基于C#開發(fā)的數(shù)字水印技術(shù)

呂嫄

摘要：數(shù)字水印技術(shù)在現(xiàn)在的信息安全領(lǐng)域，成為了主要的研究熱點(diǎn)方向，其成為了當(dāng)前的主要的信息隱藏技術(shù)。隨著信息化技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)字水印技術(shù)被廣泛應(yīng)用，該文主要介紹在C#開發(fā)平臺(tái)下進(jìn)行數(shù)字水印系統(tǒng)的編碼實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)用數(shù)字水印處理相關(guān)原理進(jìn)行介紹。下面本文主要針對(duì)數(shù)字水印的基本研究現(xiàn)狀、C#相關(guān)問題進(jìn)行介紹，并在C#平臺(tái)開發(fā)上實(shí)現(xiàn)了數(shù)字水印系統(tǒng)編碼。

關(guān)鍵詞：C#；數(shù)字水??；數(shù)字水印系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）36-8624-02

近年來，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)快速發(fā)展，對(duì)于人們的信息隱私保護(hù)問題成為了當(dāng)前研究的重點(diǎn)。信息技術(shù)雖然快速發(fā)展，但是其安全性保護(hù)問題卻一直是人們擔(dān)憂的問題，目前主要的信息安全保護(hù)均是以數(shù)學(xué)理論和密碼學(xué)作為基礎(chǔ)，這兩種技術(shù)都屬于從數(shù)據(jù)加密和訪問權(quán)限控制來實(shí)現(xiàn)保護(hù)。但是這種方法卻不能夠完全解決信息安全問題所帶來的其他問題，密碼技術(shù)在經(jīng)過破譯之后也能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行泄密，其具有局限性[1]。另外現(xiàn)代多媒體技術(shù)快速發(fā)展，對(duì)于一些重要信息需要進(jìn)行數(shù)據(jù)加密、權(quán)限認(rèn)證和數(shù)字版權(quán)保護(hù)僅僅使用密碼措施，難以滿足當(dāng)前的要求。因此傳統(tǒng)的加密處理難以滿足當(dāng)前信息時(shí)代發(fā)展的需求，于是人們發(fā)現(xiàn)了數(shù)字水印技術(shù)可以更加有效的對(duì)信息進(jìn)行保護(hù)。其在數(shù)字認(rèn)證、版權(quán)保護(hù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，面對(duì)快速發(fā)展的信息科技，數(shù)字水印技術(shù)解決了加密處理過程中的一些常規(guī)性問題。

1 數(shù)字水印研究現(xiàn)狀

國(guó)外數(shù)字水印技術(shù)的起步時(shí)間比我國(guó)早，發(fā)展的時(shí)間較長(zhǎng)，而在我國(guó)，隨著信息隱藏技術(shù)的不斷發(fā)展，使得很多的人越來越關(guān)注信息隱藏技術(shù)與數(shù)字水印技術(shù)，研究的力度也進(jìn)一步加大，經(jīng)過多年的發(fā)展，信息隱藏技術(shù)方面的領(lǐng)域與一些密碼學(xué)、信息安全、信號(hào)處理等取得了很好的成果。如今數(shù)字水印技術(shù)作為一種隱藏通信與知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等方面具有極其重要作用的技術(shù)，正在被社會(huì)各界廣泛的運(yùn)用[2]。

隨著數(shù)字水印理論和實(shí)踐得到較大的突破時(shí)，目前數(shù)字水印在信息技術(shù)、信息標(biāo)識(shí)隱藏、數(shù)字出版版權(quán)保護(hù)、非對(duì)稱握手認(rèn)證等方面的應(yīng)用最為廣泛。對(duì)于數(shù)字水印版權(quán)保護(hù)應(yīng)用方面，主要集中在電子商務(wù)認(rèn)證、傳媒行業(yè)大規(guī)模廣播服務(wù)、個(gè)人多媒體制品分享等方面，此外，數(shù)字水印還為工程制圖、醫(yī)學(xué)顯像、監(jiān)控、物理成像、多媒體檢索等做出了巨大的貢獻(xiàn)。在認(rèn)證上，數(shù)字水印采用了信用卡、ID卡、票據(jù)等作為防偽和檢測(cè)的重要手段，由于數(shù)字水印和隱藏通信能夠很好的結(jié)合，使得數(shù)字水印在國(guó)防中不可通信中也得到了廣泛的運(yùn)用，數(shù)字水印能夠?yàn)橛脩籼峁┮粋€(gè)秘密的、公共的信息傳輸平臺(tái)[3]。

