除了加強(qiáng)安全管理之外，還應(yīng)借助于法律手段來(lái)對(duì)信息系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)。4、技術(shù)安全技術(shù)安全是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身在運(yùn)行過(guò)程中，采用具有一定安全性質(zhì)的硬件、軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的安全保護(hù)，以使得在整個(gè)系統(tǒng)中，在一定程度上甚至完全可以保證系統(tǒng)在無(wú)意或惡意的軟件或硬件攻擊下仍能使得系統(tǒng)內(nèi)的信息不被破壞、增加、丟失和泄漏。隨著數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，國(guó)家的政治

19、、軍事機(jī)密和財(cái)富高度集中在各種信息系統(tǒng)中，竊取或破壞這些信息已成為當(dāng)今社會(huì)犯罪分子的主要攻擊目標(biāo)。因此，保護(hù)信息系統(tǒng)中信息的安全實(shí)際上已成為保護(hù)信息系統(tǒng)安全的最重要的目標(biāo)。在技術(shù)層面上，對(duì)信息系統(tǒng)安全的種種保護(hù)方法就是適應(yīng)系統(tǒng)的這種安全需要而產(chǎn)生的。在這里，信息主要是指存放在信息系統(tǒng)中的程序和數(shù)據(jù)。信息安全則是指這些程序和數(shù)據(jù)在被存儲(chǔ)、處理、執(zhí)行和傳輸中的安全，主要包括以下方面：保密性、完整性、可用性、可控性、抗抵賴(lài)性、可靠性2。2 隱寫(xiě)技術(shù)2.1 古隱寫(xiě)術(shù)隱寫(xiě)術(shù)是關(guān)于信息隱藏，即不讓計(jì)劃的接收者之外的任何人知道信息的傳遞事件（而不只是信息的內(nèi)容）的一門(mén)技巧與科學(xué)。隱寫(xiě)術(shù)英文作“stegano

20、graphy”，來(lái)源于約翰尼斯特里特米烏斯的一本看上去是有關(guān)黑魔法，實(shí)際上是講密碼學(xué)與隱寫(xiě)術(shù)的一本書(shū)steganographia中。此書(shū)書(shū)名來(lái)源于希臘語(yǔ)，意為“隱秘書(shū)寫(xiě)”。一般來(lái)說(shuō)，隱寫(xiě)的信息看起來(lái)像一些其他的東西，例如一張購(gòu)物清單，一篇文章，一篇圖畫(huà)或者其他“偽裝”（cover）的消息。隱寫(xiě)的信息通常已事先被某些傳統(tǒng)的方法加密，然后用某種方法修改一個(gè)“偽裝文本”（covertext），使其包含被加密過(guò)的消息，形成所謂“隱秘文本”（stegotext）。例如，文字的大小，間距，字體，或掩飾文本的其他特性可以被修改來(lái)包含隱藏的信息。只有計(jì)劃的接收者（他知道使用的隱藏技術(shù)）才能恢復(fù)出信息然后對(duì)其進(jìn)

21、行解密3。隱寫(xiě)術(shù)也已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史。歷史記載最早的隱寫(xiě)術(shù)實(shí)踐是在2500年前，古希臘斯巴達(dá)國(guó)王狄馬拉圖斯（demaratus）把“波斯人即將入侵希臘”的消息寫(xiě)在木板上，然后在上面涂層蠟并派人把它送回希臘，通知那里的人民。大約同一時(shí)期，古希臘米利都的君主希斯忒奧斯(histiaeus)曾經(jīng)把密信寫(xiě)在奴隸的光頭上；等頭發(fā)重新長(zhǎng)出來(lái)后，再派他到收信方那里去；對(duì)方只需把那個(gè)奴隸的頭發(fā)剃光，就可以看到信的內(nèi)容。當(dāng)然，這兩種隱寫(xiě)術(shù)都很原始，效率低并且不是很安全。常用的隱寫(xiě)術(shù)是用“隱顯墨水”（sympathetic inks）書(shū)寫(xiě)，這種墨水只有經(jīng)過(guò)某種處理才會(huì)顯現(xiàn)。如在上一章所介紹，中國(guó)古代使用的“礬書(shū)”，

22、只有被弄濕了，它才會(huì)顯現(xiàn)文字。近代以來(lái)，由于化學(xué)的進(jìn)步，各國(guó)的秘密通信的專(zhuān)家們找到了無(wú)數(shù)種類(lèi)的隱顯墨水。職業(yè)間諜幾乎不會(huì)把隱跡墨水寫(xiě)在空白紙上，因?yàn)樗绻唤孬@的話(huà)很容易引起懷疑。使用隱顯墨水的一般做法是，按通常的樣子打印或手寫(xiě)一份假信，然后用該墨水在行間寫(xiě)上密文。也可以把密文寫(xiě)在看上去很平常的信件或照片的背面；或與可見(jiàn)文字形成一定的角度，把密文斜寫(xiě)在信紙上。另一種常用的做法是，把隱顯墨水涂在書(shū)或雜志中分散的字母上。收到書(shū)或雜志后，就令墨水顯跡，然后順序讀這些有標(biāo)記的字母，就獲得了信文內(nèi)容。由此可見(jiàn)，隱寫(xiě)術(shù)是一門(mén)古老而有趣的安全傳遞秘密信息的方法，從中國(guó)古代文人的藏頭詩(shī)到德國(guó)間諜的隱寫(xiě)信，從古

