【正文】 藏于另一個(gè)消息的技術(shù)研究，不透露隱藏信息的存在或不讓觀察者發(fā)現(xiàn)消息里包含了一個(gè)隱藏信息。從技術(shù)角度，數(shù)字水印技術(shù)使用的思 想主要來(lái)源于隱寫(xiě)術(shù)而不是密碼術(shù)。經(jīng)典的隱寫(xiě)術(shù)和數(shù)字水印之間的主要區(qū)別在于：隱寫(xiě)術(shù)僅僅是企圖在其他內(nèi)容中隱藏一個(gè)消息（可能是一個(gè)水?。?，而是數(shù)字水印還要強(qiáng)調(diào)阻止攻擊者篡改水印。 Van Schyndel 在 IC IP′ 94 會(huì)議上發(fā)表了題材為“ A digital watermark”的文章，它是第一篇在主要會(huì)議上發(fā)表的關(guān)于數(shù)字水印的文章，2 闡明了一些關(guān)于水印的重要概念，被認(rèn)為是一篇?dú)v史價(jià)值的文獻(xiàn)。 數(shù)字水印的介紹 數(shù)字水印就是在被保護(hù)的數(shù)字對(duì)象（如靜止圖像、視頻、音頻等）中嵌入某些能夠證明版權(quán)歸屬或跟蹤侵權(quán)行 為的信息，這些信息可能是作者的序列號(hào)、公司標(biāo)志、有意義的文本等等。與偽裝術(shù)相反，水印中的隱藏信息能夠抵抗各類攻擊。即使水印算法是公開(kāi)的，攻擊者要?dú)У羲∪允掷щy。 就是將代表數(shù)字媒體著作權(quán)人身份的特定信息、用戶指定的標(biāo)志或序列碼等，按照某種方式嵌入被保護(hù)的信息中，再生產(chǎn)版權(quán)糾紛時(shí)，通過(guò)相應(yīng)的算法提取出該數(shù)字水印，從而驗(yàn)證版權(quán)的歸屬，確保媒體著作權(quán)人的合法利益，避免非法盜版的威脅。被保護(hù)的信息是一種數(shù)字媒體，如軟件、圖像、音頻、視頻或一般性的電子文檔等。數(shù)字水印是嵌在數(shù)字產(chǎn)品中的數(shù)字信號(hào)，水印的存在要以不破壞 原數(shù)據(jù)的欣賞價(jià)值、使用價(jià)值為原則。 [2] 數(shù)字水印技術(shù)是信息隱藏技術(shù)研究領(lǐng)域的重要分支，它除應(yīng)具備信息隱藏技術(shù)的一般特點(diǎn)外，還有著其固有的特點(diǎn)。數(shù)字水印技術(shù)基本特征主要有： 1．魯棒性：指不因多媒體文件的某種改動(dòng)而導(dǎo)致隱藏信息丟失的能力。 2．不可見(jiàn)性：利用人類視覺(jué)系統(tǒng)或聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)屬性，經(jīng)過(guò)一系列的隱藏處理，使目標(biāo)數(shù)據(jù)沒(méi)有明顯的降質(zhì)現(xiàn)象，而隱藏的數(shù)據(jù)卻無(wú)法認(rèn)為地看見(jiàn)或聽(tīng)見(jiàn)。 3．不可檢測(cè)性：只隱藏載體與原始載體具有一致的特性。 4．自恢復(fù)性：由于經(jīng)過(guò)一些操作或變換后，可能會(huì)使原圖產(chǎn)生較大的破壞，如果只從留下的片斷數(shù)據(jù)仍能恢復(fù)隱藏信號(hào)，而且恢復(fù)過(guò)程不需要宿主信號(hào)，這就是所謂的自恢復(fù)性。 密碼術(shù)的局限性 許多有關(guān)數(shù)字內(nèi)容版權(quán)需要解決的問(wèn)題類似于安全通信中密碼術(shù)所解決的問(wèn)題。如在分發(fā)傳播時(shí)，需要保證數(shù)字內(nèi)容的完整性才能夠檢測(cè)到數(shù)字內(nèi)容是否被修改。安全通信中，密碼術(shù)已利用帶有密鑰的數(shù)字簽名解決了消息完整性的問(wèn)題。需要保證數(shù)字內(nèi)容與其創(chuàng)建者、分發(fā)商或購(gòu)買(mǎi)者之間的關(guān)聯(lián)，才能跟蹤數(shù)字產(chǎn)品的傳播。類似于安全通信密碼術(shù)所解決的不可否認(rèn)性問(wèn)題。然而，傳統(tǒng)的隱密系統(tǒng)有一個(gè)重大缺陷，即不能保證數(shù)字內(nèi)容與秘密信息永久的 關(guān)聯(lián)，加密的數(shù)字內(nèi)容一旦被破解，將無(wú)密可言。這就達(dá)不到版權(quán)保護(hù)的最終目的。常規(guī)上看，密碼術(shù)在通信中是將信息加密隱藏了，同時(shí)也提供了附加信息有效的保證了信息完整性和不可否認(rèn)性。但密碼術(shù)不能夠?qū)⒚孛苄畔⑶度氲较?nèi)容當(dāng)中。所以說(shuō)單單密碼術(shù)是不能夠保證數(shù)字內(nèi)容被再次非法分發(fā)傳播和隨意篡3 改。為了保證對(duì)數(shù)字內(nèi)容版權(quán)的進(jìn)一步保護(hù)，需要擴(kuò)展密碼技術(shù)并將附加秘密信息嵌入到數(shù)字內(nèi)容當(dāng)中。