樊馮飛

摘要:多媒體及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展使得我們不得不考慮多媒體信息安全的隱患問題。數(shù)字水印技術(shù)作為其中版權(quán)保護(hù)和安全認(rèn)證的一項(xiàng)重要工具得到了廣泛的關(guān)注和發(fā)展。介紹了數(shù)字水印技術(shù)背景、基本原理、特點(diǎn)及現(xiàn)狀,闡述了目前存在的問題。

關(guān)鍵詞:數(shù)字水印 信息偽裝 版權(quán)保護(hù) 信息安全 多媒體

0 引言

隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展,許多傳統(tǒng)媒體都開始向數(shù)字化方向發(fā)展,數(shù)字化的多媒體數(shù)據(jù)(如電子出版物、音頻、視頻、動(dòng)畫、圖像產(chǎn)品等) 為信息的廣泛傳播提供了極大便利。但是多媒體數(shù)據(jù)的數(shù)字化特點(diǎn)決定了通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)文件或作品,使有惡意的個(gè)人或團(tuán)體有可能在沒有得到作品所有者的許可下拷貝和傳播有版權(quán)的內(nèi)容,從而可以對(duì)數(shù)字化的藝術(shù)或影視作品通過簡(jiǎn)單的復(fù)制牟取暴利,或者輕易的對(duì)政府辦公文件或者其他機(jī)密信息進(jìn)行篡改和惡意攻擊。據(jù)美國(guó)唱片行業(yè)協(xié)會(huì)(RIAA) 估計(jì),全世界每年因盜版而造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)50億美元。美國(guó)電影行業(yè)協(xié)會(huì)(MPAA) 則估計(jì),盜版使美國(guó)電影業(yè)的年收入減少了25億美元。此如何在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)施有效的版權(quán)保護(hù)(copyrightprotection) 和信息安全(infor2mation security) 手段成為一個(gè)迫在眉睫的現(xiàn)實(shí)問題。

1 數(shù)字水印技術(shù)原理及現(xiàn)狀

數(shù)字水印技術(shù)是將一種特制的不可見的標(biāo)記,利用數(shù)字內(nèi)嵌的方法隱藏在數(shù)字圖像、聲音、文檔、圖書、視頻等數(shù)字產(chǎn)品中,用以證明原創(chuàng)作者對(duì)其作品的所有權(quán),并作為鑒定、起訴非法侵權(quán)的證據(jù),同時(shí)通過對(duì)水印的探測(cè)和分析保證數(shù)字信息的完整可靠性,從而成為知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和數(shù)字多媒體防偽的有效手段。水印信息可以是作者的序列號(hào)、公司標(biāo)志、有特殊意義的文本等,可用來識(shí)別文件、圖像或音樂制品的來源、版本、原作者、擁有者、發(fā)行人、合法使用人對(duì)數(shù)字產(chǎn)品的擁有權(quán)。與加密技術(shù)不同,數(shù)字水印技術(shù)并不能阻止盜版活動(dòng)的發(fā)生,但它可以判別對(duì)象是否受到保護(hù),監(jiān)視被保護(hù)數(shù)據(jù)的傳播、真?zhèn)舞b別和非法拷貝、解決版權(quán)糾紛并為法庭提供證據(jù)。

數(shù)字水印技術(shù)的研究雖然只有短短幾年時(shí)間,但其軟件產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有相當(dāng)?shù)囊?guī)模。早在1995 年,數(shù)字水印技術(shù)的研究還剛剛開始不久, 美國(guó)的Digimarc 公司就率先推出了世界上第一個(gè)商用數(shù)字水印軟件,而后又以插件形式將該軟件集成到Adobe Photoshop4.0和Corel Draw7.0中。數(shù)字水印技術(shù)的商品化速度如此之快反映出其迫切的市場(chǎng)需求。到目前為止,數(shù)字水印從研究對(duì)象上看主要涉及圖像水印、視頻水印、音頻水印、文本水印和三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)水印等幾個(gè)方面,其中大部分的水印研究和論文都集中在圖像研究上,其原因在于圖像是最基本的多媒體數(shù)據(jù),且互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為圖像水印的應(yīng)用提供了直接大量的應(yīng)用需求。最近視頻水印也有一定程度的研究和發(fā)展。由于視頻可以看成時(shí)- 空域上的連續(xù)圖像序列,所以許多圖像水印的研究成果可以直接應(yīng)用于視頻水印上。但后者數(shù)量級(jí)要高很多,特別是需要考慮實(shí)時(shí)性問題。

目前數(shù)字水印技術(shù)主要用于以下幾個(gè)方面:第一,版權(quán)保護(hù)。即數(shù)字作品的所有者可用密鑰產(chǎn)生一個(gè)水印,并將其嵌入原始數(shù)據(jù),然后公開發(fā)布他的水印版本作品。第二,添加指紋。為避免未經(jīng)授權(quán)的拷貝制作和發(fā)行,出品人可以將不同用戶的ID或序列號(hào)作為不同的水印(指紋) 嵌入作品的合法拷貝中用以確定其來源。第三,標(biāo)題與注釋。即將作品的標(biāo)題、注釋等內(nèi)容以水印形式嵌入該作品中。多用于網(wǎng)絡(luò)圖像內(nèi)容的保護(hù)。第四,篡改提示。將原始圖像分成多個(gè)獨(dú)立塊,再將每個(gè)塊加入不同的水印。同時(shí)可通過檢測(cè)每個(gè)數(shù)據(jù)塊中的水印信號(hào),來確定作品的完整性。多用于法庭、醫(yī)學(xué)、新聞及商業(yè)。第五,使用控制。比如CD數(shù)據(jù)盤中秘密的數(shù)字水印信息可以有條件的控制什么樣的人可以訪問該CD盤中的內(nèi)容。

