數(shù)字水印技術(shù)研究

王樞　葛運(yùn)龍　黃正興

摘 要 本文對數(shù)字水印技術(shù)的背景、特征、一般攻擊方法、存在問題做了一個研究。

關(guān)鍵詞 數(shù)字水印 攻擊 問題

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0前言

近年來，多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)字媒體應(yīng)用正在呈爆炸式的增長，這給人們的生活帶來了極大的便利，然而多媒體信息卻極易被復(fù)制和修改，而且難以追蹤修改的痕跡。近年來，具有偽裝特點(diǎn)的新興信息安全技術(shù)——信息隱藏技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并成為隱蔽通信和版權(quán)保護(hù)的有效手段，迅速成為國際上研究的熱點(diǎn)。

1數(shù)字水印特征

嵌入載體中的數(shù)字水印應(yīng)具備以下特性：

（1）嵌入有效性：水印載體是輸入到檢測器后能檢測出水印的載體。根據(jù)這種水印載體的定義，水印系統(tǒng)的有效性就是指嵌入水印后能夠檢測到水印的概率。

（2）透明性：透明性也叫不可感知性或保真度。是指向數(shù)字載體中嵌入水印后不會引起被保護(hù)作品可感知的質(zhì)量退化，很難發(fā)現(xiàn)水印載體和原始載體的差別。

（3）無歧義性：也叫確定性，要求嵌入的水印信息必須是能夠足以證明該多媒體內(nèi)容所有者的標(biāo)志信息，該標(biāo)志信息能夠被唯一確定地檢測出來，防止版權(quán)糾紛，以達(dá)到版權(quán)保護(hù)的目的。

（4）錯誤檢測率：包括虛檢率和漏檢率，虛檢是指在實(shí)際不含水印的作品中檢測出水印，而漏檢是指在實(shí)際含水印的作品中沒有檢測出水印。

（5）魯棒性：魯棒性指的是加入載體的水印能夠在圖像受到某些攻擊或變換操作后（噪聲、濾波、壓縮、數(shù)模轉(zhuǎn)換等），不會丟失，在檢測提取后仍可以識別。

（6）安全性：是指嵌入的水印能夠抵抗各種類型的攻擊，并且任何第三方都不能仿造他人的水印信息，而且即使水印信息被非法用戶提取出來，也無法識別，也就是說數(shù)字水印的信息應(yīng)該是難以篡改或偽造的。

2水印攻擊方法

對含水印圖像的常見攻擊方法按照對圖像的操作目的主要分為兩大類：有意攻擊攻擊和無意攻擊。

水印由于它本身的特性必須對一些無意攻擊具有較強(qiáng)的魯棒性，常見的無意攻擊有：有損壓縮，剪切，增強(qiáng)、模糊和其他濾波算法，亮度和對比度的修改，放大、縮小和旋轉(zhuǎn)，圖像傳輸過程中的噪聲干擾等。

而對于水印的有意攻擊的一般分類為：

（1）仿造水印的抽?。罕I版者對于特定產(chǎn)品生成的一個信號使得檢測算子輸出一個肯定結(jié)果，其中是一個從來不曾嵌入產(chǎn)品中的水印信號，盜版者把它作為自己的水印。

（2）仿造的肯定檢測：盜版者用一定的程序找到某個密鑰，使水印檢測系統(tǒng)能夠輸出肯定的結(jié)果，這個結(jié)果作為盜版者聲明的自己的水印，該密鑰被用于表明盜版者對產(chǎn)品的所有權(quán)。

（3）統(tǒng)計學(xué)上的水印抽取：當(dāng)作品所有者在大量的數(shù)字作品用同一密鑰加入水印時，攻擊者可以用統(tǒng)計估計的方法去除水印，這種統(tǒng)計學(xué)上的可重獲性可以通過使用基于產(chǎn)品內(nèi)容的水印來防止。

（4）多重水?。汗粽呖赡軙媚撤N算法在已載有版權(quán)標(biāo)識水印的作品中嵌入他自己的水印，從而使得攻擊者和產(chǎn)品的原始所有者，都能用自己的密鑰在產(chǎn)品中檢測出自己的水印，這時造成的版權(quán)糾紛問題難以解決。

3存在問題

數(shù)字水印技術(shù)按照應(yīng)用領(lǐng)域可分為脆弱性數(shù)字水印、魯棒性數(shù)字水印和半脆弱性數(shù)字水印。脆弱水印是將數(shù)字水印嵌入到多媒體數(shù)據(jù)中，當(dāng)多媒體數(shù)據(jù)受到懷疑時，提取該水印來鑒別多媒體內(nèi)容的真?zhèn)?，并指出篡改位置，甚至攻擊類型等。魯棒水印是添加在多媒體數(shù)據(jù)中的某些能證明版權(quán)歸屬或者跟蹤侵權(quán)行為的信息。脆弱水印和魯棒水印都屬于單水印技術(shù)，而單水印技術(shù)往往存在功能單一的問題。目前的很多重要信號，既要對它們的版權(quán)進(jìn)行保護(hù)，又要證明其內(nèi)容沒有被惡意篡改，因此有必要開發(fā)出能夠同時滿足版權(quán)保護(hù)和內(nèi)容認(rèn)證兩種要求的水印技術(shù)。半脆弱水印技術(shù)是解決這個問題的一種方法，它的性能介于魯棒水印和脆弱水印之間，但很難做到較強(qiáng)的魯棒性和敏感的脆弱性相結(jié)合。近年來出現(xiàn)的雙重水印技術(shù)解決了這一問題。

雙重水印技術(shù)是在某個載體中同時嵌入魯棒水印和脆弱水印，這種方法存在兩種水印之間相互干擾的問題。由于脆弱水印對圖像修改很敏感，魯棒水印相對比較穩(wěn)定，因此目前大部分雙重水印算法都是以先嵌入魯棒水印，后嵌入脆弱水印的方法來減小這兩種水印的相互影響。這種方法雖然對水印檢測結(jié)果影響較小，但不能做到完全沒有影響，并且嵌入的雙重水印由于嵌入容量大，干擾了圖像原有信息，使得原始載體圖像失真相對較大。

4結(jié)束語

數(shù)字水印技術(shù)是國際學(xué)術(shù)界興起的一個前沿研究領(lǐng)域。它與信息安全、信息隱藏、數(shù)據(jù)加密等均有密切的關(guān)系。特別是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用迅速發(fā)展的今天，水印技術(shù)的研究更具研究意義。今后水印技術(shù)的研究主要還是在認(rèn)證和版權(quán)保護(hù)兩個大的方面，基于這兩個方面也出現(xiàn)了很多新的研究方向。

參考文獻(xiàn)

[1] Zhu B. B， Swanson M. D， Tewfik A. H. When Seeing Isnt Believe. IEEE Signal Processing Magazine， 2004， 21（2）： 40-49.

[2] 王穎， 黃志蓓. 數(shù)字水印[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2003.

[3] 王麗娜， 張煥國， 葉登攀. 信息隱藏技術(shù)與應(yīng)用[M]. 武漢： 武漢大學(xué)出版社，2009.