文/孟利

本文通過深入分析JPEG 格式圖像經(jīng)微信、抖音、微博、郵件、小紅書以及QQ 等不同傳輸路徑傳輸后，其文件屬性和Exif（可交換圖像文件格式）信息發(fā)生的變化，以期為圖像真實(shí)性的檢驗(yàn)提供有效參考。研究結(jié)果顯示，JPEG 格式圖像經(jīng)微信、抖音、小紅書和QQ 傳輸后，其文件屬性會發(fā)生本質(zhì)變化，Exif 信息的完整性會受到影響甚至丟失。也就是說，使用者可以通過觀察這些變化來檢驗(yàn)JPEG 格式圖像的真實(shí)性是否發(fā)生了改變。

隨著科學(xué)技術(shù)和數(shù)字圖像技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像、視頻等逐漸發(fā)展成信息傳播的主要載體，并在政治、經(jīng)濟(jì)、司法訴訟以及日常生活中發(fā)揮出重要作用。特別是在一系列功能多樣、容易操作的圖像處理軟件出現(xiàn)以后，圖像篡改的情況日益普遍，甚至發(fā)展到肉眼難以察覺篡改痕跡的地步。這些被篡改的圖像在網(wǎng)絡(luò)上廣泛傳播，將大大降低圖像信息的可信度，并在一定程度上造成惡劣影響。因此，如何判斷圖像的真實(shí)性已成為社會各界普遍關(guān)注的問題。

當(dāng)前，人們主要通過以下三種方式來驗(yàn)證圖像的真實(shí)性，即成像檢驗(yàn)、Exif 信息檢驗(yàn)以及圖像信號分析。[1-3]其中，Exif 信息檢驗(yàn)的工作原理是：驗(yàn)證圖像文件格式中包含的照相設(shè)備在拍攝圖像過程中采集的信息，如設(shè)備制造商、信號強(qiáng)度、顏色編碼、曝光時(shí)長以及GPS 定位等是否被修改過，進(jìn)而以此Q 為依據(jù)檢驗(yàn)圖像的真實(shí)性。在具體實(shí)踐中，大部分人對Exif 信息缺乏全面認(rèn)識，無法利用Exif 信息為圖像真實(shí)性檢驗(yàn)提供可靠依據(jù)。本文在對JPEG 格式圖像進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了不同傳輸方式對Exif 信息的影響，旨在豐富Exif 信息檢驗(yàn)圖像真實(shí)性的應(yīng)用途徑。

一、JPEG 格式圖像文件結(jié)構(gòu)

首先，筆者將JPEG 圖像文件以特定規(guī)則保存，其次使用JPEG 文件交換格式JFIF 對圖像數(shù)據(jù)流進(jìn)行封裝，使用“APP0”對其進(jìn)行標(biāo)記，最后以“0xFFD8”為開頭字符串，以“0xFFD9”為結(jié)束字符串。此時(shí)，JPEG 圖像文件頭中包含一系列“0xFF”格式的字符串作為信息“標(biāo)記碼”，其中，“0xFFE1”代表信息為“Exif 信息”。

二、Exif 信息的構(gòu)成

通常，“0xFFE0”和“0xFFEF”之間的16 個(gè)JPEG 標(biāo)識符會被應(yīng)用程序保留，Exif 信息也正是利用這些信息串來記錄JPEG圖像參數(shù)信息的。圖1 展示的是某數(shù)字圖像Exif 信息的開頭部分，完整的Exif 信息長度為“0xFFFE”。由于JPEG 文件格式規(guī)定使用大端順序，該數(shù)字圖像Exif 信息的實(shí)際長度為65534B。此外，0x457869660000是Exif 信息的ASCII 碼值，0x4D4D002A00000008 是TIFF（標(biāo)簽圖像文件格式）頭的一部分。其中，“0x4D4D”表示在該TIFF 段中使用大端順序?？紤]到“0x002A”是一個(gè)固定值，0x00000008 就表示從“0x4D4D”到第一個(gè)圖像文件目錄（IFD）的偏移量為0x8。

圖1 某數(shù)字圖像Exif 信息的開頭部分

三、實(shí)驗(yàn)分析

筆者使用手機(jī)拍攝了一張圖像，分別通過微信、抖音、微博、郵件、藍(lán)牙、小紅書、QQ 等渠道進(jìn)行傳輸。隨后，筆者操作ExifToolGUI V5.16.0.0軟件分別查看了該圖像在傳輸前后的文件屬性和元數(shù)據(jù)信息。

數(shù)據(jù)信息顯示，該圖像的元數(shù)據(jù)包含Exif 信息、IPTC 信息以及JFIF 信息等多種形式。值得一提的是，IPTC 元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)作為一種元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式，已經(jīng)在JPEG 數(shù)字圖像處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，它能夠詳細(xì)記錄并描述圖片的作者、版權(quán)、字幕、細(xì)節(jié)以及創(chuàng)建時(shí)間等信息。

以小紅書為例，筆者借助Photoshop CS6 13.0 軟件查看了圖像文件傳輸后的元數(shù)據(jù)，并整理重要信息如下：

其中，“IPTCDigest”代表圖像中IPTC 元數(shù)據(jù)的MD5 哈希校驗(yàn)值，且當(dāng)IPTC 元數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，該值也會隨之發(fā)生變化；“DocumentID”為該圖像的全局唯一標(biāo)識符；“InstanceID”為該圖像當(dāng)前的版本標(biāo)識符，且當(dāng)圖像更新并產(chǎn)生新版本時(shí)，“InstanceID”也會發(fā)生相應(yīng)變化。

