【文章內(nèi)容簡介】 品的攻擊算法 Ex：水印提取算法 D：水印檢測算法 水印的生成 水印生成時數(shù)字水印嵌入 前 的準(zhǔn)備工作和預(yù)處理工作，一般是把數(shù)字作品的版權(quán)信息、保密信息等原始水印信息 m 在密鑰 k 的配合下生成適合于嵌入到原始載體中的代嵌入信號 w 的過程，其中 G 表示水印產(chǎn)生函數(shù)。經(jīng)常通過偽隨機(jī)排序、置換、擴(kuò)頻等方法將原始的 有意義的水印轉(zhuǎn)換為無意義的雜亂無章的看似噪音的信號。目前水印生的算法一般為偽隨機(jī)、擴(kuò)頻、混沌、糾錯編碼、變換、分解、自適應(yīng)等生成方法。 數(shù)字水印的結(jié)構(gòu)不僅影響水印生成算法的復(fù)雜性，而且對水印的魯棒性、不可見性也有影響。按表現(xiàn)形式通?？梢园褦?shù)字水印分為一維水印和二維水印兩類：一維水印有偽隨機(jī)序列、產(chǎn)品所有者 ID 號、產(chǎn)品序列號、文本等：二維水印有二維隨機(jī)陣列、二值圖像、灰度圖像、彩色圖像等。 數(shù)字水印的嵌入 數(shù)字水印的嵌入過程就是將水印信號加載到數(shù)字圖像中，通常包括水印信號預(yù)處理和水印嵌入兩個方面。系統(tǒng)的輸入時 數(shù)字水印信號 w、被保護(hù)的原始產(chǎn)品圖像 x，考慮到水印的魯棒性和安全性，通常對圖像所有者或用戶本科畢業(yè)論文 11 提供的水印信號進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括對數(shù)字信號的加密、置亂、擴(kuò)頻、壓縮編碼和信道編碼等。 數(shù)字水印的攻擊 對數(shù)字水印的攻擊一般是針對水印的穩(wěn)健性而言的，數(shù)字水印的穩(wěn)健性是指信在經(jīng)歷多種無意或有意的信息處理后，仍能被準(zhǔn)確的檢測辨認(rèn)或水印保持了相對的完整性。水印的攻擊是指那些帶有損害性、破壞性的或者試圖去掉水印的信息處理過程。穩(wěn)健性好的水印應(yīng)該能夠抵抗各種 水印的 攻擊行為。按照攻擊原理可以 將 水印攻擊大體分為四類：穩(wěn)健性攻擊、 同步攻擊、削去攻擊和協(xié)議攻擊。 穩(wěn)健性攻擊：穩(wěn)健性攻擊 是 試圖對整個水印化數(shù)據(jù)（嵌入水印后的載體數(shù)據(jù)）進(jìn)行操作來削弱嵌入的水印的幅度（而不是試圖識別水印或分離水印），導(dǎo)致數(shù)字水印提取發(fā)生錯誤，甚至根本提取不出水印信號。 同步攻擊：同步攻擊是試圖破壞載體數(shù)據(jù)和水印的同步特性，即試圖使水印的相關(guān)檢測失效或是恢復(fù)嵌入的水印成為不可能。被攻擊的數(shù)字作品中水印仍然存在，而且幅度沒有變化，但是水印信號已經(jīng)錯位，不能維持正常水印提取過程所需要的同步性。這樣水印提取器就不 可能 、或者無法實(shí)行對水印的恢復(fù)和提取。 削去攻擊：削去 攻擊試圖通過分析水印化數(shù)據(jù)，估計(jì)圖像中的水印，將水印化數(shù)據(jù)分離成為載體數(shù)據(jù)和水印信號，然后拋棄水印，得到?jīng)]有水印的載體數(shù)據(jù)，達(dá)到非法盜用的目的。 協(xié)議攻擊：協(xié)議攻擊時試圖生成一個偽源數(shù)據(jù)、偽水印化數(shù)據(jù)來混淆含有真正水印的數(shù)字作品的版權(quán)。協(xié)議攻擊的目標(biāo)是攻擊水印應(yīng)用的概念和協(xié)議。這類方法包括 IBM 攻擊、拷貝攻擊等。 水印的提取和檢測 水印的提取及檢測是從含有水印的圖像中提取水印信號或檢測水印圖像中是否有所加入的水印信號。水印提取是利用提取算法對待提取的含水印的圖像進(jìn)行運(yùn)算，得到取出的水印信號。水印的檢測是利用 檢測算法來檢測圖像中是否含有水印，而不是將水印信號提取出來，它只是衡量待檢測圖像中是否存在預(yù)先嵌入的水印。 本科畢業(yè)論文 12 167。 數(shù)字水印的特點(diǎn) 不同的應(yīng)用對數(shù)字水印的要求不盡相同，一般認(rèn)為數(shù)字水印應(yīng)具有如下特點(diǎn)： 1. 安全性（可證明性 ） 數(shù)字水印中的信息應(yīng)是安全的，難以被篡改或偽造，同時有較低的誤檢測率。