23、希臘的蠟板藏書(shū)到現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)隱藏通信，無(wú)不蘊(yùn)藏著人類(lèi)的智慧。機(jī)關(guān)信息隱藏技術(shù)已經(jīng)有久遠(yuǎn)的研究和應(yīng)用歷史，但是在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，信息隱寫(xiě)的手段和應(yīng)用條件是十分有限的。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，信息隱藏技術(shù)無(wú)論在研究領(lǐng)域還是在實(shí)際應(yīng)用中都未受到關(guān)注。2.2 現(xiàn)代隱寫(xiě)術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，古老的隱寫(xiě)術(shù)在信息時(shí)代又稱(chēng)為新的研究熱點(diǎn)。在數(shù)字化、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等這些新時(shí)代的產(chǎn)物的孕育中，基于信息理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論、認(rèn)知心理學(xué)和現(xiàn)代信技術(shù)手段，載新的隱寫(xiě)術(shù)現(xiàn)在的信息隱藏技術(shù)因運(yùn)而生。新的內(nèi)涵，新的處延，新的方法，新的技術(shù)，使人們不得不重新審視和研究者一源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的信息安全技術(shù)。1996年在英國(guó)劍橋召開(kāi)的第一屆國(guó)際信息隱

24、藏學(xué)術(shù)研討會(huì)，標(biāo)志著信息隱藏作為一個(gè)新學(xué)科的誕生。隨后，國(guó)際上舉行了第211屆國(guó)際信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)。此外，ieee、acm、spie等一些知名學(xué)術(shù)組織在其主辦的學(xué)術(shù)會(huì)議和期刊中葉包含了信息隱藏方面大量的研究成果。我國(guó)在信息隱藏技術(shù)領(lǐng)域的研究與國(guó)際上基本同步。1999年，在何德全、周仲義、蔡吉人三位院士的積極倡導(dǎo)下，由北京電子技術(shù)應(yīng)用研究所組織成立了信息隱藏專(zhuān)家委員會(huì)，定期主辦信息隱藏方面的學(xué)術(shù)會(huì)議4。信息隱藏技術(shù)在信息安全保障體系的諸多方面發(fā)揮著重要作用，主要可歸結(jié)為下列幾個(gè)方面：數(shù)據(jù)保密通信,身份認(rèn)證,數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)與盜版追蹤,完整性、真實(shí)性鑒定與內(nèi)容恢復(fù)3 數(shù)字水印數(shù)字水?。╠igi

25、tal watermarking）技術(shù)是將一些標(biāo)識(shí)信息(即數(shù)字水印)直接嵌入數(shù)字載體(包括多媒體、文檔、軟件等)當(dāng)中，但不影響原載體的使用價(jià)值，也不容易被人的知覺(jué)系統(tǒng)(如視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng))覺(jué)察或注意到。通過(guò)這些隱藏在載體中的信息，可以達(dá)到確認(rèn)內(nèi)容創(chuàng)建者、購(gòu)買(mǎi)者、傳送隱秘信息或者判斷載體是否被篡改等目的。數(shù)字水印是信息隱藏技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。3.1 數(shù)字水印的基本特征不同的用途,對(duì)于數(shù)字水印的要求各不相同。通常數(shù)字水印應(yīng)具有如下基本特征：魯棒性：對(duì)應(yīng)的英文為robustness，可以理解為“強(qiáng)健性、堅(jiān)固性、強(qiáng)壯性”。數(shù)字水印的魯棒性是指數(shù)字水印應(yīng)該具備這樣的特性：當(dāng)被保護(hù)的信息經(jīng)過(guò)某種改動(dòng)后，

26、比如傳輸、過(guò)濾操作、重新采樣、編碼、有損壓縮等，嵌入的信息應(yīng)保持其完整性，不能被輕易地去除，并以一定的正確概率被檢測(cè)到。當(dāng)有敵意的第三方試圖通過(guò)某些處理來(lái)去除或修改嵌入的信息時(shí)，只會(huì)引起保護(hù)信息的明顯改變，從而提醒合法的所有者或使用者，達(dá)到對(duì)信息的保護(hù)作用。不同的水印應(yīng)用對(duì)魯棒性的要求不同，一般應(yīng)能夠抵抗正常的圖像處理。用于版權(quán)保護(hù)的魯棒水印需要最強(qiáng)的魯棒性，需要抵抗惡意攻擊，而易損水印、注釋水印則無(wú)需特別強(qiáng)調(diào)對(duì)惡意攻擊的抵抗能力。不可感知性：對(duì)應(yīng)的英文術(shù)語(yǔ)為imperceptibility，可以理解為“難以覺(jué)察，感覺(jué)不到”。這是指被保護(hù)信息在嵌入水印信息后應(yīng)不引起原始被保護(hù)信息質(zhì)量的顯著下降

27、和視覺(jué)效果的明顯變化。對(duì)于魯棒和易損的不可見(jiàn)水印來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)最基本的要求。這種技術(shù)是比較困難的，從信息處理的角度看，水印的魯棒性和不可感知性是一對(duì)相互矛盾的特性要求，過(guò)多的注重一方面，另一方面的性能就會(huì)削弱。因此需要在這兩者之間進(jìn)行折中。這種技術(shù)是困難的，但并不是不可能的，因?yàn)槿祟?lèi)的感覺(jué)器官并不是特別精密的系統(tǒng)，所謂的不可感知并不是絕對(duì)感知不到的，目前，當(dāng)需要在這兩方面兼顧時(shí)，人們通常是在保證“相對(duì)”不可感知的前提下盡可能地提高水印魯棒性?？蓹z測(cè)性：數(shù)字水印應(yīng)該能夠由作者或公證機(jī)構(gòu)來(lái)檢測(cè)或提取。當(dāng)作品在版權(quán)問(wèn)題上發(fā)生爭(zhēng)執(zhí)時(shí)通過(guò)提取作品中的水印信息可以確認(rèn)作品的版權(quán)歸屬。如果不具備可檢測(cè)性，那