解決該問(wèn)題的技術(shù)稱為數(shù)字水印技術(shù)。數(shù)字水印是不可見(jiàn)的或幾乎不可察覺(jué)的，數(shù)字水印技術(shù)可應(yīng)用到數(shù)字視頻、數(shù)字音頻和數(shù)字圖像等多媒體文檔中。 [3] 數(shù)字水印的主要應(yīng)用領(lǐng)域 數(shù)字水印潛在的應(yīng)用市場(chǎng)很大，例如，電子商務(wù)，在線或離線的分發(fā)多媒體內(nèi)容以及大規(guī)模的廣播服務(wù)等。潛在的用戶有，電子商務(wù)和圖像軟件的供應(yīng)商、數(shù)字產(chǎn)品（數(shù)字圖像提供者，攝錄機(jī)、數(shù)字相機(jī)）的制造者等。 1．版權(quán)保護(hù) 版權(quán)保護(hù)是目前水印最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。其目的是嵌入數(shù)據(jù)的來(lái)源信息以及比較有代表性的版權(quán)所有者的信息，從而防止其他團(tuán)體對(duì)該數(shù)據(jù)宣稱擁有版權(quán)。這樣水印就可以用來(lái)公正的解決所有權(quán)問(wèn)題，但這種應(yīng)用要求非常高的魯棒性。 2．盜版跟蹤 為了防止非授權(quán)的拷貝制作和發(fā)行，出品人可在每個(gè)合 法拷貝中加入不同的 ID 或序列號(hào)即數(shù)字指紋（ Fingerprinting）。一旦發(fā)現(xiàn)非授權(quán)的拷貝，就可根據(jù)此拷貝所恢復(fù)出來(lái)的指紋來(lái)確定它的來(lái)源。對(duì)這種應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，水印不僅需要很強(qiáng)的魯棒性，而且還要能抵抗共謀攻擊。 3．圖像認(rèn)證 在鑒定應(yīng)用中，使用水印的目標(biāo)是對(duì)數(shù)據(jù)的修改進(jìn)行檢測(cè)。通?？捎靡姿樗?lái)實(shí)現(xiàn)圖像認(rèn)證。認(rèn)證水印與其它水印相比，對(duì)魯棒性要求最低。 4．票據(jù)防偽 為了在需要時(shí)能跟蹤偽造票據(jù)的打印機(jī)，可以在每一個(gè)打印機(jī)輸出圖像中嵌入能夠識(shí)別打印機(jī)的序列號(hào)，作為偽造跟蹤的線索。 5．標(biāo)題與注釋 即將作品的標(biāo) 題、注釋等內(nèi)容（如一幅照片的拍攝時(shí)間和地點(diǎn)）以水印形式嵌入作品中，這種隱式注釋不需要額外的帶寬，且不易丟失。 6．拷貝保護(hù) 這種應(yīng)用的典型例子是 DVD 系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)中的水印含有拷貝信息。一個(gè)符合要求的 DVD 播放器不允許重放或拷貝帶“禁止拷貝”水印的數(shù)據(jù)，而帶有“一次拷貝”水印的數(shù)據(jù)可以被拷貝，但不允許從該拷貝在進(jìn)一步制作拷貝。 4 數(shù)字水印的分類 根據(jù)水印的可見(jiàn)程度，數(shù)字水印可分為：可見(jiàn)水?。?Visible watermark）、不可見(jiàn) 易損水?。?Invisiblefragile watermark）、不可見(jiàn) 魯棒水印 (Invisiblerobust watermark)即人們通常使用的數(shù)字水印，它具有在視覺(jué)和統(tǒng)計(jì)上的不可見(jiàn)性（ Unobtrusive）；難以取出的魯棒性（ Robust）。除非對(duì)數(shù)字水印具體有足夠的先驗(yàn)知識(shí)，任何企圖破壞和消除水印，都將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞圖像質(zhì)量；既適用靜態(tài)圖像，又適用于音頻和視頻信息的通用性（ Universal）及無(wú)二義性（ Unambiguous）。 [4] 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。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，它要求嵌入的水印能夠經(jīng)受各種常用的編輯處理；脆弱數(shù)字水印主要用于完整性保護(hù)，與魯棒水印的要求相反，脆弱水印必須對(duì)信號(hào)的改動(dòng)很敏感，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)。 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。