水印算法識別被嵌入到保護(hù)對象中的所有者的有關(guān)信息（如注冊的用戶號碼、產(chǎn)品標(biāo)志或有意義的文字等），并能在需要的時候?qū)⑵涮崛〕鰜?。水印可以用來判別對象是否受到保護(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。只有被授 權(quán)者能夠檢測、恢復(fù)和修改水印，能充分可靠地證明所有者對特定產(chǎn)品的所有權(quán)。 隱形性（不可感知性） 數(shù)字水印應(yīng)是不可感知的，不可感知包含兩方面的意思，一方面是指視覺上的不可見性，即因嵌入水印導(dǎo)致圖像的變化對觀察者的視覺系統(tǒng)來講應(yīng)該是不可察覺的，最理想的情況是水印圖像與原始圖像在視覺上一模一樣，這是絕大多數(shù)水印算法所應(yīng)達(dá)到的要求；另一方面水印用統(tǒng)計(jì)方法也是不能恢復(fù)的，如對大量用同樣方法和水印處理過的信息產(chǎn)品，即使用統(tǒng)計(jì)方法也無法提取水印或確定水印的存在。同時，數(shù)字水印的存在不應(yīng)明顯干擾被保護(hù)的數(shù)據(jù)，不影響被保 護(hù)數(shù)據(jù)的正常使用。一個好的水印算法應(yīng)該能夠提供完全沒有爭議的版權(quán)證明。 3.、 穩(wěn)健性（魯棒性） 魯棒性問題對水印而言極為重要。一個數(shù)字水印應(yīng)該能夠承受大量的、不同的物理和幾何失真，包括有意的（如惡意攻擊）或無意的（如圖像壓縮、濾波、掃描、復(fù)印、噪聲污染、尺寸變化等）。顯然在經(jīng)過這些操作后，魯棒的水印算法應(yīng)仍能從水印圖像中提取出嵌入的水印或證明水印的存在。如果掌握水印的所有相關(guān)知識，數(shù)據(jù)產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)標(biāo)志應(yīng)該很難被偽造。若攻擊者試圖刪除水印則會導(dǎo)致多媒體產(chǎn)品的徹底破壞。 自恢復(fù)性 水印信息經(jīng)過一些操作或變 換后，可能會使原圖產(chǎn)生較大的破壞，自恢復(fù)性表示僅從留下的片段數(shù)據(jù)便能恢復(fù)出水印信息，而且恢復(fù)過程無須原始圖像。 具有上述特點(diǎn)的水印才是嚴(yán)格意義上的數(shù)字水印，但由于對數(shù)字水印的定義尚未統(tǒng)一，許多文獻(xiàn)中討論的數(shù)字水印并不具備上述特點(diǎn)，或者僅具有上述的部本科畢業(yè)論文 13 分特點(diǎn)。由于數(shù)字圖像比聲音、文字等蘊(yùn)涵更多的信息量，因而現(xiàn)今對數(shù)字水印的研究，大多數(shù)都是針對圖像進(jìn)行的。 167。 數(shù)字水印的分類 數(shù)字水印分類方法很多，不同的標(biāo)準(zhǔn) 導(dǎo)致了不同的分類，它們之間既有聯(lián)系又有區(qū)別。常見的 分類方法有以下幾種： 按水印的特性劃分 按水印的 特性可以 將 水印分為可見水印和不可見水印?？梢娝∈强梢钥吹玫降乃?，它的應(yīng)用不是很廣泛，和人民幣中的防偽線類似。不可見水印的應(yīng)用方位比較廣泛，它與可見水印相反，表面上是看不見的，但當(dāng)發(fā)生版權(quán)糾紛時，版權(quán)所有者可以從中提取出版權(quán)信息，以證明版權(quán)真正的歸屬。 不可見水印又可以分為魯棒性數(shù)字水印和脆弱性數(shù)字水印兩類。魯棒性數(shù)字水印主要用于在數(shù)字作品中標(biāo)識著作權(quán)信息，如作者、些寫作日期、作品序號、出版日期等，它們要求嵌入的水印能夠經(jīng)受各種典型的編輯處理；脆弱性數(shù)字水印與魯棒性水印的要求不一樣，它對微 小 的改動很敏感， 主要用于完整性保護(hù)，人們據(jù)此可以判斷數(shù)字作品是否被修改過。 按水印所附的載體劃分 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。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，會有更多種類的數(shù)字媒體出現(xiàn)，同時也會產(chǎn)生相應(yīng)的水印技術(shù) 。 按水印檢測過程劃分 按水印的檢測過程可以將數(shù)字水印劃分為明文水印 、 盲水印 和半盲水印 。明文水印在檢測過程中需要原始數(shù)據(jù) 和原始水印 ，而盲水印的檢測 既不需要原始數(shù)據(jù)，也不需要原始水印 。 