28、么水印也就失去了意義?？勺C明性：這是指恢復(fù)出的水印或水印判決結(jié)果應(yīng)該能夠確定地表明所有權(quán)的歸屬，不會(huì)發(fā)生多重所有權(quán)的糾紛。水印算法能識(shí)別被嵌入到保護(hù)對(duì)象中的所有者的相關(guān)信息（如注冊(cè)的用戶(hù)號(hào)碼、產(chǎn)品標(biāo)志或者有意義的文字等），并能在需要的時(shí)候?qū)⑵涮崛〕鰜?lái)。水印可以用來(lái)判別對(duì)象是否受到保護(hù)，并能夠監(jiān)視被保護(hù)數(shù)據(jù)的傳播、真?zhèn)舞b別以及非法拷貝控制等。就目前已經(jīng)出現(xiàn)的很多算法而言，攻擊者有可能破壞掉圖像中的水印，或復(fù)制出一個(gè)理論上存在的“原始圖像”，這導(dǎo)致文件所有者不能令人信服地提供版權(quán)歸屬的有效證據(jù)。因此一個(gè)好的水印算法應(yīng)該能夠提供完全沒(méi)有爭(zhēng)議的版權(quán)證明5。3.2 數(shù)字水印在各領(lǐng)域的應(yīng)用 數(shù)字水印技術(shù)的

29、研究是與數(shù)字媒體的版權(quán)保護(hù)緊密相關(guān)的，目前數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，概括起來(lái)主要包括以下幾個(gè)方面：1、媒體所有權(quán)的認(rèn)定和版權(quán)保護(hù)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(kāi)發(fā)布他的水印版權(quán)作品。當(dāng)該作品被盜版或出現(xiàn)版權(quán)糾紛時(shí)，所有者即可以利用水印的檢測(cè)或提取方法從盜版作品和水印版作品中獲取水印信息作為依據(jù)，從而保護(hù)所有者的權(quán)益。對(duì)這種應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，水印技術(shù)必須有較好的魯棒性，同時(shí)也必須能防止被偽造。2、跟蹤非法傳播這是使用購(gòu)買(mǎi)者的信息（如不同用戶(hù)id或序列號(hào)等）作為水印嵌入產(chǎn)品中，這些水印信息就如同人的指紋或dna基因一樣，可以準(zhǔn)確地區(qū)分每一個(gè)不同的用戶(hù)個(gè)體，因此又

30、叫“指紋”。當(dāng)發(fā)現(xiàn)未經(jīng)授權(quán)的拷貝時(shí)，就可以根據(jù)此拷貝所恢復(fù)出的指紋來(lái)確定它的來(lái)源，以追究非法傳播者的責(zé)任。對(duì)于這種水印，除應(yīng)具有用于版權(quán)保護(hù)水印的特性以外，還應(yīng)該能夠防止串謀攻擊，就是防止兩個(gè)以上的用戶(hù)聯(lián)合起來(lái)，通過(guò)對(duì)比消除加入的水印。3、標(biāo)題與注釋利用水印技術(shù)將媒體的相關(guān)注釋或標(biāo)題等信息加入其中，以便自己或他人使用。比如，在圖片或照片中加入制作或拍攝時(shí)間、地點(diǎn)、圖像名稱(chēng)、內(nèi)容簡(jiǎn)介、創(chuàng)作者等；在cd音樂(lè)中隱藏樂(lè)典的簡(jiǎn)介、作曲、定購(gòu)信息、訪(fǎng)問(wèn)鏈接等；在數(shù)字視頻中嵌入各種語(yǔ)言構(gòu)成多語(yǔ)言電影系統(tǒng)，以適應(yīng)不同用戶(hù)的需要等。這種隱式注釋不需要增加額外的帶寬，且不容易丟失，因此是一種比較理想的注解方式。4

31、、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)，常需確定它們的內(nèi)容是否被修改、偽造或特殊處理過(guò)。為實(shí)現(xiàn)該目的，通?？蓪⒃紙D像分成多個(gè)獨(dú)立塊，再將每個(gè)塊加入不同的水印。同時(shí)可通過(guò)檢測(cè)每個(gè)數(shù)據(jù)塊中的水印信號(hào)，來(lái)確定作品的完整性。與其它水印不同的是，這類(lèi)水印必須是脆弱的，并且檢測(cè)水印信號(hào)時(shí)，不需要原始數(shù)據(jù)。5、使用控制在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中，多媒體內(nèi)容需要特殊的硬件來(lái)拷貝和觀看使用，插入水印來(lái)標(biāo)識(shí)允許的拷貝數(shù)，每拷貝一份，進(jìn)行拷貝的硬件會(huì)修改水印的內(nèi)容，將允許的拷貝數(shù)減一，以防止大規(guī)模的盜版，這種應(yīng)用的一個(gè)典型的例子是dvd防拷貝系統(tǒng)，即將水印信息加入dvd數(shù)據(jù)中，這樣dvd播放機(jī)即可通過(guò)檢測(cè)dv

32、d數(shù)據(jù)中的水印信息而判斷其合法性和可拷貝性。從而保護(hù)制造商的商業(yè)利益。6、內(nèi)容保護(hù)在一些特定應(yīng)用中，數(shù)字產(chǎn)品內(nèi)容的所有者可能會(huì)希望要賣(mài)的多媒體內(nèi)容能公開(kāi)自由地預(yù)覽，以盡可能地多招來(lái)潛在的顧客，但也需要防止這些預(yù)覽的內(nèi)容不被其它人用于商業(yè)目的。因此，這些預(yù)覽內(nèi)容被自動(dòng)加上可見(jiàn)的但難除去的水印。數(shù)字水印技術(shù)憑借其自身的諸多優(yōu)點(diǎn)引起了眾多應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注，但是數(shù)字水印技術(shù)本身目前還不能完全滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用在安全性、可用性等方面的要求。然而現(xiàn)代密碼學(xué)的研究和發(fā)展為數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。利用現(xiàn)代密碼學(xué)提供的各種保密性、認(rèn)證性、完整性和不可抵賴(lài)性機(jī)制，可以設(shè)計(jì)安全的數(shù)字水印服務(wù)于不同的應(yīng)用。3.3