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，會(huì)有更多種類的數(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)。 按水印的檢測(cè)過(guò)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(guò)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)。一般來(lái)說(shuō)，明文水印的魯棒性比較強(qiáng)，但其應(yīng)用受到存儲(chǔ)成本的限制。目前學(xué)術(shù)界研究的數(shù)字水印大多數(shù)是盲水印。 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(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)字音頻片段的編碼；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他原因致使解碼后的水印破損，人們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^(guò)視覺(jué)觀察確認(rèn)是否有水印。但對(duì)于無(wú)意義水印來(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)確定信號(hào)中是否含有水印。 5 不同的應(yīng)用需求造就了不同的水印技術(shù)。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。 票據(jù)防偽水印是一類比較特殊的水印，主要用于打印票據(jù)和電子票據(jù)的防偽。一般來(lái)說(shuō)，偽幣的制造者不可能對(duì)票據(jù)圖像進(jìn)行過(guò)多的修改，所以，諸如尺度變換等信號(hào)編輯操作是不用考慮的。但另一方面，人們必須考慮票據(jù)破損、圖案模糊等情形，而且考慮到快速檢測(cè)的要求，用于票據(jù)防偽的數(shù)字水印算法不能太復(fù)雜。 版權(quán) 標(biāo)識(shí)水印是目前研究最多的一類數(shù)字水印。數(shù)字作品既是商品又是知識(shí)作品，這種雙重性決定了版權(quán)標(biāo)識(shí)水印主要強(qiáng)調(diào)隱蔽性和魯棒性，而對(duì)數(shù)據(jù)量的要求相對(duì)較小。 篡改提示水印是一種脆弱水印，其目的是標(biāo)識(shí)宿主信號(hào)的完整性和真實(shí)性。 隱蔽標(biāo)識(shí)水印的目的是將保密數(shù)據(jù)的重要標(biāo)注隱藏起來(lái)，限制非法用戶對(duì)保密數(shù)據(jù)的使用。 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。 時(shí)（空）域數(shù)字水印是直接在信號(hào)空間上疊加水印信息，而頻域數(shù)字水印、時(shí) /頻 域數(shù)字水印和時(shí)間 /尺度域數(shù)字水印分別是 DCT 變換域、時(shí) /頻變換域和小波變換域上隱藏水印。 隨著數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展，各種水印算法的層出不窮，水印的隱藏位置也不再局限于上述四種。應(yīng)該說(shuō)，只要構(gòu)成一種信號(hào)變換，就有可能在其變換空間上隱藏水印。 數(shù)字水印的應(yīng)用前景 多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展和 Inter 的普及帶來(lái)了一系列政治、經(jīng)濟(jì)、軍事和文化問(wèn)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(wèn)題構(gòu)成了數(shù)字水印的研究背景。 數(shù)字作品（如電腦美術(shù)、掃描圖像、數(shù)字音樂(lè)、視頻、三維動(dòng)畫(huà) ）的版權(quán)保護(hù)是當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)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(lái)加上版權(quán)標(biāo)志，而這種明顯可見(jiàn)的標(biāo)志很容易被篡改。 [5] “ 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(jiàn)或不可聽(tīng)，既不損害原作品，又達(dá)到了版權(quán)保護(hù)的目的。