半盲水印的檢測不需要原始數(shù)據(jù)，但 需要 原始水印。 按水印內(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數(shù)字圖像（如商標(biāo)圖像）或數(shù)字音頻片段的編碼 ，包括產(chǎn)品有著的 ID 號、產(chǎn)品序列號、文本、公司標(biāo)志、數(shù)字簽名以及其他本科畢業(yè)論文 14 各種有意義的符號圖像（包括二值圖像、灰度圖像和彩色圖像），該類水印產(chǎn)生算法較復(fù)雜，產(chǎn)生的水印能夠提供較多信息，可以滿足不同應(yīng)用需要 ；無意義水印則只對應(yīng)于一個序列號 ，該水印產(chǎn)生較簡單，用相關(guān)的檢測方法對其產(chǎn)生的水印檢測，通常檢測結(jié)果包含的信息量較少，僅包含一些必要的判別信息（水印媒體中是否含有所加的水印信號）， 不能滿足更多需要， 故其 應(yīng)用范圍有限 。 有意義水印的優(yōu)勢在于，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^視覺觀察確認(rèn)是否有水印。但對于無意義水印來說，如果解碼后的水印序列有若干碼元錯誤，則只能通過統(tǒng)計(jì)決策來確定信號中是否含有水印。 按用途劃分 按水印的用途，我們可以將數(shù)字水印劃分為票證防偽水印、版權(quán)保護(hù)水印、篡改提示水印和隱蔽標(biāo)識水印。 票證防偽水印是 一類比較特殊的水印，主要用于打印票據(jù)和電子票據(jù)、各種證件的防偽 ； 版權(quán)標(biāo)識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作品，這 種雙重性決定 了版權(quán)標(biāo)識水印主要強(qiáng)調(diào)隱蔽性和魯棒性，而對數(shù)據(jù)量的要求相對較小 ； 篡改 提示水印是一種脆弱水印，其目的是標(biāo)識原文件信號的完整性和真實(shí)性 ； 隱蔽標(biāo)識水印的目的是將保密數(shù)據(jù)的重要標(biāo)注隱藏起來，限制非法用戶對保密數(shù)據(jù)的使用。 按隱藏的位置劃分 按數(shù)字水印的隱藏位置，我們可以將其劃分為時域數(shù)字水印、頻域數(shù)字水印、時 /頻域數(shù)字水印和時間 /尺度域數(shù)字水印。時域數(shù)字水印是直接在信號空間上疊加水印信息，而頻域數(shù)字水印、時 /頻域數(shù)字水印和時間 /尺度域數(shù)字水印則分別是在 DCT 變換域、時 / 頻變換域和小波變換域上隱藏水印。 167。 數(shù)字水印的應(yīng)用 數(shù)字水印應(yīng)用非常廣泛，按范圍來看可大致分為以下幾個方面： 版權(quán)保護(hù) 對版權(quán)所有者進(jìn)行識別時水印技術(shù)的一個重要應(yīng)用之一。由于數(shù)字作品本科畢業(yè)論文 15 容易拷貝并且易于修改和刪除，人們很難區(qū)分?jǐn)?shù)字作品的原創(chuàng)者和盜版者，所以多數(shù)原創(chuàng)者都會在主題頁上加上版權(quán)聲明。這樣做的結(jié)果不僅占據(jù)了一部分圖像空間，而且還嚴(yán)重?fù)p壞了原作品的質(zhì)量，所有者的版權(quán)標(biāo)識也很容易被篡改和去除。數(shù)字水印技術(shù)能夠使嵌入到作品中的水印不可見，因此不影響作品的美觀和質(zhì)量。即使對原作品進(jìn)行了改動，也能通過水印檢測器很快地識別出含水印作品的 版權(quán)所有者。 真?zhèn)伪鎰e 假鈔是另各國頭疼的一件事，特別是高精度彩色復(fù)印機(jī)和打印機(jī)的出現(xiàn)使得各國的犯罪嫌疑人鋌而走險(xiǎn)。據(jù)報(bào)道：在 1997 年所截獲的 4 千萬假美鈔中有 19%是用高精度打印機(jī)打出來的。當(dāng)然其他票據(jù)和支票的偽造更是不在話下?，F(xiàn)在各國已經(jīng)開始研制用于防偽的數(shù)字水印技術(shù)，美國財(cái)政部早已委托麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室制造能輸出帶有水印的彩色打印機(jī)和復(fù)印機(jī)。 