33、 數(shù)字水印的分類(lèi)數(shù)字水印的分類(lèi)方法多種多樣，從不同的角度可以如下進(jìn)行分類(lèi)：1、按水印的可見(jiàn)性劃分按嵌入水印后數(shù)字產(chǎn)品中水印是否可見(jiàn)可將數(shù)字水印分為可見(jiàn)水印和不可見(jiàn)水印。可見(jiàn)水印主要用于當(dāng)場(chǎng)聲明數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)歸屬，對(duì)盜版者起到即時(shí)威懾和約束作用，也可用于在因特網(wǎng)上在線(xiàn)分發(fā)帶有可見(jiàn)水印的數(shù)字產(chǎn)品，對(duì)數(shù)字產(chǎn)品進(jìn)行廣告宣傳。不可見(jiàn)水印不能夠阻止盜版者對(duì)數(shù)字產(chǎn)品的非法復(fù)制，但可用來(lái)證明數(shù)字產(chǎn)品所有權(quán)，以及作為鑒定、起訴非法侵權(quán)的證據(jù)。2、按水印的魯棒性劃分按水印的魯棒性可以將數(shù)字水印分為脆弱數(shù)字水印和魯棒數(shù)字水印兩種。脆弱水印對(duì)多媒體的任何變換或處理都非常敏感；魯棒水印對(duì)常見(jiàn)的各種處理操作和攻擊均有較強(qiáng)

34、的魯棒性，好的魯棒水印算法甚至可以從質(zhì)量已被破壞的數(shù)字作品中提取出水印；魯棒數(shù)字水印主要用于在數(shù)字作品中標(biāo)識(shí)著作權(quán)信息，如作者、作品序號(hào)等。脆弱數(shù)字水印主要用于完整性認(rèn)證和內(nèi)容保護(hù)。人們根據(jù)脆弱水印的狀態(tài)就可以判斷數(shù)據(jù)是否被篡改過(guò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多媒體的被破壞情況的跟蹤和定位。3、按水印所附載的媒體劃分按水印所附載的載體數(shù)據(jù)，可以將數(shù)字水印劃分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印等等。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，會(huì)有更多類(lèi)的數(shù)字媒體出現(xiàn)，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的水印技術(shù)。4、按水印的檢測(cè)過(guò)程劃分按水印的檢測(cè)過(guò)程可以將數(shù)字水印劃分為非盲水?。╪onblind watermark）、半盲水印（seminonblin

35、d watermark）和盲水?。╞lind watermark）。非盲水印在檢測(cè)過(guò)程中需要原始數(shù)據(jù)和原始水印的參與；半盲水印則不需要原始數(shù)據(jù)，但需要原始水印來(lái)進(jìn)行檢測(cè)；盲水印的檢測(cè)只需要密鑰，既不需要原始數(shù)據(jù)，也不需要原始水印。一般說(shuō)來(lái)，非盲水印的穩(wěn)健性比較強(qiáng)，但其應(yīng)用受到存儲(chǔ)成本的限制。目前研究的數(shù)字水印大多數(shù)是半盲水印或者盲水印。5、按水印的內(nèi)容劃分按數(shù)字水印的內(nèi)容可以將數(shù)字水印分為有意義的水印和無(wú)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（如商標(biāo)圖像）或數(shù)字音頻片斷的編碼；無(wú)意義水印則只對(duì)應(yīng)于一個(gè)序列號(hào)。有意義水印的優(yōu)勢(shì)在于，如果由于受到攻擊或其它原因致使解碼后的水印破損，人們?nèi)?/p>

36、然可以通過(guò)視覺(jué)覺(jué)察確認(rèn)是否有水印。但對(duì)無(wú)意義的水印來(lái)說(shuō)，如果解碼后的水印序列有若干碼元錯(cuò)誤，則只能通過(guò)統(tǒng)計(jì)決策來(lái)確定信息中是否含有水印。6、按水印嵌入的空間劃分按水印嵌入的空間劃分可將數(shù)字水印分為空域水印和頻域水印。空間域水印的嵌入和提取是通過(guò)修改圖像像素點(diǎn)的強(qiáng)度或灰度值來(lái)實(shí)現(xiàn)的，計(jì)算簡(jiǎn)單，效率較高，但難以抵抗常見(jiàn)圖像處理的攻擊及噪聲干擾的影響，穩(wěn)健性較差。頻域方法是將水印添加到原始圖像的某種變換系數(shù)中，更容易與人的感知系統(tǒng)的某些掩蔽特性相結(jié)合，與數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)，如jpeg等兼容。因此，頻域水印算法對(duì)諸如壓縮和某些圖像處理等的攻擊的魯棒性更強(qiáng)。7、按用途劃分不同的應(yīng)用需求造就了不同的水印技術(shù)。按

37、水印的用途，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、篡改提示水印和隱藏標(biāo)識(shí)水印。票據(jù)防偽水印加在紙質(zhì)票據(jù)的數(shù)字生成過(guò)程中，歷經(jīng)印刷、打印、掃描過(guò)程后能將水印檢測(cè)出來(lái)，需要防止的是復(fù)制后水印將不再存在。隱蔽標(biāo)識(shí)水印是在圖像中加入注釋信息，對(duì)圖像進(jìn)行說(shuō)明和作者介紹等，不占用帶寬，需要隱藏的數(shù)據(jù)量較大6。3.4 核心數(shù)字水印技術(shù)數(shù)字水印技術(shù)多種多樣，下面將介紹幾種核心的數(shù)字水印技術(shù)之一的小波域水印算法。3.4.1 基于小波域算法的數(shù)字水印生成與隱藏算法小波域水印算法往往把水印嵌入到圖像小波變換后的低頻子帶或高頻子帶。圖像的低頻子帶攜帶了圖像的大部分信息，因此可以嵌入更多的水印信息，使水印更加