目前，用于版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了初步實(shí)用化階段，IBM 公司在其 “數(shù)字圖書(shū)館 ”軟件中就提供了數(shù)字水印功能， Adobe 公司也在其著名的6 Photoshop 軟件中集成了 Digimarc 公司的數(shù)字水印插件。然而實(shí)事求是地說(shuō) ，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(zhǎng)的路要走。 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(guò) 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。 據(jù)美國(guó)官方報(bào)道，僅在 1997 年截獲的價(jià)值 4000 萬(wàn)美元的假鈔中，用高精度彩色打印機(jī)制造的小面額假鈔就占 19％，這個(gè)數(shù)字是 1995 年的 倍。目前，美國(guó)、日本以及荷蘭都已開(kāi)始研究用于票據(jù)防偽的數(shù)字水印技術(shù)。其中麻省理工學(xué)院 媒體實(shí)驗(yàn)室受美國(guó)財(cái)政部委托，已經(jīng)開(kāi)始研究在彩色打印機(jī)、復(fù)印機(jī)輸出的每幅圖像中加入唯一的、不可見(jiàn)的數(shù)字水印，在需要時(shí)可以實(shí)時(shí)地從掃描票據(jù)中判斷水印的有無(wú)，快速辨識(shí)真?zhèn)巍? 另一方面，在從傳統(tǒng)商務(wù)向電子商務(wù)轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)大量過(guò)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(jiàn)的認(rèn)證標(biāo)志，從而大大增加了偽造的難度。 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) /緯度等。沒(méi)有標(biāo)識(shí)信息的數(shù)據(jù)有時(shí)甚至無(wú)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(guò)特殊的閱讀程序才可以讀取。這種方法已經(jīng)被國(guó)外一些公開(kāi)的遙感圖像數(shù)據(jù)庫(kù)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。基于數(shù)字水印的篡改提示是解決這一問(wèn)題的理想技術(shù)途徑，通過(guò)隱藏水印的狀態(tài)可以判斷聲像信號(hào)是否被篡改 。 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(guó)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，7 經(jīng)過(guò)加密的文件往往是混亂無(wú)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(jué)、聽(tīng)覺(jué)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。 水印研究的展望 盡管人們都在努力發(fā)展和完善數(shù)字水印技術(shù)，但水印技術(shù)仍然沒(méi)有完全成熟和廣為人們理解，而且還有很多問(wèn)題沒(méi)有得到解決。盡管水印技術(shù)很難在短期內(nèi)取得突破，但是，鑒于水印技術(shù)的廣泛的應(yīng)用價(jià)值，有必要對(duì)水印技術(shù)作一番深入研究。未來(lái)值得關(guān)注的研究領(lǐng)域?qū)⒂幸韵聨讉€(gè)功能： ：目前數(shù)字水印技術(shù)的研究中的模型和基礎(chǔ)理論尚處于雛形階段，還未像密碼學(xué)那樣有一套完備的理論體系。未來(lái)需要修改和完善水印的基本理論研究，包括水印結(jié)構(gòu)、水印嵌入對(duì)策、水印檢測(cè) 方法、水印性能評(píng)估和水印標(biāo)準(zhǔn)化等。 ：在有關(guān)版權(quán)的應(yīng)用中，數(shù)字水印必須與像密碼之類的其它機(jī)制相結(jié)合才能提供可靠的保護(hù)。與密碼技術(shù)、公鑰密碼和私鑰密碼體系相結(jié)合，才能構(gòu)造綜合的數(shù)據(jù)安全系統(tǒng)。 ：隨著水印研究的不斷深入，其他領(lǐng)域的先進(jìn)思想和技術(shù)必然會(huì)被引入到水印領(lǐng)域。例如，混沌理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、模糊集理論和分形理論等。 研究動(dòng)態(tài) 從公開(kāi)發(fā)表