【正文】 好的折中。檢測(cè)的結(jié)果或是原水?。ㄈ缱址驁D標(biāo)等），或是基于統(tǒng)計(jì)原理的檢驗(yàn)結(jié)果以判斷水印存在與否。為了給攻擊者增加去除水印的不可預(yù)測(cè)的難度，目前大多數(shù)水印制作方案都在加入、提取時(shí)采用了密鑰，只有掌握密鑰的人才能讀出水印。印刷打印數(shù)字水印是數(shù)字水印技術(shù)的一個(gè)分支，是以印刷品為載體的防偽及版權(quán)保護(hù)技術(shù)。該過(guò)程不影響原來(lái)數(shù)據(jù)的正常使用，不改變?cè)瓉?lái)數(shù)據(jù)量的大小，不改變媒體的外觀。該技術(shù)在軍事通信、國(guó)家信息安全、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)、多媒體及 印刷出版領(lǐng)域都具有十分廣闊的應(yīng)用前景。自 1993 年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)始并嘗試一種新的關(guān)于信息安全的技術(shù)，即將機(jī)密資料隱藏到一般的文件中，然后再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳遞。其道理如同生物學(xué)上的保護(hù)色，巧妙地將自己偽裝隱藏于環(huán)境中，免于被天敵發(fā)現(xiàn)而遭受攻擊。該技術(shù)已引起工業(yè)界及軍方的濃厚興趣，并日益成為國(guó)際上非?；钴S的研究領(lǐng)域。在國(guó)外，它們包括美國(guó)財(cái)政部、美國(guó)版權(quán)工作組、美國(guó)空軍研究院、美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室、德國(guó)國(guó)家信息技術(shù)研究中心、日本 NTT 信息與通信系統(tǒng)研究中心、麻省理工學(xué)院、伊利諾斯大學(xué)、明尼蘇達(dá)大學(xué)、劍橋大學(xué)、瑞士洛桑聯(lián)邦工學(xué)院、西班牙Vigo 大學(xué)、 IBM 公司 Watson 研究中心、微軟公司劍橋研究院、朗訊公司貝爾實(shí)驗(yàn)室、 CA 公司、 Sony 公司、 NEC 研究所以及荷蘭菲利浦公司等。從總體上看，我國(guó)相關(guān)的研究與世界水平同步，而且有自己獨(dú)特的研究思路，但這些研究大多處在應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)階段，尚無(wú)成熟的技術(shù)和商業(yè)化的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。在數(shù)字水印研究開(kāi)發(fā)方面已搶占市場(chǎng)先機(jī)，在成功開(kāi)發(fā)出音頻、視頻、圖像及文本數(shù)字水印技術(shù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，又率先開(kāi)發(fā)出了國(guó)內(nèi)第一個(gè)印刷打印數(shù)字水印軟件并投入了商業(yè)化應(yīng)用。 數(shù)字水印的研究方向和意義 如何利用水印算法，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中解決多媒體信息安全問(wèn)題，成為了當(dāng)前一個(gè)研究熱點(diǎn)。通過(guò)加密解密可以實(shí)現(xiàn)前兩個(gè)目的，但是，解密后的數(shù)據(jù)可以隨意在網(wǎng)絡(luò)上分布、傳播。但是，這些應(yīng)用只是被動(dòng)的在爭(zhēng)端發(fā)生時(shí)才體現(xiàn)出來(lái) ，而且由于缺乏相應(yīng)的法律支持，這些想法沒(méi)有真正的實(shí)施。我們提出在網(wǎng)絡(luò)通信路上，如在路由器中加入水印檢測(cè)算法（數(shù)字水印代理），在網(wǎng)路上檢測(cè)非法傳播，從而杜絕網(wǎng)絡(luò)上數(shù)字媒體內(nèi)容的非法傳播。然而，這也使盜版者能以低廉的成本復(fù)制及傳播未經(jīng)授權(quán)的數(shù)字產(chǎn)品內(nèi)容。