38、魯棒，但同時(shí)也產(chǎn)生了問(wèn)題，即圖像低頻子帶的變化容易導(dǎo)致較大的圖像失真。相反，高頻子帶攜帶的圖像的邊緣和紋理信息，人眼對(duì)這部分信息不敏感，因此，在這部分嵌入水印，可以避免引起圖像的失真，但同時(shí)水印容易遭到破壞。因此，一個(gè)有效的水印算法在魯棒性和圖像的失真度之間取得平衡。下面介紹兩種典型的水印算法7。1、基于高斯序列的擴(kuò)頻水印算法在1997年，cox提出了一種基于擴(kuò)展頻譜的水印算法。在此方案中，水印的嵌入過(guò)程就是在原圖像中加入偽隨機(jī)序列。在水印檢測(cè)時(shí)，通過(guò)計(jì)算偽隨機(jī)序列和提取水印序列的相關(guān)性來(lái)實(shí)現(xiàn)。擴(kuò)頻數(shù)字水印方案的基本思想是在改變不引人注目的地方擴(kuò)大標(biāo)記，并且將它嵌入到感知上重要的信號(hào)部分中。它

39、有頻域所固有的抗幾何變換的能力，但它的一個(gè)最顯著的缺點(diǎn)是必須有原始圖像才能檢驗(yàn)水印是否存大。wolfgang等提出了一種基于小波變換的擴(kuò)頻水印算法，此算法在擴(kuò)頻水印算法中很具有代表性。在此算法中選用偽隨機(jī)實(shí)數(shù)組成的高斯序列作為水印。序列長(zhǎng)度由視覺(jué)模型確定。小波基采用如雙正交小波。嵌入算法是將圖像進(jìn)行四級(jí)小波變換，在整個(gè)頻帶內(nèi)選擇大于閾值的小波系數(shù)來(lái)嵌入水印。水印的提取需要原始圖像。wolfgang的方法源于cox，但他在嵌入算法中加了一個(gè)權(quán)值因子調(diào)整嵌入水印能量與圖像失真的大小。保證了水印的不可感知性，又使算法具有一定魯棒性。2、基于量化的數(shù)字水印算法在量化水印算法中，所用的水印通常是二值圖像

40、或二值序列，根據(jù)一種量化方案把原數(shù)據(jù)替換成另一種量化值來(lái)嵌入水印。一種簡(jiǎn)單的量化水印稱(chēng)為奇偶嵌入水印，若嵌入位為“0”，則宿主信號(hào)被量化為與之最近的偶數(shù)；若嵌入位為“1”則量化為與之最近的奇數(shù)。kundur提出了一種量化的脆弱水印算法，先對(duì)圖像進(jìn)行l(wèi)級(jí)分解，利用密鑰控制需嵌入水印的小波系數(shù)，將這些小波系數(shù)用預(yù)定的量化步長(zhǎng)進(jìn)行奇偶性量化后與水印信息比較，若不等，利用量化步長(zhǎng)調(diào)整小波系數(shù)。提取時(shí)間首先將待測(cè)圖像l級(jí)分解后，對(duì)相應(yīng)位置的小波系數(shù)量化，判斷量化系數(shù)的奇偶性，嵌入相應(yīng)值，然后將提取結(jié)果與原始水印比較得到檢測(cè)結(jié)果。該方案可以檢測(cè)不同分辨率下的水印篡改圖并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)篡改的定位，并可通過(guò)調(diào)節(jié)門(mén)

41、限來(lái)降低虛警率。lu提出一種中值量化的脆弱水印方法。首先將圖像小波變換后，根據(jù)人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)（hvs）應(yīng)用特定的量化步長(zhǎng)，對(duì)獨(dú)立頻域內(nèi)的小波系數(shù)用密鑰選取后求和取平均，通過(guò)量化步長(zhǎng)計(jì)算出量化噪聲，然后，結(jié)合水印信息和小波平均系數(shù)進(jìn)行量化，得到的結(jié)果再與各個(gè)小波系數(shù)相加，即為量化后的小波系數(shù)，重構(gòu)后得到含水印的圖像。通過(guò)選取適當(dāng)?shù)臋z測(cè)門(mén)限進(jìn)行認(rèn)證檢測(cè)。該算法改善了文獻(xiàn)的性能，在加大篡改檢測(cè)效果的同時(shí)，極大的降低了虛警率8。關(guān)于數(shù)字水印的技術(shù)還有很多，這里不再一一介紹3.5 數(shù)字水印典型算法3.5.1 空間域數(shù)字水印 較早的數(shù)字水印算法都是空間域上的，空域水印處理使用各種各樣的方法直接修改圖像的象素

42、，將數(shù)字水印直接加載在數(shù)據(jù)上，現(xiàn)已提出了如下幾種較典型的空域數(shù)字水印方法。3.5.1.1 最低有效位方法 這是一種典型的空間域數(shù)據(jù)隱藏方法，l. f. turner與r. g. van schyndel等先后利用此方法將特定的標(biāo)記隱藏于數(shù)字音頻和數(shù)字圖像內(nèi)。對(duì)圖像數(shù)據(jù)而言，是根據(jù)圖像最低位的改變影響到的圖像質(zhì)量很少，從而用水印信息改變載體圖像的最低位來(lái)達(dá)到嵌入水印的目的9。在進(jìn)行數(shù)字圖像處理后，圖像的低位非常容易改變，攻擊者只需通過(guò)簡(jiǎn)單地刪除圖像低位數(shù)據(jù)或者對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行某種簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)變換就可將空域lsb方法加入的水印信息濾除或破壞掉，因此同變換域的方法相比，這種水印算法的魯棒性非常弱。3.5.

