戚娜

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽(yáng) 712000）

數(shù)字水印的相關(guān)應(yīng)用研究

戚娜

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽(yáng) 712000）

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，其中信息安全的問(wèn)題成為學(xué)者和用戶極為關(guān)注的問(wèn)題。此時(shí)數(shù)字水印應(yīng)運(yùn)而生，它在信息本身嵌入一定的標(biāo)志，成功解決了諸多信息安全隱患問(wèn)題，成為信息隱藏技術(shù)研究領(lǐng)域的重要分支和研究方向。本文針對(duì)數(shù)字水印較高的隱蔽性、安全性以及較低的錯(cuò)誤率，通過(guò)分類研究、對(duì)比分析數(shù)字水印在解決信息安全問(wèn)題的多方面應(yīng)用，得出了數(shù)字水印的應(yīng)用領(lǐng)域以及應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)一步拓寬了數(shù)字水印對(duì)信息安全的重大意義。

信息安全；數(shù)字水?。浑[蔽性；安全性；應(yīng)用領(lǐng)域

信息時(shí)代的到來(lái)為用戶提供諸多便捷享受的同時(shí)，也帶來(lái)了一些安全隱患，每種信息產(chǎn)品都有其創(chuàng)造者、擁有者，在產(chǎn)品傳遞、使用過(guò)程中，如何保護(hù)產(chǎn)品的版權(quán)不被侵犯，如何證明產(chǎn)品的所有權(quán)等成為主要的問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，提出了信息隱藏[1-2]的概念，我們需要將有意義的、能證明版權(quán)的信息隱藏在載體信息內(nèi)部，非法的第三方接收到這個(gè)看似普通的信息以后，并不知道其中隱藏了其他的信息，而且即使知道隱藏的信息，也無(wú)法了解、提取甚至去除這些隱藏的信息。這樣就通過(guò)信息隱藏的手段保護(hù)了知識(shí)產(chǎn)權(quán)、實(shí)現(xiàn)了隱蔽通信。其中，數(shù)字水印[3-4]作為信息隱藏一大分支，以其強(qiáng)魯棒性與可恢復(fù)性受到學(xué)者的青睞，作為保護(hù)版權(quán)等的有效手段。早在1993年，Tirkel等人提出數(shù)字水印[5]，在國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表了首篇有關(guān)于水印的文章， 題為“Electronic watermark”，該文章指出了數(shù)字水印的概念及未來(lái)可能領(lǐng)域，并針對(duì)灰度圖像提出了兩種向圖像最低有效位中嵌入水印的算法。1996年，第一屆國(guó)際信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)在英國(guó)劍橋牛頓研究所召開(kāi)，該會(huì)議標(biāo)志著信息隱藏技術(shù)的正式誕生。而后，眾多學(xué)者致力于研究健壯性強(qiáng)的水印算法[6]，水印攻擊建模[7-8]，水印應(yīng)用系統(tǒng)[9]等，使得數(shù)字水印的研究更加廣泛和成熟。

文中在眾多學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合近年來(lái)眾多學(xué)者在這方面的深入研究，列出了數(shù)字水印的多種經(jīng)典應(yīng)用，對(duì)每種應(yīng)用進(jìn)行分析總結(jié)，進(jìn)一步拓寬數(shù)字水印的應(yīng)用領(lǐng)域，體現(xiàn)其在信息安全中的重要價(jià)值。

1 基礎(chǔ)知識(shí)

任何數(shù)字水印的原理均包括兩個(gè)基本的模塊：嵌入水印系統(tǒng)和恢復(fù)水印系統(tǒng)。

1）嵌入水印算法中，輸入數(shù)值、文本、或者圖像類型的水印，輸入加強(qiáng)安全性的密鑰以及載體數(shù)據(jù)，輸出加了水印后的數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1 水印嵌入算法

由圖1可知，水印嵌入過(guò)程可以表示為D′=E（W，D，K）.

2）恢復(fù)水印算法中，由于水印添加的選取方法不同，其基本模型中的輸出部分也存在差異，如果能從原始數(shù)據(jù)中提取到水印數(shù)據(jù)，那么最終輸出關(guān)于存在該水印的可能性判定值；如果不能，則恢復(fù)出水印值。如圖2所示。

圖2 水印恢復(fù)算法

有原始數(shù)據(jù)時(shí)，W′=D（D′，D，K），驗(yàn)證W=W′是否成立；

有原始水印時(shí)，計(jì)算S=D（W，D，K）.

任何一種數(shù)字水印的算法或應(yīng)用都是基于該模型的。

2 實(shí)現(xiàn)版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印

數(shù)字作品不同于紙質(zhì)作品，紙質(zhì)作品在傳遞的過(guò)程中仍然會(huì)有原始創(chuàng)作者或者擁有者的痕跡證明，如筆跡、姓名等，而對(duì)于電腦美工、視頻音頻等數(shù)字作品的復(fù)制、修改則比較容易，因此如何保護(hù)數(shù)字作品的版權(quán)問(wèn)題成為一熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

早期保護(hù)數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)采用的是加密的方法，但是這種方法并不能解決圖像形式產(chǎn)品的版權(quán)所屬問(wèn)題，此時(shí)數(shù)字水印可以有效解決這類問(wèn)題，它能夠標(biāo)志數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)信息，其目的則是在數(shù)字作品中嵌入能證明該作品版權(quán)的信息，從而制止其他非法的第三方對(duì)該作品的占有或篡改[10]。它的基本流程如圖3所示。

