電子商務(wù)安全 第五章 數(shù)字水印和數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)

數(shù)字水印和數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)

第五章2主要內(nèi)容信息隱藏技術(shù)；數(shù)字水印技術(shù)；數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)3信息隱藏的概念信息隱藏(InformationHiding)也被稱為“信息隱匿”或“信息隱形”，是信息安全研究領(lǐng)域與密碼技術(shù)緊密相關(guān)的一大分支。現(xiàn)代信息隱藏技術(shù)是由古老的隱寫術(shù)(Steganography)發(fā)展而來的，隱寫術(shù)一詞來源于希臘語，其對應(yīng)的英文意思是“Coveredwriting”

。

信息隱藏和信息加密都是為了保護(hù)秘密信息的存儲和傳輸，使之免遭敵手的破壞和攻擊，但兩者之間有著顯著的區(qū)別。4信息隱藏與加密的區(qū)別密碼技術(shù)主要是研究如何將機(jī)密信息進(jìn)行特殊的編碼，以形成不可識別的密碼形式(密文)進(jìn)行傳遞；一般是利用單鑰或雙鑰密碼算法把明文變換成密文通過公開信道送到接收者手中。加密方法有一個致命的缺點(diǎn)，那就是它明確地提示攻擊者哪些是重要信息，容易引起攻擊者的好奇和注意，并有被破解的可能性，而且一旦加密文件經(jīng)過破解后其內(nèi)容就完全透明了。攻擊者可以在破譯失敗的情況下將信息破壞，使得即使是合法的接收者也無法閱讀信息內(nèi)容。

5信息隱藏與加密的區(qū)別信息隱藏（偽裝）就是將秘密信息秘密地隱藏于另一非機(jī)密的文件內(nèi)容之中。其形式可為任何一種數(shù)字媒體，如圖象、聲音、視頻或一般的文檔等等。密碼僅僅隱藏了信息的內(nèi)容，而信息偽裝不但隱藏了信息的內(nèi)容而且隱藏了信息的存在。信息加密所保護(hù)的是信息的內(nèi)容。而信息隱藏則是隱藏數(shù)據(jù)的存在性。傳統(tǒng)的以密碼學(xué)為核心技術(shù)的信息安全和偽裝式信息安全技術(shù)不是互相矛盾、互相競爭的技術(shù)，而是互補(bǔ)的。

6信息隱藏的基本概念嵌入信息(EmbeddedData)：待隱藏的信息，又稱為秘密信息(secretmessage)，它可以是版權(quán)信息或秘密數(shù)據(jù)，也可以是一個序列號。掩飾信息：嵌入信息的載體，又稱為載體信息(covermessage)，是公開信息，可以采用文字、圖像、聲音以及視頻等，一般采用多媒體數(shù)據(jù)作為載體，因為多媒體數(shù)據(jù)本身具有極大的冗余性，具有較大的掩蔽效應(yīng)。隱密對象(ConcealObject)：隱密對象=掩飾信息+嵌入信息，指把嵌入信息隱蔽插入到掩飾信息后產(chǎn)生的混合信息。

7數(shù)據(jù)隱蔽過程

由密鑰(ConcealKey)來控制，通過嵌入算法(Embeddingalgorithm)將秘密信息隱藏于公開信息中。密鑰K1載體C秘密信息嵌入算法預(yù)處理隱蔽載體8數(shù)據(jù)提取過程檢測器

(Detector)利用密鑰從隱蔽載體中檢測、恢復(fù)出秘密信息。隱蔽載體提取算法秘密信息密鑰K2檢測器解預(yù)處理9信息隱藏技術(shù)的分類

10特性：

1）隱蔽性

;

2）不可檢測性

;3）隱藏場所的安全性；

4）免疫性；

5）自恢復(fù)性。信息隱藏的特性11信息隱藏的研究與應(yīng)用數(shù)據(jù)保密；數(shù)據(jù)的不可抵賴性；數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)；防偽；數(shù)據(jù)的完整性；返回12數(shù)字水印隨著數(shù)字技術(shù)和因特網(wǎng)的發(fā)展，多媒體數(shù)字作品(圖像、視頻、音頻等)的版權(quán)保護(hù)成為一個迫切需要解決的問題。數(shù)字水印(digitalwatermarking)是實現(xiàn)版權(quán)保護(hù)的有效辦法，其被永久地嵌入到多媒體數(shù)據(jù)中用于版權(quán)保護(hù)并檢查數(shù)據(jù)是否被破壞。