43、1.2 patchwork方法 patchwork方法是一種基于統(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(lái)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。patchwork算法的基本思想是：在嵌入過(guò)程中，版權(quán)所有者根據(jù)密鑰偽隨機(jī)地選擇個(gè)象素對(duì)，然后通過(guò)下面的兩個(gè)公式更改這個(gè)象素對(duì)的亮度值： 公式（3-1） 公式（3-2）這樣，版權(quán)所有者就對(duì)所有的加1和對(duì)所有的減1。在提取的過(guò)程中，也使用同樣的密鑰將在編碼過(guò)程中賦予水印的個(gè)象素對(duì)提取出來(lái)，并計(jì)算這樣一個(gè)和： 公式（3-3）如果這個(gè)載體確實(shí)包含了一個(gè)水印，就可以預(yù)計(jì)這個(gè)和為，否則它將近似為零。這種提

44、法是基于下面的統(tǒng)計(jì)假設(shè)的，如果在一個(gè)圖像里隨機(jī)地選取一些象素對(duì)，并且假設(shè)它們是獨(dú)立同分布的，那么有： 公式(3-4)因此，只有知道這些修改位置的版權(quán)所有者才能夠得到一個(gè)近似值。patchwork方法隱蔽性好，并且對(duì)jpeg壓縮、fir濾波以及圖像剪切操作有一定的抵抗力，但該方法嵌入的信息量有限10。3.5.1.3 文檔結(jié)構(gòu)微調(diào)方法brassil等人提出了三種在通用文檔圖像中隱藏特定二進(jìn)制信息的技術(shù)，他們利用文檔的特點(diǎn)，將數(shù)字信息通過(guò)輕微調(diào)整文檔中的以下結(jié)構(gòu)來(lái)完成編碼，包括：垂直移動(dòng)行距、水平調(diào)整字距、調(diào)整文字特性（如字體）。該算法可以抵抗一些標(biāo)準(zhǔn)的文檔操作，如照相復(fù)印和掃描復(fù)印，但該技術(shù)也極易

45、被經(jīng)驗(yàn)豐富的攻擊者破壞，比如，只要攻擊者任意改變其文檔的行距或者字間距，就可能破壞水印。一般來(lái)說(shuō)，在文檔中加水印是很困難的，當(dāng)文檔再次掃描輸入時(shí)，掃描設(shè)備采用的光學(xué)字符技術(shù)在理論上能夠消除噪聲，導(dǎo)致嵌入水印信息失效11?？臻g域水印算法的最大優(yōu)點(diǎn)就是具有較好的抗幾何攻擊能力，最大弱點(diǎn)就在于抗信號(hào)處理的能力較差。3.5.2 變換域數(shù)字水印 基于變換域的數(shù)字水印技術(shù)往往采用類(lèi)似于擴(kuò)頻圖像的技術(shù)來(lái)隱藏水印信息。這類(lèi)技術(shù)一般基于常用的圖像變換（基于局部或是全局的變換），這些變換包括離散小波變換（dwt）、離散余弦變換(dct)、傅氏變換（dft）、傅里葉梅林（fourie-mellin）變換等等。3.5

46、.2.1 dwt變換域方法dwt是一種時(shí)間尺度（時(shí)間頻率）信號(hào)的多分辨率分析方法，在時(shí)頻兩域都具有表征信號(hào)局部特征的能力。根據(jù)人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)的照度掩蔽特性和紋理掩蔽特性，將水印嵌入到圖像的紋理和邊緣不易被察覺(jué)。相應(yīng)于圖象的小波變換域，圖像的紋理、邊緣等信息主要表現(xiàn)在hh、hl和lh細(xì)節(jié)子圖中一些有較大值的小波系數(shù)上。這樣可以通過(guò)修改這些細(xì)節(jié)子圖上的某些小波系數(shù)來(lái)嵌入水印信息。deepa kundur等提出了一種基于小波變換的私有水印和公開(kāi)水印算法。前者將圖像和要嵌入的水印信息分別做小波分解，根據(jù)視覺(jué)特性進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，此方法在提取水印時(shí)需要載體圖像；后者對(duì)小波系數(shù)做特殊的量化后嵌入信息，此方法提取

47、水印不需要載體圖像。牛夏牧、陸哲明、孫圣和提出一種基于多分辨率分解的數(shù)字水印技術(shù)。利用多分辨率分解技術(shù)，相同分辨率層次的灰度級(jí)數(shù)字水印嵌入到對(duì)應(yīng)的相同分辨率層次的原始靜態(tài)圖像之中，使水印對(duì)載體圖像具有自適應(yīng)性。由于水印的嵌入過(guò)程是基于載體圖像的不同分辨率層次之間的關(guān)系，所以水印的提取過(guò)程不需要載體圖像。該方法具有很強(qiáng)的魯棒性。劉九芬等人研究了水印算法中小波基的選擇和正交小波基的性質(zhì)與魯棒性的關(guān)系，研究結(jié)果表明正交小波基的正則性、消失矩階數(shù)、支撐長(zhǎng)度以及小波圖像能量在低頻帶的集中程度對(duì)水印魯棒性的影響極小，同時(shí)得到一個(gè)有意義的結(jié)論：haar小波比較適合于圖像水印，這對(duì)于在dwt域嵌入水印對(duì)小波基

48、的選擇有重要意義，因?yàn)檫x擇不同的小波基對(duì)嵌入水印的性能有很大影響。離散小波變換不僅可以較好的匹配hvs（human visual system）的特性，而且與即將出現(xiàn)的jpeg2000、mpeg4壓縮標(biāo)準(zhǔn)兼容，利用小波變換產(chǎn)生的水印具有良好的視覺(jué)效果和抵抗多種攻擊的能力，因此基于dwt域的數(shù)字水印技術(shù)是目前主要的研究方向,正逐漸代替dct成為變換域數(shù)字水印算法的主要工具12。3.5.2.2 dct變換域方法 基于分塊的dct是常用的變換之一。cox等人提出了基于圖像全局變換的數(shù)字水印算法，他們的重要貢獻(xiàn)是明確提出加載在圖像的視覺(jué)敏感部分的數(shù)字水印才能有較強(qiáng)的穩(wěn)健性。他們的水印方案是先對(duì)整個(gè)圖像