目前對(duì)于證件的防偽面臨著較大的困難，從造假到販假到最后的用假，偽造證件已經(jīng)成為了社會(huì)上的一種常見現(xiàn)象，也行成了一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)鏈。偽造證件的使用無論在人才就業(yè)上、升學(xué)上、甄選上還是晉職調(diào)選上都產(chǎn)生了一股歪風(fēng)邪氣，給各企業(yè)帶來嚴(yán)重的損失，嚴(yán)重的打擊了人才甄選時(shí)的公信力和公平性。鑒于此，數(shù)字水印技術(shù)就偽造問題進(jìn)行了深入的研究，將辨別真?zhèn)巫鳛榱藨?yīng)用中的重點(diǎn)，避免出現(xiàn)復(fù)制、仿造、假冒的現(xiàn)象，通過以往實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)來看，引入數(shù)字水印技術(shù)后，極大的降低了復(fù)制、仿造、假冒的現(xiàn)象。

數(shù)字水印利用數(shù)據(jù)隱藏的原理可以將版權(quán)設(shè)置為不可見或者不可聽，從而在不損壞原有作品的基礎(chǔ)上對(duì)其版權(quán)進(jìn)行有力的保護(hù)。目前，我國(guó)的數(shù)字水印技術(shù)對(duì)版權(quán)的保護(hù)已經(jīng)處于實(shí)用化階段，如采用了IBM公司的數(shù)字圖書館軟件中的數(shù)字水印功能和ADOBE工期的Photoshop軟件中的數(shù)字水印插件等。雖然數(shù)字水印技術(shù)目前還有待提高，很容易遭到第三方的破解或破壞，但是數(shù)字水印技術(shù)為我們提供了一個(gè)開闊的發(fā)展前景。

2 C#相關(guān)介紹

C#作為一種面向?qū)ο蟮拈_發(fā)語言，并在NET Fremework框架環(huán)境中運(yùn)行，其和C與C++相比，C#的很多功能得到了進(jìn)一步的加強(qiáng)，并對(duì)一些語言規(guī)則進(jìn)行了規(guī)范，如C#中僅允許了單繼承，可以一個(gè)類實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口。此外，C#比C和C++更注重語言的安全性，安全轉(zhuǎn)換是唯一的且默認(rèn)的，例如需要從派生類的基類中換算或者取整計(jì)算，布爾類型是不允許非空指針進(jìn)行隱式轉(zhuǎn)換成整數(shù)，該點(diǎn)和C++中的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)有很大的區(qū)別。至于C#的模板，可以采取仿制調(diào)用的方式，C#還支持了以前C++中不支出的對(duì)象以及方法，并在C#2.0版本中還增添了新功能[4]。

利用C#源代碼對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行開發(fā)，無法直接將編譯的源代碼在操作系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換為可以直接執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，該特點(diǎn)和java語言類似，它會(huì)先生成一個(gè)中間代碼，然后再通過NET Fremework虛擬機(jī)對(duì)中間代碼進(jìn)行執(zhí)行，所以雖然在表面上看起來可執(zhí)行的文件都是后綴為exe文件，和傳統(tǒng)并無太大區(qū)別，但是如果執(zhí)行的計(jì)算機(jī)上并沒有安裝NET Fremework框架，那么這些程序是無法被執(zhí)行的。NET Fremework將中間代碼翻譯成機(jī)器可以執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，才能夠使程序執(zhí)行，如果執(zhí)行的代碼是相同的，NET Fremework則會(huì)調(diào)用曾經(jīng)存儲(chǔ)在緩存中的代碼，就可以不需要進(jìn)行二次編制就可以執(zhí)行，這樣的設(shè)計(jì)能夠更快的提高執(zhí)行的速度和效率。

上述提到NET Fremework對(duì)C#語言的執(zhí)行的重要性，那么NET Fremework又為何物？NET Fremework被稱為NET框架，是一種能夠快速應(yīng)用化、便捷化、網(wǎng)絡(luò)化、獨(dú)立化的開發(fā)平臺(tái)，其能夠支持多種編程語言，如C++、C#、VB等，其作為一種開發(fā)環(huán)境架構(gòu)，提供了大部分語言必要的開發(fā)工具和功能，正由于這些特性使得其能夠被廣泛的運(yùn)用。

3 基于C#平臺(tái)開發(fā)數(shù)字水印系統(tǒng)

3.1 數(shù)字水印圖像處理方式

1） Bitmap類圖像處理

Bitmap類圖像處理其主要是在Bitmap類中封裝了一個(gè)位圖，由圖像和屬性像素信息數(shù)據(jù)等組成，主要包含了設(shè)定像素顏色、獲得像素顏色、返回像素格式、獲得顏色調(diào)色板、返回高度和寬度，鎖定內(nèi)層的位圖像素、鎖定內(nèi)層里的位圖像素，這些都是對(duì)圖像的基本形狀和像素進(jìn)行處理。當(dāng)然在處理過程中既有設(shè)定顏色和像素，也有調(diào)色板進(jìn)行顏色調(diào)色，使得位圖的像素處理滿足設(shè)計(jì)者的需求，從而更加滿足設(shè)計(jì)者的要求[5]。endprint