13數(shù)字水印技術(shù)的概念

數(shù)字水印如同鈔票中的水印，是指在數(shù)字化的數(shù)據(jù)內(nèi)容中嵌入不明顯的記號。被嵌入的記號通常是不可見或不可察的，但是通過一些計算操作可以被檢測或者被提取。主要用于證明原創(chuàng)作者對作品的所有權(quán)，并作為起訴非法侵權(quán)者的證據(jù)，從而保護(hù)了原作者的合法權(quán)益。水印與源數(shù)據(jù)（如圖像、音頻、視頻數(shù)據(jù)）緊密結(jié)合并隱藏其中，成為源數(shù)據(jù)不可分離的一部分，并可以經(jīng)歷一些不破壞源數(shù)據(jù)使用價值或商用價值的操作而存活下來。數(shù)字水印已成為得到廣泛研究和應(yīng)用的信息隱藏技術(shù)，但是與一般的信息隱藏相比，它沒有那樣強(qiáng)調(diào)不可覺察性（如可見的數(shù)字水?。⒅厮〉慕研?，兩者的共同特點(diǎn)是要求隱藏的信息不可以被篡改。

14數(shù)字水印的分類從外觀上分類可見水印(VisibleWatermarking)

不可見水印從水印的載體上分類

靜止圖像水印視頻水印聲音水印文檔水印15數(shù)字水印的分類從魯棒性分類

水印的魯棒性，也稱為健壯性，指加水印后的

文件抗濾波或壓縮等能力。

易碎水印半易碎水印

魯棒水印

數(shù)字水印的分類從水印的嵌入策略上分類

空域水印

變換域水印

離散余弦變換、離散傅里葉變換、小波變換、線性調(diào)頻Z變換等。

數(shù)字水印的分類--

從水印的檢測方法分類

私有水印：檢測時需要原圖，通過原圖和測試圖片的比較得到水印。半私有水?。簷z測時不需要原圖，但需要原水印來判斷待測試圖片中是否包含特定的水印。公有水印：也叫盲水印，檢測時既不需要原圖，也不需要原水印，而要求能從可能已被修改的圖像中提取水印。因此，水印的健壯性要求高，技術(shù)實現(xiàn)難度大，應(yīng)用范圍也最廣。非對稱水印：指水印的嵌入和檢測過程采用不同的算法（非對稱），使任何用戶都可以讀取水印，但不可以修改和刪除它。

18數(shù)字水印的特性不可見性或透明性

健壯性

多重水印

安全性

無歧義性

通用性

19數(shù)字水印的嵌入可以表示為：F’=F+f(F,W)常用公式為：Vi′=Vi+aXi或

Vi′=Vi（1+aXi）

信號嵌入信號合成視覺濾波器視覺、圖像(原始圖像)FF’(嵌入水印的圖像)W(水印)20

數(shù)字水印的嵌入

從圖像處理的角度看，嵌入水印可以視為在強(qiáng)背景（原始圖像）下迭加一個弱信號（水?。捎谌说囊曈X系統(tǒng)分辨率受到一定的限制，只要迭加信號的幅度低于對比度門限，就無法感覺到信號的存在，對比度門限受視覺系統(tǒng)的空間、時間和頻率特性的影響。因此，通過對原始圖像做一定的調(diào)整，有可能在不改變視覺效果的情況下嵌入一些信息。

從數(shù)字通信的角度來看，水印編碼（嵌入）可理解為在一個寬帶信道（原始圖像上）用擴(kuò)頻通信技術(shù)傳輸一個寬帶信號（水印），盡管水印信號具有一定能量，但分布到信道中任一頻率上的能量是難以檢測的，水印譯碼（檢測）則是一個有噪信道中弱信號的檢測問題。