密碼學(xué)的加密原理或置亂技術(shù)能保證數(shù)字產(chǎn)品內(nèi)容的安全傳送，同時(shí)，可作為存取控制或征收費(fèi)用的手段，因?yàn)橹挥杏脩艋虬鏅?quán)所有者才有密鑰，只有他們可以解密或恢復(fù)置亂從而得到數(shù)字產(chǎn)品的真實(shí)內(nèi)容。為了防止這種情況的發(fā)生，人們提出了數(shù)字水印的概念。在某種意義上說(shuō)，水印對(duì)局外人是不可見(jiàn)的 (透明的 ),但算法本身能提供有效的檢測(cè)手段。數(shù)字水印可以 應(yīng)用于包括文本、聲音、靜止圖像及視頻等各種多媒體數(shù)據(jù)中，但是目前與水印相關(guān)的研究和文獻(xiàn)大多是與靜止圖像、視頻保護(hù)有關(guān)的，一些典型的算法和軟件也都是針對(duì)圖像數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的，對(duì)文本添加水印的方法比較單一，研究進(jìn)展不大。這些數(shù)據(jù)信息如果被篡改將會(huì)產(chǎn)生難以預(yù)料的嚴(yán)重后果，因而使 得保護(hù)數(shù)字文本比保護(hù)音頻、視頻或圖像之類的多媒體信息更加重要。研究如何保證這些文本信息的安全，可以使我們?cè)谖磥?lái)可能的國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)紛爭(zhēng)中取得主動(dòng)權(quán)，這是事關(guān)個(gè)人、集體甚至國(guó)家發(fā)展與安危的大事，對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的版權(quán)保護(hù)、電子商務(wù)及政府工作等具有極其重要的意義。文本數(shù)字水印的研究建立在認(rèn)知科學(xué)、通信原理、密碼學(xué)等相關(guān)學(xué)科 基礎(chǔ)上，涉及多個(gè)研究領(lǐng)域，具有很高的技術(shù)含量和理論深度，存在不少具有較高理論難度和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的問(wèn)題值得去深入探討，很有發(fā)展?jié)摿Γ悄壳皹O有價(jià)值的研究新方向。不同的水印模式或幾種混合模式下的水印技術(shù)可以應(yīng)用于不同方面。 Kutter 將空域、頻域和其它變換域水印算法統(tǒng)稱為第一代水印，指出第一代水印的缺點(diǎn)在于沒(méi)有將 7 水印信號(hào)直接嵌入在視覺(jué)重要成分中。如圖像的邊緣、邊角點(diǎn)和紋理區(qū)域等。有意印是指原始水印是某個(gè)數(shù)字圖像或數(shù)字音頻片斷的編碼；無(wú)意義水印則是由一個(gè)隨機(jī)序列、偽隨機(jī)二值序列或混沌序列等一些無(wú)實(shí)際意義的信號(hào)。票據(jù)防偽水印是比較特 殊的水印，主要應(yīng)用在打印票據(jù)和電子票據(jù)的防偽。篡改提示水印時(shí)一種脆弱水印，其目的是標(biāo)識(shí)載體信號(hào)的完整性和真實(shí)性。 (4)按水印檢測(cè)過(guò)程，可以分為盲水印、半盲水印和非盲水印。 (5)按魯棒 性來(lái)分，可分為易脆水印和魯棒水印。魯棒水印保證了當(dāng)數(shù)字信息收到有意或者無(wú)意的處理或者攻擊時(shí)，仍能夠通過(guò)檢測(cè)提取到確認(rèn)版權(quán)的水印信息?？梢?jiàn)水印是在載體可以看見(jiàn)的水印，與可視的紙張水印相似。 (7)按載體分類，可分為圖像水印、視頻水印、音頻水印和文本水印等。 (8)從水印的嵌入域來(lái)分，可分為空域水印、變換域水印。 數(shù)字水印的應(yīng)用 數(shù)字水印技術(shù)是剛剛興起的一門(mén)數(shù)字信息安全的新技術(shù)，但是由于它具備的特殊優(yōu)勢(shì)和特性，自它被提出之后，就受到廣大專家學(xué)者的認(rèn)可，它的應(yīng)用前景和應(yīng)用領(lǐng)域非常巨大，總的來(lái)說(shuō) ，主要應(yīng)用領(lǐng)域有： 版權(quán)保護(hù)：目前版權(quán)保護(hù)可能是水印最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)該作品被盜版或出現(xiàn)版權(quán)糾紛時(shí)，所有者可利用從盜版作品或水印作品中獲取水印信號(hào)作為依據(jù)，從而保護(hù)所有者的權(quán)益。 