標(biāo)識印記 對于數(shù)字化作品的辨認(rèn)和認(rèn)證來說，可以采用數(shù)字水印技術(shù)將簽名嵌入到作品中作為一種印記來標(biāo)識，無需與原始簽名對照。另外，可以 將 原始圖像分成若干塊并且在 每個塊上嵌入不同的水印，以保證數(shù)字作品的內(nèi)容不被篡改。即使是輕微的改動也都可以使嵌入的水印失效，此技術(shù)用于法庭、醫(yī)院、商業(yè)等領(lǐng)域，特別是在傳統(tǒng)商務(wù)向電子商務(wù)轉(zhuǎn)換的過程中 將會 得到廣發(fā)地應(yīng)用。 交易跟蹤 利用數(shù)字水印可以將多媒體作品所經(jīng)歷的多個交易記錄下來。如果是非法傳播，則作品的所有者就可以很快地分析出那個環(huán)節(jié)出了問題。如在原作品中嵌入含有購買者手印的水印，作為一種“序列號”當(dāng)有非法拷貝發(fā)生時，可以根據(jù)“序列號”找出非法拷貝的來源及責(zé)任人。 167。 數(shù)字水印算法 數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展是伴隨著數(shù)字化、信息化進(jìn) 程而逐步深入和拓展的，回溯數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展，可以看到數(shù)字水印技術(shù)經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜、從單一到綜合、從普遍性研究到特殊性研究的過程，每一步發(fā)展都來自實(shí)際本科畢業(yè)論文 16 應(yīng)用 需求 的變化和推動。今天數(shù)字水印技術(shù)已經(jīng)涉及到多媒體信息的各個方面，數(shù)字水印算法也涉及多方多面，而且越來越復(fù)雜，下面介紹靜止圖像水印技術(shù)中的幾種典型的算法。 167。 空域算法 空域水印算法是直接寫該圖像像素值的方法。空域水印算法具有計(jì)算量小、嵌入容量大的特點(diǎn)。 LSB 算法、 Pactchwork 算法和 Schyndel 算法是三種空域的典型算法： （ 1） LSB 算法 最低有效位算法（ Least Significant Bit， LSB）是一種典型的空間域數(shù)字水印算法，是 Schyndel 等人提出的。該算法的設(shè)計(jì)原則是通過調(diào)整載體數(shù)據(jù)中對感覺器官不重要的像素嵌入水印，通常是利用原始數(shù)據(jù)的最低幾位來隱藏信息的，由于水印隱藏在最低位，因此在視覺上不易察覺。 （ 2） Patchwork 算法 Patchwork 是麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室 Walter Bender 等人提出的一種數(shù)字水印算法。它的基本原理是在不影響圖像 主觀 質(zhì)量的前提下，通過改變圖像的統(tǒng)計(jì)特向來實(shí)現(xiàn) 水印的嵌入。在嵌入水印時，該算法任意選擇多對像素點(diǎn)，增加一點(diǎn)亮度的同時，相應(yīng)的降低另一點(diǎn)的亮度值，算法的原則是使整個圖像的亮度保持不變，經(jīng)過多次就可以完成水印的嵌入。 （ 3） Schyndel 算法 此算法首先將密鑰輸入 m 序列發(fā)生器以產(chǎn)生水印信號，然后將該水印信號排列成二維向量，最后按像素點(diǎn)的空間排列順序?qū)⒍S水印向量逐一插入到原始圖像像素值的最低位。由于水印信號被安排在了最低位上，它是不可見的?；谕瑯拥脑蛩梢暂p易地被移去，因此魯棒性較差。 167。 變換域算法 空域算法最大的缺點(diǎn)是魯棒性差，很難抵 抗包括有損壓縮、低通濾波等在內(nèi)的各種攻擊。另外，空域中加入水印的算法只能嵌入很小的數(shù)據(jù)量。而圖像頻域算法可以嵌入大量的比特而不引起可察覺的降質(zhì)， 當(dāng) 選擇改變中頻本科畢業(yè)論文 17 或低頻分量來加入水印時，魯棒性可以大大提高。通常用的頻域水印算法有傅立葉變換（ DFT），離散余弦變換（ DCT） 和小波變換（ DWT）。 （ 1）傅立葉變換（ DFT） 傅立葉變換 是 一種經(jīng)典而有效的數(shù)學(xué)工具， DFT 域的算法有利于實(shí)現(xiàn)水印的仿射不變性，且可利用變換后的相位信息嵌入水印。基于傅里葉變換域的水印方法抗 幾何 攻擊的性能比較好，嵌入信息量大，信號魯棒性也很 強(qiáng)。