圖3 版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印

數(shù)字產(chǎn)品在發(fā)行之后，會(huì)受到多種數(shù)字媒體的處理甚至是不法第三方的攻擊，因此，該數(shù)字水印必須要能夠抵抗媒體的處理或第三方攻擊，比如經(jīng)過(guò)圖像幾何變換、格式轉(zhuǎn)變等，如果數(shù)字水印收到攻擊或者損壞，水印檢測(cè)器必須仍然能夠檢測(cè)出其中的水印信息，進(jìn)而保護(hù)數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)所屬。孫[11]等人根據(jù)數(shù)字水印的不可感知性，提出一種新的關(guān)于數(shù)字水印盲檢測(cè)的方案，在弱信號(hào)的情況下，能夠快速高效地檢測(cè)出水印信息，并將這種模式的算法擴(kuò)展到視頻和音頻內(nèi)容，更進(jìn)一步體現(xiàn)了數(shù)字水印在保護(hù)版權(quán)信息方面的巨大作用。

3 防止票據(jù)偽造的數(shù)字水印

由于高精度打印機(jī)和復(fù)印機(jī)的出現(xiàn)，使得多種票據(jù)的偽造更加容易，這些偽造票據(jù)的非法流通會(huì)為經(jīng)濟(jì)和政治等方面帶來(lái)極大的損害，那么，在票據(jù)上增加唯一的、不可見(jiàn)的數(shù)字水印就是解決這一問(wèn)題的有效方法，孫、候等人在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體算法設(shè)計(jì)了防止票據(jù)偽造的方案[12-13]，均為數(shù)字水印的進(jìn)一步改進(jìn)及應(yīng)用做了重要的貢獻(xiàn)。防止票據(jù)偽造的數(shù)字水印產(chǎn)生和檢測(cè)的流程圖如圖4所示。

圖4 防止票據(jù)偽造的數(shù)字水印

最后，可以通過(guò)掃描帶有水印的票據(jù)來(lái)判斷它的真假性，如果檢測(cè)到與之對(duì)應(yīng)的水印，說(shuō)明該票據(jù)是原始的真票據(jù)，反之為假。這種方法準(zhǔn)確易行、直觀可靠，在此基礎(chǔ)之上，產(chǎn)生了多種不同的檢測(cè)算法[14-16]，這些方案從不同的角度極大程度了控制了偽造票據(jù)的肆意流通。

4 其他主要應(yīng)用

1）標(biāo)識(shí)隱藏信息[17]：在遙感圖像中，一些標(biāo)識(shí)信息比如：拍攝時(shí)間、地點(diǎn)、經(jīng)緯度等非常重要，如果缺失這些文件，那么拍攝的圖像毫無(wú)研究意義。數(shù)字水印提供了一種隱藏標(biāo)識(shí)的有效辦法，只有通過(guò)專門的閱讀程序才能看到標(biāo)識(shí)信息，達(dá)到了隱藏效果。

2）防止篡改數(shù)據(jù)：由于數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中會(huì)遇到不法第三方的截取、篡改，所以根據(jù)數(shù)字水印的不可感知性，如果數(shù)據(jù)被更改，隱藏的水印能夠有效判斷。

3）保證通信的隱蔽性：為確保數(shù)據(jù)的安全性，傳統(tǒng)方法是采用加密數(shù)據(jù)使之在公共網(wǎng)絡(luò)中傳輸，

5 結(jié)束語(yǔ)

信息的安全問(wèn)題是制約整個(gè)信息技術(shù)乃至信息社會(huì)的發(fā)展，除了采用傳統(tǒng)的密碼學(xué)解決信息安全問(wèn)題，另一種方法則是通過(guò)數(shù)字水印的方法，數(shù)字水印具有隱蔽性、魯棒性、防篡改性、不易去除等特點(diǎn)，通過(guò)不破壞原始數(shù)字產(chǎn)品的前提下，嵌入肉眼無(wú)法看到的水印信息，并結(jié)合一系列相應(yīng)的算法，從而可以進(jìn)行保護(hù)版權(quán)、辨識(shí)證件及票據(jù)的真?zhèn)?、隱蔽通信、檢測(cè)數(shù)據(jù)篡改等。數(shù)字水印在政治、經(jīng)濟(jì)、醫(yī)學(xué)、軍事等方面起著至關(guān)重要的作用，對(duì)其研究仍需要進(jìn)一步完善和探索。

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Research on the application of digital watermarking

QI Na
（Department of Information Engineering，Shaanxi Polytechnic Institute，Xianyang 712000，China）

With the development of information technology，the problem of information security has become a concern of scholars and users.At this moment，the digital watermarking has emerged，which is embedded in the information itself.It has successfully solved many problems of information security and become an important branch and research direction in the field of information hiding.In this paper，based on the high security and low error rate of digital watermarking，by analyzing in classification and contrast of digital watermarking in solving the problem of information security in many applications，then we obtain the application of digital watermarking and its application value，further expand the important significance of digital watermarking to information security.

information security，digital watermarking；hide；security，application fields

TN918

：A

：1674－6236（2017）01-0152-03

2015-11-30稿件編號(hào)：201511289

陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)科研課題（ZK14-02）

戚 娜（1981—），女，陜西戶縣人，碩士，講師。研究方向：數(shù)據(jù)和信息安全。