2） BitmapData類圖像處理

BitmapData類在描述圖像的時(shí)候，主要是描述被鎖定位圖的主要屬性，包含了返回高度、返回寬度、像素格式、返回被鎖定位圖的首字節(jié)位置以及掃描寬度等。

3） Graphics類圖像處理

Graphics類圖像處理是C#圖像類處理的GDI核心，其定義了繪制和填充圖形的方法屬性，程序在進(jìn)行圖像繪畫的時(shí)候，必須調(diào)用Graphics類進(jìn)行圖像處理。

此三種圖像處理方法在數(shù)字水印中占據(jù)著非常重要的作用，在整個(gè)系統(tǒng)中都需要使用各類圖像處理方法。

3.2 水印信息加解擾碼算法

在加擾編碼過程中，水印變換設(shè)計(jì)中可以起到對(duì)圖像能量擴(kuò)散的效果，使得原來的圖像能量集中在水印信息中，并且擴(kuò)散為一串偽隨機(jī)的m序列，而且具備了一定水印信息的防篡改能力[6]。選取多項(xiàng)式（20 3 0）的m序列作為加擾多項(xiàng)式，將水印圖像像素信息轉(zhuǎn)變?yōu)锽yte型數(shù)組，然后依次將Byte型數(shù)組輸入（20 3 0）移位寄存器進(jìn)行加擾。其具體算法為：

private void scramble（byte[] watermark）//自同步加擾

{ int i，j；//中間循環(huán)變量

//開辟一個(gè)21長(zhǎng)度的byte型數(shù)組來儲(chǔ)存移位寄存器的狀態(tài)，

byte[] poly = new byte[21]；

//初始狀態(tài)

for （i = 0；i < poly.Length； i++）

{ poly[i] = watermark[i]； }

//申請(qǐng)移位寄存器的輸出值

byte temp；

//開始進(jìn)行加擾

for （i = 0； i < watermark.Length； i++ ）

{ if （i < watermark.Length - 20）

{ //移位寄存器的輸出

//（20 3 0）的移位寄存器的計(jì)算輸出值

temp = poly[i] ^ poly[i + 17] ^ poly[i + 20]；

//輸出與原序列進(jìn)行模運(yùn)算，用來加擾

watermark[i] = watermark[i] ^ temp；

//對(duì)移位寄存器狀態(tài)進(jìn)行左移置位

for （j = 20；j < 1；j—）

{ poly[j] = poly[j-1]；//所有數(shù)據(jù)左移一位}

poly[0] = temp； //將上一次移位寄存器的輸出作為新的狀態(tài)里的第一位

}

else

{ //移位寄存器的輸出

temp = poly[i] ^ poly[i + 17] ^ poly[i + 20]；

//輸出與原序列進(jìn)行加擾

watermark[i] = watermark[i] ^ temp；

//對(duì)移位寄存器狀態(tài)左移置位

for （j = 20； j < 1； j—）

{ poly[j] = poly[j - 1]；}//所有數(shù)據(jù)左移一位

poly[0] = 0x00；//將0x00作為新的狀態(tài)里的第一位

} } }

本次主要針對(duì)水印技術(shù)在具體的現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用進(jìn)行分析，首先是基于C#平臺(tái)的安全性和代碼編碼安全性基礎(chǔ)，選取了數(shù)字圖像處理算法，最終將內(nèi)存法作為開發(fā)的基本算法。隨后從詳細(xì)算法中實(shí)現(xiàn)、算法流程多個(gè)角度進(jìn)行水印變換算法，將經(jīng)典的算法進(jìn)行改良。

4 結(jié)束語

近年來，數(shù)字水印技術(shù)的在圖像處理技術(shù)在通信領(lǐng)域獲得了極其重要的進(jìn)展，該文主要針對(duì)其基本的理論知識(shí)以及相應(yīng)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行綜述。另外針對(duì)C#平臺(tái)上得數(shù)字水印技術(shù)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)等進(jìn)行詳細(xì)研究，介紹了在數(shù)字水印技術(shù)中的三種圖像處理技術(shù)以及水印信息加解擾碼算法的具體編碼應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉竹松，陳平華，劉怡俊.混沌數(shù)字水印技術(shù)研究進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2011（01）：1-5，9.

[2] 吳金海，林福宗.基于數(shù)字水印的圖像認(rèn)證技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2004（09）：1153-1161.

[3] 吳亞坤，邸春紅.數(shù)字水印技術(shù)綜述[J]. 遼寧大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（03）：202-206.

[4] 馬秀瑩，林家駿.數(shù)字水印系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)研究的現(xiàn)狀與展望[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2009（22）：5233-5238.

[5] 李雷達(dá).數(shù)字水印抗幾何攻擊理論及應(yīng)用研究[D].西安電子科技大學(xué)，2009.

[6] 駱婷.魯棒圖像數(shù)字水印算法和數(shù)字水印協(xié)議研究[D].華中科技大學(xué)，2010.endprint