49、進(jìn)行dct，然后將水印加載到dct域中幅值最大的前k個(gè)系數(shù)上（除去直流分量），通常為圖像的低頻分量。若dct系數(shù)的前k個(gè)最大分量表示為，水印是服從高斯分布的隨機(jī)實(shí)數(shù)序列，那么水印的嵌入算法為，其中常數(shù)為尺度因子，用來(lái)控制水印添加的強(qiáng)度。然后用新的系數(shù)做反變換得到水印圖像。水印檢測(cè)函數(shù)則是分別計(jì)算原始載體圖像和水印載體圖像的離散余弦變換，并提取嵌入的水印，再做相關(guān)檢測(cè)，以確定水印的存在與否。該算法不僅在視覺(jué)上具有數(shù)字水印的不可察覺(jué)性，而且魯棒性非常好，可經(jīng)受有損jpeg壓縮、濾波、d/a和a/d轉(zhuǎn)換及量化等信號(hào)處理，也可經(jīng)受一般的幾何變換如剪切、縮放、等操作13。3.5.2.3 dft變換域方法

50、dft方法是利用圖像的dft的相位或幅值嵌入信息的方法。在相位或幅值中嵌入水印有不同的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)通信理論中調(diào)相信號(hào)的抗干擾能力比調(diào)幅信號(hào)抗干擾的能力強(qiáng)，同樣在圖像中利用相位信息嵌入的水印也比用幅值信息嵌入的水印魯棒性更好。而根據(jù)幅值對(duì)rst（旋轉(zhuǎn)（rotation）、比例縮放（scale）、平移（translation）操作的不變性，在幅值中嵌入的水印能抵抗圖像的rst操作?？筛鶕?jù)不同的應(yīng)用進(jìn)行選擇或結(jié)合兩種嵌入位置方法。dft方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以把信號(hào)分解為相位信息和幅值信息，具有更豐富的細(xì)節(jié)信息。但是dft方法在水印算法中的抗壓縮的能力還比較弱。目前基于dft的水印算法也相對(duì)較少。實(shí)際上，變

51、換域水印算法就是利用相應(yīng)的變換方法（dct、dwt、dft等）將數(shù)字圖像的空間域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的變換域系數(shù)；其次，根據(jù)待隱藏的信息類(lèi)型，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)編碼或變形；再次，確定某種規(guī)則或算法，用待隱藏的信息的相應(yīng)數(shù)據(jù)去修改前面選定的變換域系數(shù)序列；最后，將數(shù)字圖像的變換域系數(shù)經(jīng)相應(yīng)的反變換轉(zhuǎn)化為空間域數(shù)據(jù)。該類(lèi)算法的隱藏和提取信息操作復(fù)雜，隱藏信息量不能很大，但抗攻擊能力強(qiáng)，很適合于數(shù)字作品版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印技術(shù)中。另外，還有利用分形、混沌、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、奇異值分解等方法來(lái)嵌入水印，以及在壓縮域嵌入水印的方法。目前有很多人在尋找新的更合適的變換域，來(lái)進(jìn)行水印的嵌入與檢測(cè)14。4 簡(jiǎn)單的數(shù)字水印實(shí)現(xiàn)介紹

52、了那么多數(shù)字水印的知識(shí)，但是數(shù)字水印到底是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？下面將舉一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例來(lái)說(shuō)明。如圖4.1所示，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字水印的模型圖。圖4.1 水印模型使用lsb編碼來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字水印。lsb編碼是一種對(duì)于使用jpeg或其他壓縮格式的圖像不穩(wěn)定的水印方法。它非常簡(jiǎn)單，已經(jīng)被用于各種用途。在lsb編碼中，每一部分的最低有效位（或者是最不重要的藍(lán)色像素）被水印信息的字節(jié)所替代15，如圖4.2所示。圖 4.2 lsb最低有效位示意圖這種方法有相當(dāng)大的信息容量，但是可以被嵌入圖像中的信息量還是有限的。下面將用一個(gè)小程序來(lái)演示一下。此程序用c編寫(xiě)，界面雖然不是很好看，但卻可以讓人很直觀的看到數(shù)字水

53、印是怎么工作的。程序需要一張24位的bmp圖片作為源圖像載體，水印內(nèi)容可以是任何不超過(guò)一定大小的文件，這里選用一個(gè)txt文檔。由于是一個(gè)小的示例程序用戶(hù)密鑰在編程中已經(jīng)定死，不能隨意修改，雖然造成了一定局限性，但卻減少了很多工作量，以下是演示圖。首先，打開(kāi)程序，可以看到程序簡(jiǎn)單的界面，左上角的菜單欄以及很大一塊圖像顯示區(qū)域，如圖4.3所示。圖4.3 程序主界面一覽然后，點(diǎn)擊加密/解密，可以看到有一個(gè)打開(kāi)24位位圖的菜單如圖4.4所示。圖4.4 載入圖像效果圖點(diǎn)擊加密/解密中的嵌入隱藏信息菜單，選取一個(gè)文檔作為水印信息如圖4.5所示。圖4.5 加入隱藏水印信息點(diǎn)擊打開(kāi)后，會(huì)發(fā)現(xiàn)緊接著彈出一個(gè)保存

54、處理后圖像的對(duì)話(huà)框，選擇一個(gè)地址，保存即可，便可在程序圖片預(yù)覽框內(nèi)看到水印加入前后的圖像，我們仔細(xì)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)視覺(jué)肉眼看不出什么區(qū)別，證明成功，如圖4.6所示。圖4.6 加入后對(duì)比 在保存的地址處，我們找到剛才保存的水印信息文檔，打開(kāi)可以發(fā)現(xiàn)，和我們要嵌入的水印信息是一樣的，證明成功，如圖4.7所示。圖4.7 水印信息5 數(shù)字水印的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向5.1 研究現(xiàn)狀數(shù)字水印是當(dāng)前數(shù)字信號(hào)處理、圖像處理、密碼學(xué)應(yīng)用、通信理論、算法設(shè)計(jì)等學(xué)科的交叉領(lǐng)域，是目前國(guó)際學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)之一。這里給出mkurer所整理的一些國(guó)際上從事數(shù)字水印方面研究的研究小組的情況,見(jiàn)表5-1。表5-1 國(guó)際研究小組情況名