與此同時(shí)，筆者綜合各專業(yè)軟件的檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該圖像經(jīng)郵件、微博和藍(lán)牙傳輸后未發(fā)生任何改變，但經(jīng)小紅書、微信、抖音以及QQ 傳輸后分別在文件名、大小、MD5 值等方面發(fā)生了不同程度的變化。

在Exif 信息方面，該圖像在經(jīng)小紅書和微信傳輸后均發(fā)生“ThumbnailOffset”變小和“GPS信息”丟失的情況。尤其是經(jīng)過小紅書傳輸后，該圖像的“ThumbnailLength”變小，其JFIF信息的“XResolution”（水平解析度）和“YResolution”（垂直解析度）均變?yōu)椤?2”。也就是說，該圖像的分辨率明顯降低。另外，該圖像在經(jīng)小紅書、微信和QQ傳輸后，其文件名分別發(fā)生不同程度的改變。其中，經(jīng)過微信和QQ 傳輸后，該圖像的原始文件名中分別加入了微信和QQ 標(biāo)志；經(jīng)過小紅書傳輸后，該圖像則根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)部順序進(jìn)行了重命名。筆者利用WinHex 工具查看后發(fā)現(xiàn)，該圖像經(jīng)小紅書、微信和QQ 傳輸后都顯示了JFIF 信息。JFIF 信息以十六進(jìn)制數(shù)“0xFFE0”為開始標(biāo)記，緊接著的“0x0001”兩個(gè)字節(jié)用于表示JFIF 信息的長度，“0x4A4649460001”為“JFIF”的ASCII 碼值。

該圖像經(jīng)抖音和QQ 傳輸后，Exif 信息丟失，并且二者在ExifToolGUI V5.16.0.0 軟件中均不顯示各自的Exif 信息，同時(shí)該圖像的文件名也發(fā)生了改變。另外，該圖像在經(jīng)抖音傳輸后，其擴(kuò)展名也從JPEG 格式轉(zhuǎn)換成了PNG 格式。這一變化在該圖像的Exif 信息中也能體現(xiàn)出來。最后，筆者利用WinHex 工具查看了該圖像的RIFF 信息，發(fā)現(xiàn)其字符串以“0x52494646”開頭。

該圖像經(jīng)抖音、微信、小紅書和QQ 傳輸后，其“Thumbnail-Offset”和“ThumbnailLength”均發(fā)生明顯變化。這就說明，原始圖像的縮略圖（Thumbnail Image）同樣發(fā)生了改變?？s略圖作為原始圖像的精簡版，通常以文件形式存儲在圖像庫中。在某些特定情況下，縮略圖也可以揭示原始圖像是否存在被篡改的痕跡。在此次實(shí)驗(yàn)中，筆者用手機(jī)拍攝的圖像經(jīng)小紅書、抖音和QQ 傳輸后，縮略圖由于信息丟失，未能顯示。

另外，該圖像經(jīng)微信傳輸后，其“ThumbnailOffset”變小。一般來說，此類縮略圖的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別用“0xFFD8”和“0xFFD9”表示，并存儲于“Thumbs.db”文件夾中。如果圖像被篡改，那么使用者就可以通過查看縮略圖信息來追蹤圖片的篡改痕跡。

綜上所述，不同傳輸路徑對JPEG 格式圖像的影響主要表現(xiàn)在文件屬性和Exif 信息方面，使用者可以通過分析對比JPEG 格式圖像的文件名、大小、MD5 值以及Exif 信息來檢驗(yàn)圖像的真實(shí)性。

例如，在利用Exif 信息檢驗(yàn)圖像真實(shí)性時(shí)，使用者應(yīng)仔細(xì)比對檢驗(yàn)圖像中的Exif信息與相應(yīng)拍攝設(shè)備所特有的固有功能及元數(shù)據(jù)，以判斷二者是否一致。一旦在比較過程中發(fā)現(xiàn)不一致的情況，使用者就要對這些不一致的現(xiàn)象進(jìn)行深入分析，以確定待驗(yàn)證圖像是否存在篡改或偽造痕跡。

四、結(jié)語

本文研究了JPEG 格式圖像經(jīng)郵件、小紅書、微信、微博、藍(lán)牙、抖音和QQ 等渠道進(jìn)行傳輸后，在文件格式、大小、MD5 值以及Exif 信息方面發(fā)生的變化，基于相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，進(jìn)一步探討了利用文件屬性和Exif 信息來檢驗(yàn)圖像真實(shí)性的技術(shù)方法，以期為圖像真實(shí)性檢驗(yàn)提供更多選擇。與此同時(shí)，筆者還發(fā)現(xiàn)，JPEG 格式圖像在不同傳輸渠道下還存在信號分析結(jié)果不統(tǒng)一、傳輸通道流量不均衡、數(shù)據(jù)丟失等諸多不確定影響因素。因此，相關(guān)研究者要充分了解圖像傳輸中的各種影響因素，深入研究文件屬性和Exif信息，通過科學(xué)準(zhǔn)確的手段來檢驗(yàn)圖像的真實(shí)性。