2 數(shù)字水印技術(shù)在多媒體信息安全中的具體應(yīng)用

2.1 數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù) 數(shù)字作品的版權(quán)所有者可將版權(quán)信息作為水印嵌入到作品中成為其不可分離的一部分,在發(fā)生盜版行為或版權(quán)糾紛時(shí)則可從作品中提取出水印以證明對(duì)該作品的所有權(quán)。

2.2數(shù)字指紋 當(dāng)數(shù)字作品版權(quán)所有者分發(fā)其作品時(shí),為避免該作品被非法拷貝及發(fā)行,可向分發(fā)給不同用戶的作品中嵌入不同的水印,一旦發(fā)生非法拷貝,即可根據(jù)非法作品中的水印信息確定其來源。這樣,數(shù)字指紋可作為調(diào)查非法拷貝和發(fā)行的技術(shù)手段。

2.3拷貝控制 實(shí)際上,無論版權(quán)保護(hù)還是數(shù)字指紋都不能徹底阻止非法拷貝,只能作為威攝和調(diào)查取證的工具,要杜絕非法拷貝最終離不開硬件上的改進(jìn)。在生成一個(gè)數(shù)字作品(如數(shù)字音頻、視頻) 時(shí)即向其中嵌入一個(gè)水印以指明它能否被復(fù)制及可以重復(fù)拷貝的次數(shù),若要對(duì)這樣的數(shù)字作品進(jìn)行復(fù)制,預(yù)置了水印檢測(cè)電路的復(fù)制設(shè)備在檢測(cè)到水印信息后即會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng),或不允許復(fù)制,或控制復(fù)制的次數(shù)。要做到這點(diǎn),所有錄制設(shè)備都要增加檢測(cè)水印的電路。目前,制片商和DVD影碟機(jī)廠家聯(lián)手開發(fā)利用水印技術(shù)阻止非法拷貝機(jī)制的行動(dòng)已經(jīng)進(jìn)入起步階段。

2.4信息正確性保護(hù) 在電子商務(wù)中涉及到交易雙方大量信息的傳送,由于傳輸媒介的影響、誤操作或受到惡意攻擊都可能導(dǎo)致欲傳輸信息的改變,從而對(duì)接收方造成嚴(yán)重的影響。針對(duì)這一問題,可在信息中嵌入脆弱水印或半脆弱水印,接收方對(duì)嵌入的水印進(jìn)行檢測(cè),如果發(fā)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)中不包含水印或水印被破壞,則表明信息在傳輸過程中發(fā)生了變化,可通知發(fā)送方重新發(fā)送信息并將已收到的錯(cuò)誤信息丟棄。通過這種方法可以保證信息的正確性。

2.5電子票據(jù)的保護(hù) 作為交易的憑證,與傳統(tǒng)交易一樣,電子商務(wù)中也需要一定的票據(jù)。與傳統(tǒng)交易不同的是在電子商務(wù)中的票據(jù)都是通過網(wǎng)絡(luò)傳遞的。如何鑒定這些電子票據(jù)的真?zhèn)问菦Q定電子商務(wù)是否能順利進(jìn)行的關(guān)鍵性問題。針對(duì)這個(gè)問題,可以在交易雙方的電子票據(jù)中嵌入數(shù)字水印形式的簽名和日期。這樣可以辨別真?zhèn)尾⑶彝瑫r(shí)確定交易雙方的身份和交易的時(shí)間,從而解決了交易過程中的不可抵賴性問題,而且還可以在發(fā)生糾紛時(shí)作為證據(jù)。為了防止水印被破壞,用于這一領(lǐng)域的水印必須是魯棒型水印。

數(shù)字水印是當(dāng)前數(shù)字信號(hào)處理、圖像處理、密碼學(xué)、通信、算法設(shè)計(jì)等學(xué)科的交叉領(lǐng)域。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展的今天,數(shù)字水印技術(shù)的研究更具有明顯的意義。隨著應(yīng)用的日益深入,數(shù)字水印已不再局限于標(biāo)注版權(quán)信息,它在多媒體作品的銷售、播放和使用的各個(gè)環(huán)節(jié)中都產(chǎn)生了新的用途,將對(duì)保護(hù)各種形式的數(shù)字產(chǎn)品起到重要作用。經(jīng)過短短幾年的發(fā)展,數(shù)字水印的嵌入技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。目前數(shù)字水印技術(shù)仍有一些尚待解決的問題,如標(biāo)準(zhǔn)的制定、算法分析、數(shù)字水印與密碼技術(shù)的結(jié)合、數(shù)字水印與壓縮算法的統(tǒng)一等,這些問題的解決將會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。但數(shù)字水印潛在的價(jià)值是巨大的,特別是在迫切需要解決的版權(quán)保護(hù)等方面,有著無法代替的前景,相信在未來的信息安全體系中,數(shù) 字水印技術(shù)必將發(fā)揮重要作用。

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