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(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)，使得紙幣、支票以及其它票據(jù)的偽造變得更加容易。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，網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)成熟以后的各種電子票據(jù)等都需要進(jìn)行非密碼認(rèn)證，數(shù)字水印技術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見(jiàn)的標(biāo)志，從而大大增加了偽造的難度。內(nèi)容認(rèn)證的目的就是檢測(cè)對(duì)數(shù)字作品的修改，可用脆弱水印來(lái)實(shí)現(xiàn)認(rèn)證。如果從作品中檢測(cè)到一個(gè)非常脆弱的水印，那么說(shuō)明作品沒(méi)有被修改，至少?zèng)]有被意外地修改。 標(biāo)題與注釋：數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)信息有時(shí)比數(shù)據(jù)本身更具有價(jià)值，如遙感圖像的拍攝日期、經(jīng)緯度等。將作品的標(biāo)題、注釋等內(nèi)容以水印形式嵌入該作品中，于是標(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。 拷貝保護(hù)：在多媒體發(fā)行體系中，希望存在這樣的一個(gè)拷貝保護(hù)機(jī)制，即它不允許未經(jīng)授權(quán)的媒體拷貝，在開(kāi)放系統(tǒng)中很難實(shí)現(xiàn)拷貝保護(hù)，然而在封閉或私有系統(tǒng)中，拷貝保護(hù)是可行的，在這樣的系統(tǒng)中，可用水印來(lái)說(shuō)明數(shù)據(jù)的拷貝情況。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，即利用數(shù)字水印技術(shù)把需要傳遞的秘密信息作為水印嵌 入到可以公開(kāi)的數(shù)字產(chǎn)品的時(shí) (空 )域和變換域中，從而實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。從這個(gè)意義上講，傳輸秘密信息的信道也是秘密的。同時(shí)，由于信息的嵌入方法是保密的，如果再結(jié)合密碼學(xué)的方法，即使敵方知道秘密信息的存在，要提取和破譯該信息也是十分困難的。同時(shí)還可以作為鑒定、起訴非法侵權(quán)的證據(jù)，通過(guò)對(duì)水印的檢測(cè)和分析來(lái)保證數(shù)字信息的完整性 [6]。數(shù)字水印與原始圖像緊密結(jié)合并隱藏其中，能經(jīng)歷一些不破壞原始圖像的使用價(jià)值或商用價(jià)值的操作而保存下來(lái)。它是信息隱藏技術(shù)的最重要的一個(gè)分支，是解決多媒體數(shù)據(jù)版權(quán)保護(hù)問(wèn)題的有效手段之一。即水印是不易察覺(jué)的。不可見(jiàn)性包含兩方面的意思，一個(gè)指視覺(jué)上的不可見(jiàn)性，即因嵌入水印導(dǎo)致圖像的變化對(duì)觀察者的視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)講應(yīng)該是不可察覺(jué)的，最理想的情況是含水印圖像與原始圖像在視覺(jué)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 [7]，如對(duì)大量的用同樣方法和水印處理過(guò)的圖像即使用統(tǒng)計(jì)方法也無(wú)法提取水印或確定水印的存在。