張曉琪 胡振 唐天國 張佳麗

摘 要 研究圖像數字水印技術，水印圖像預處理對整個水印系統(tǒng)安全性起到至關重要的作用。提出一種基于Arnold置亂對原始水印圖像復合加密的方法，首先對水印圖像進行Arnold位置置亂，在此基礎上再進行Logistic混沌序列加密，使水印信息具有雙重的保密性；其次利用小波變換技術分解載體圖像，將復合加密的水印信息嵌入到高頻子帶中，使嵌有水印的圖像具有良好的透明性和魯棒性，通過仿真實驗，獲得性能較優(yōu)的水印算法。

【關鍵詞】數字水印 小波變換 復合加密 魯棒性

隨著網絡技術的蓬勃發(fā)展以及信息媒體的日益數字化，多媒體信息的安全傳輸和數字產品的版權保護越來越引起人們的重視。為此，數字水印技術的研究與應用得到高度關注。數字水印技術是信息隱藏技術的重要分支，如今成為研究網絡信息安全和數字媒體版權保護的熱門話題。

本文采用了一種復合加密的小波變換圖像數字水印算法，首先對水印信息進行復合加密預處理，即對水印圖像進行Arnold置亂變換，然后再進行Logistic混沌序列加密，增強了水印信息的安全性； 其次通過小波變換分解載體圖像，在高頻子帶嵌入復合加密的水印信息，實現水印的嵌入與提取，仿真實驗，算法具有較好的不可見性，同時也具有較好的魯棒性。

1 數字水印技術

數字水印技術，是指在不影響載體正常使用的條件下，將具有特殊意義的標識信息嵌入圖像、聲音、文檔等數字多媒體作品中，達到版權保護的目的。并且水印信息的嵌入應以不破壞原始數據的欣賞和使用價值為原則，數字水印在真?zhèn)舞b別、隱藏通信、標志隱含等方面具有重要的應用價值。

1.1 數字水印技術特征

數字水印是在載體媒介中嵌入具有版權歸屬性鑒別的數字信號，并且不影響載體數據的正常使用。數字水印一般具有如下特征：

1.1.1 不可感知性

不可感知性是指原始載體作品與嵌入水印之后的作品在視覺效果上的相似度，對于載體數據中嵌入的數字水印不能被察覺，在經過相應算法處理后，載體數據沒有明顯的質量下降，而且隱藏的水印信息具有不可見性，通過視覺無法辨別出嵌入水印前后載體有所不同，使用統(tǒng)計方法也無法判斷載體數據是否含有水印信息或提取水印。

1.1.2 魯棒性

數字水印技術的魯棒性是指含有水印的載體數據在各種數字信號處理和攻擊處理下，依然能保持完整、清晰可辨的水印信息。則通過相應的水印提取算法，能夠檢測到水印信息的存在。在經過包括篡改、偽造攻擊以及噪聲、中值濾波、JPEG壓縮等技術處理之后，應該具備從載體圖像中提取水印信息的能力，并且不影響水印的鑒別。

1.1.3 安全性

水印算法的安全性是水印不受到外界惡意攻擊的破環(huán)。安全性主要取決于密鑰，水印信息不被非法用戶破解、提取。一般用戶并不了解水印信息的存在，即使知道水印信息的存在，沒有正確的密鑰，也不能從載體數據中提取嵌入的水印，從而確保安全性。水印系統(tǒng)的安全性也取決于水印信息嵌入的位置，即水印信息要隱藏于載體數據的內容中，以防止水印信息的丟失。

1.1.4 可證明性

數字水印信息多元化，可以是用戶自己的身份識別信息、產品的標志或有或者是用戶標識意義的文字等，利用數字水印算法它們被嵌入到數字產品中。在實際應用中，可以重復疊加水印，允許多重水印技術嵌入保護數據安全，而被嵌入的每一個水印都能夠獨立驗證。

1.2 數字水印分類

數字水印的分類有多種，根據不同的出發(fā)點，數字水印就有不同的劃分方式：

（1）按載體劃分，將水印分為圖像，音頻，視頻、文檔水印以及網格水印等。

（2）按水印可見性劃分為可見水印和不可見水印，不可見水印是主要應用和研究方向。

（3）根據抵御攻擊的能力分為魯棒性水印和脆弱性水印，魯棒性水印是指能抵御一定程度的惡意攻擊或者是一些非惡意攻擊，魯棒性水印多用于版權保護。

（4）按水印的嵌入方式劃分為空域水印、變換域水印，目前采用較多的算法是變換域， 變換域的算法主要有離散余弦變換（DCT）和離散小波變換（DWT）兩類。

（5）根據檢測過程分為非盲水印、盲水印。在提取或恢復水印的過程中，如需要原始數據的參與稱為非盲水印，否則不需要載體圖像參與即為盲水印。目前盲水印是數字水印算法主流研究方向。

1.3 數字水印的應用

數字水印技術近年來得到廣泛應用，具體主要表現在以下方面：

1.3.1 版權保護

應用水印技術將水印作品嵌入原始數字作品中，嵌入水印是不可見的。如作品一旦出現侵權事件，即可通過水印技術提取出嵌入的水印，獲得版權依據，以此來維護合法權益。

1.3.2 數字指紋

數字指紋技術是一種可靠的先進技術，已應用于多種領域。為了防止數字作品內容不會被拷貝，可以在發(fā)送給用戶的數字作品中嵌入不同的水印識別信息，依據用戶信息生成水印，如發(fā)現未授權的拷貝，即可根據拷貝的指紋來確定來源，維護合法權益。

1.3.3 認證和信息完整性檢驗

通過脆弱水印技術，對水印中的數字內容進行檢驗，可以采用數據內容相關聯的密鑰識別水印，通過檢驗水印信息完整性來確保信息的完整?？尚Ь喬幚磉^程，認同相同內容存在密切聯系。

1.3.4 訪問控制

利用數字水印技術能夠將控制信息嵌入到媒體作品中，實現訪問的控制，突顯出數字水印技術的魯棒性。

2 水印信息預處理復合加密算法

水印信息預處理可以清除原水印圖像像素間的相關性，把有意義的水印圖像變得毫無意義，將二值水印信號轉換為雜亂無章的序列，非法用戶即使獲取了該水印數據，由于截獲的為無意義亂碼，攻擊者仍然無法得到水印信息的真實內容，只有掌握了置亂算法和密鑰的人才可以提取出正確的水印信息。對水印進行預處理，增強圖像的安全性。針對Arnold 置亂，破解密碼難度不高和單一的Logistic混沌映射可能退化為周期問題，為此，采用將Arnold 置亂和Logistic混沌加密二者結合的方法，對水印圖像實現共同置亂雙重加密，提高水印系統(tǒng)的安全性。