55、稱(chēng)內(nèi)容人員necp/iingemar j.coxuniversity degli studi di firenze p/l/ialesandro pivaibmp/iboon-look yeouniv.of genevap/vjoe o ruanaidhuniv.of erlangenp/v/afrank hartungmit-meadi labp/vjosh smith nicecolumbia univ.t/p/imarc schneider nicelypurdue univ.t/p/idelp & wolfgangcurtin univ.t/l/vsebastien wongtu de

56、lftl/p/vgerhard c.langetearuniv.thessaloniki,greeces/vprof pitaslos lamos nat labt/p/s/istanford etalcomputer lab.u.of cambridgel/s/ipeticolas以上表中的內(nèi)容欄的字母含義如下：t：有關(guān)水印信息的指南 l：鏈接到數(shù)字水印主頁(yè) p：有文章可以下載s：有軟件可以下載 i：圖像數(shù)字水印 v：視頻數(shù)字水印a：音頻數(shù)字水印上述研究小組及公司許多都有有關(guān)數(shù)字水印及信息隱藏方面的商業(yè)軟件，也有一些軟件和源代碼可免費(fèi)獲得。目前，從我們了解的情況和國(guó)內(nèi)有關(guān)數(shù)字水印方面的文獻(xiàn)來(lái)

57、看，國(guó)內(nèi)似乎尚無(wú)數(shù)字水印或信息隱藏的商業(yè)軟件，可能的情況是有一些單位有實(shí)驗(yàn)軟件或演示軟件。從理論和實(shí)際成果兩方面來(lái)看，國(guó)內(nèi)在數(shù)字水印方面的研究工作還處于剛起步階段16。5.2 發(fā)展方向由于數(shù)字水印技術(shù)是近幾年來(lái)國(guó)際學(xué)術(shù)界才興起的一個(gè)前沿研究領(lǐng)域，處于迅速發(fā)展過(guò)程中，因此，掌握其發(fā)展方向?qū)τ谥笇?dǎo)數(shù)字水印的研究有著重要意義。從種種跡象表明今后的數(shù)字水印技術(shù)的研究將側(cè)重于完善數(shù)字水印理論，提高數(shù)字水印算法的穩(wěn)健性、安全性，研究其實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用和建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等方向。數(shù)字水印在理論方面的工作包括建立更好的模型、分析各種媒體中隱藏?cái)?shù)字水印信息的容量(帶寬)、分析算法抗攻擊和穩(wěn)健性等性能。同時(shí)，先行者們也應(yīng)

58、重視對(duì)數(shù)字水印攻擊方法的研究，這有利于促進(jìn)研制更好的數(shù)字水印算法。許多應(yīng)用對(duì)數(shù)字水印的穩(wěn)健性要求很高，這需要有穩(wěn)健性更好的數(shù)字水印算法，因此，研究穩(wěn)健性更好的數(shù)字水印算法仍是數(shù)字水印的重點(diǎn)發(fā)展方向，但應(yīng)當(dāng)注意到在提高算法穩(wěn)健性的同時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合hvs或has的特點(diǎn),保持較好的不可見(jiàn)性及有較大的信息容量，另外，應(yīng)注意自適應(yīng)思想以及一些新的信號(hào)處理算法在數(shù)字水印算法中的應(yīng)用，如分形編碼、小波分析、混沌編碼等在水印算法中也應(yīng)有應(yīng)用的場(chǎng)合。數(shù)字水印應(yīng)用中安全性自然尾很重要的要求，但數(shù)字水印算法的安全性是不能靠保密算法得到的，這正如密碼算法必須公開(kāi)，必須經(jīng)過(guò)公開(kāi)的研究和攻擊其安全性才能得到認(rèn)可，數(shù)字水印算法

59、也一樣。因此數(shù)字水印算法必須能抵抗各種攻擊，許多數(shù)字水印算法在這方面仍需改進(jìn)提高，研制更安全的數(shù)字水印算法仍是水印研究的重點(diǎn)之一。對(duì)于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)字水印應(yīng)用，應(yīng)重點(diǎn)研究數(shù)字水印的網(wǎng)絡(luò)快速自動(dòng)驗(yàn)證技術(shù)，這需要結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和認(rèn)證技術(shù)應(yīng)該注意到，數(shù)字水印要得到更廣泛的應(yīng)用必須建立一系列的標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議，如加載或插人數(shù)字水印的標(biāo)準(zhǔn)、提取或檢測(cè)數(shù)字水印的標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字水印認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)等等都是急需的，因?yàn)椴煌臄?shù)字水印算法如果不具備兼容性，顯然是不利于推廣數(shù)字水印的應(yīng)用的。在這方面需要政府部門(mén)和各大公司合作，如果等待市場(chǎng)上自然出現(xiàn)事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，將延緩數(shù)字水印的發(fā)展和應(yīng)用。同時(shí)，需要建立一些測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如stirmark幾乎已歧為事實(shí)上的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)軟件， 衡量數(shù)字水印的穩(wěn)健性和抗攻擊能力17。這些標(biāo)準(zhǔn)的建立將會(huì)大大促進(jìn)數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。在網(wǎng)絡(luò)的信息技術(shù)迅速發(fā)展的今天，數(shù)字水印技術(shù)的研究更具有明顯的意義。數(shù)字水印技術(shù)將對(duì)保護(hù)各種形式的數(shù)字產(chǎn)品起到重要作用，但必須認(rèn)識(shí)到數(shù)字水印技術(shù)并非是萬(wàn)能的，必須配合密碼學(xué)技術(shù)及認(rèn)證技術(shù)、數(shù)字簽名或者數(shù)字信封等技術(shù)一起使用。一個(gè)實(shí)用的數(shù)字水印方案必須有這些技術(shù)的配合爿能抵抗各種攻