嵌入到圖像中的水印應(yīng)能被唯一 確定地檢測(cè)并提取，從而可靠地判定該作品的真正所有者，而不會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)不到嵌有水印的圖像中的水印或報(bào)告不含有水印的圖像中含有水印這樣的錯(cuò)誤。圖像數(shù)字水印的安全性就是指它抵抗蓄意竄改或惡意攻擊的能力。水印系統(tǒng)對(duì)安全性的要求對(duì)于不同的應(yīng)用差別很大。水印能夠?yàn)槭艿奖Ｗo(hù)的圖像的歸屬提供完全可靠的證明。水印能夠用來(lái)判別對(duì)象是否受到保護(hù)，并 能監(jiān)視被保護(hù)對(duì)象的傳播、真?zhèn)舞b別以及非法拷貝控制等。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，在這方面還需要做很多工作。魯棒性是數(shù)字水印技術(shù)最重要的一個(gè)特性。魯棒水印主要是指在經(jīng)歷多種有意或無(wú)意的信號(hào) 處理后，水印仍能保持完整或仍能被準(zhǔn)確鑒別。從理論上講，在具備相應(yīng)的信息后，水印是可以消除的，而成功的數(shù)字水印技術(shù)就是要保證在解碼信息不完備的情況下，任何試圖去除水印的操作均會(huì)導(dǎo)致 10 原始 圖像質(zhì)量的嚴(yán)重破壞。在實(shí)際應(yīng)用中，要求設(shè)計(jì)的水印方案至少對(duì)一些常用的圖像處理具有魯棒性。一般通過(guò)相關(guān)或類似于相關(guān)的計(jì)算進(jìn)行檢測(cè)。 圖像數(shù)字水印算法的基本框架 所有的圖像數(shù)字水印算法都由兩個(gè)基本系統(tǒng)：水印嵌入系統(tǒng)和水印恢復(fù)系統(tǒng)組成。大多數(shù)水印方案在水印嵌入過(guò)程中都使用了密鑰，從而加強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的安全性。 設(shè)原始圖像為 I ，水印為 W ，密鑰為 K ，則水印嵌入可用式 (21)來(lái) 述： I w = F (I, W, K ) (21) 式中 F 表示水印嵌入算法，如圖 所示。 在保證不可見(jiàn)的前提下，盡可能提高嵌入水印的強(qiáng)度， α 的選擇必須考慮圖像的性質(zhì)和視覺(jué)系統(tǒng)的特性。 設(shè)待測(cè)圖像為 I 39。中提取的水印為 W39。則： W39。 , I ) (23) 計(jì)算相關(guān)系數(shù) C (W,W39。 )滿足： C (W,W39。 水 印 W 或 原 始 圖 像 I密 鑰 K檢 測(cè) （ 提 取 ） 算 法 水 印 （ 相 關(guān) ） 系 數(shù)待 測(cè) 圖 像I ? 圖 圖像數(shù)字水印恢復(fù)系統(tǒng)框圖 數(shù)字圖像水印的典型算法 數(shù)字圖像水印的算法按照嵌入域的不同主要可分為空域算法、變換域算法。一般來(lái)說(shuō)，空域算法具有計(jì)算簡(jiǎn)單、信息隱藏量大的特點(diǎn)，但其最大的缺點(diǎn)是缺乏理 想的魯棒性，盡管有些算法提出了改善魯棒性的一些方法，但空域算法在魯棒性上一般比變換域的算法差，因此在魯棒圖像水印算法中用的較少。而結(jié)合空域和變換域特性的圖像自適應(yīng)算法則是圖像水印技術(shù)中一個(gè)有前景的研究方向。 LSB 算法的優(yōu)點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)；水印嵌入的數(shù)據(jù)量大；含水印圖像不可見(jiàn)好，但是它致命的弱點(diǎn)是魯棒性很弱，在對(duì)數(shù)字圖像處理或變換后，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)行簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)變換就以將水印信息破壞掉。為了保證安全性，這些統(tǒng)計(jì)特征的來(lái)源必須受到密鑰的控制。這一類算法的代表是 patchwork 算法 [14]。實(shí)際上，變換域算法并不限于上述三種變換，只要能隱藏水印信息，任何變換都是可行的。由于它與JPEG 壓縮的特性兼容，且在修改 DCT系數(shù)的同時(shí)考慮到了 JPEG 壓縮量化矩陣，因而可以有效地 改善水印對(duì)有損壓縮的魯棒性。為了得到水印的魯棒性和不可見(jiàn)性的最佳折衷，人們逐漸認(rèn)識(shí)到利用視覺(jué)生理模型的重要性。與DCT 相比， DWT 具有以下優(yōu)點(diǎn)：具備多分辨率特性，嵌入的水印可以選擇在不同的分辨 層上得到不同的魯棒性和視覺(jué)特性；良好的時(shí) 頻分解特性更符合人類視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)，使得水印的嵌入可以更好地結(jié)合 HVS，從而改善水印圖像的質(zhì)量或水印的性能；與新一代的壓縮標(biāo)準(zhǔn)兼容，如 JPEG2020 和 MPEG7，因 DWT 在數(shù)字水印技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用前景。 水印檢測(cè)器接收到目標(biāo)圖像后，先進(jìn)行同樣的小波分解，通過(guò)相應(yīng)的檢測(cè)算法來(lái)判斷目標(biāo)圖像是否含水印或直接通過(guò)提取算法將水印提取出來(lái)。文獻(xiàn) [18]提出一種基于低頻子帶嵌入的盲水印算法，通過(guò)一個(gè)不重疊 31 大小的滑動(dòng)窗，對(duì)小波分解的整個(gè)低頻系數(shù)進(jìn)行掃描，對(duì)連續(xù)的 3 個(gè)系數(shù)進(jìn)行排序，對(duì)最小值、最大值之間的長(zhǎng)度進(jìn)行 M 段分割，中間值根據(jù)水印值進(jìn)行量化，算法的缺點(diǎn)是在 JPEG 壓縮率較大的情況下檢測(cè)效果不太理想。低頻域嵌入算法的優(yōu)點(diǎn)是魯棒性強(qiáng)，但容易影響圖像的視覺(jué)效果；高頻域嵌入算法的優(yōu)點(diǎn)是有較好的抵抗噪聲能力，但抗 JPEG 有損 縮和低通濾波的性能差，而將高低頻水印算法優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，可以達(dá)到揚(yáng)長(zhǎng)避短、互相補(bǔ)充的目的，本文第五章就是基于這種思想進(jìn)行研究的。為了破壞圖像數(shù)字水印的安全性，水印攻擊者總是設(shè)法消除信息所有者的水印內(nèi)容 的有效性，使相應(yīng)的水印系統(tǒng)的檢測(cè)工具無(wú)法正確地恢復(fù)水印信號(hào)，或不能檢測(cè)到水印信號(hào)的存在。為了更好的檢驗(yàn)水印算法的魯棒性和安全性，分析算法缺陷和產(chǎn)生原因，以便在新的水印系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中加以改進(jìn)，有必要對(duì)水印攻擊進(jìn)行分析?，F(xiàn)有的圖像水印系統(tǒng)的攻擊方法，主要可分為四大類： 去除攻擊 (Removal Attacks) 去 除攻擊是最常用的攻擊方法。這類攻擊的目的在于擦除或除去標(biāo)記過(guò)的數(shù)據(jù)中的水印而不影響圖像的使用。這類攻擊可以再細(xì)分為：簡(jiǎn)單攻擊 (也可稱為波形攻擊或噪聲攻擊 )和刪除攻擊。它包括無(wú)惡意的和常見(jiàn)的一些信號(hào)處理方法，如線性或非線性濾波、基于波形的圖像壓縮 (JPEG， JPEG2020， MPEG)、添加噪聲、 Gamma 校正 、圖像裁剪、圖像量化、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換、打印和掃描等。人們通常有這樣的誤解：一個(gè)幅度很小的水印可以通過(guò)加上類似幅度的噪聲來(lái)除去。 刪除攻擊主要針對(duì)某些水印算法，通過(guò)分析水印數(shù)據(jù)，估計(jì)圖像中的水印，然后將水印從圖像中分離出來(lái)使得水 印檢測(cè)失效。此類攻擊的一個(gè)例子是共謀攻擊。抵抗去除攻擊的方法依賴于水印算法的安全性。攻擊者無(wú)法得到密鑰就無(wú)法擦除 印。 表示攻擊 (Presentation Attacks) 表示攻擊又稱為同步攻擊 (Synchronization Attacks)，它是試圖破壞相關(guān)性和使得水印檢測(cè)器對(duì)水印的恢復(fù)變得不可能或不可實(shí)現(xiàn)的攻擊