21水印的檢測

水印檢測方法通常采用如下假設(shè)檢測

H0：E=F*-F=N（無水印）

H1：E=F*-F=W*+N（有水?。?/p>

F*、F分別代表待測圖像和原始圖像中用來隱藏水印的象素或特征值，W*為待測水印序列；N為噪聲，由于嵌入水印的圖像可能存在失真，從中所檢測到的水印也將在一定程度上與原始水印有所不同，為了確定圖像中是否含水印需計算W*與W的相似度。

22水印算法簡介

空域算法

空域算法主要有最低有效位方法(LSB法)、 Patchwork方法及紋理塊映射編碼方法、

文檔結(jié)構(gòu)微調(diào)方法等變換域算法

離散余弦（DCT）變換、小波（Wavelet）變換、

傅立葉（Fourier）變換、分形或其他變換域等壓縮域算法

NEC算法生理模型算法23基于DCT變換的圖象偽裝及水印算法

設(shè)CI是M×N大小的載體圖象，SI為要想隱藏的P×Q大小的秘密圖象，P=M/2，Q=N/2，通過下列算法將圖象SI隱藏到圖象CI中：（1）壓縮：首先利用二維小波變換對SI進(jìn)行變換，為了達(dá)到圖象壓縮的效果，只保留SILL。

[SILL，SIHL，SILH，SIHH]=DWT（SI）（2）隨機(jī)置換：由事先選定的口令K控制生成兩個分別從1到P/2和從1到Q/2的隨機(jī)置換RProw和RPcol，并按照下式對SILL進(jìn)行變換：

SILL(i,j)=SILL(RProw(i),RPcol(j))

（3）分塊：將CI分解為（M/8）′（N/8）個8′8大小的分塊BCIm,n；同時，將SILL也分解為（M/8）′（N/8）個2′2大小的分塊BSIm,n

。（4）DCT逆變換：對每一個BCIm,n，進(jìn)行DCT變換：

DBCIm,n=DCT（BCIm,n）（5）數(shù)據(jù)隱藏：對每一個DBCIm,n和BSILLm，n，將BCIm,n（si）用BSILLm，n（ti）來代替：DBCIm,n（si）=a′BSILLm，n（ti）（6）DCT變換：對以上得到的每一個BCIm,n進(jìn)行逆DCT變換：

IDBCIm,n=IDCT（DBCIm,n）將各分塊IDBCIm,n合并為一個整圖CI￠，即為隱藏有秘密圖象的新圖象。24

水印提取

設(shè)圖象TCI為已經(jīng)隱藏了秘密圖象的載體圖象。現(xiàn)要根據(jù)使用者輸入的密鑰，將所隱藏的秘密圖象從TCI中提取出來。其過程為上述隱藏算法的逆過程：

（1）

DCT變換：將TCI分解為（M/8）′（N/8）個8′8大小的方塊

BTCIm,n，并對每一個BTCIm,n進(jìn)行二維DCT變換：

BTCI￠m，n=DCT（BTCIm,n）

（2）提取數(shù)據(jù)：對每一個BTCI￠m，n，計算BWSILLm，n：BWSILLm，n（si）=（1/a）′

BTCI￠m，n（ti）（3）逆隨機(jī)變換：將上面得到的所有BWSILLm，n合并為一個整圖

NWSILL。根據(jù)給定的密鑰K控制生成兩個分別從1到M/4和從

1到N/4的隨機(jī)置換RProw和RPcol，并變換SILL：NWSILL(RProw(i),RPcol(j))=WSILL(i,j)

（4）逆DWT變換：對NWSILL進(jìn)行二維逆小波變換：NSI=IDWT

（NWSILL，0HL，0LH，0LL）

0HL，0LH，0LL是與NWSILL同樣大小的零矩陣。25數(shù)字水印的攻擊方法

魯棒性攻擊

IBM攻擊

StirMark攻擊

馬賽克攻擊串謀攻擊26數(shù)字水印的應(yīng)用

數(shù)字作品的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)商務(wù)交易中的票據(jù)防偽標(biāo)題與注釋篡改提示使用控制隱蔽通信及其對抗

27

數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)

數(shù)字產(chǎn)品的特點(diǎn)低廉的復(fù)制代價司法鑒定的困難

篡改方便

網(wǎng)頁保護(hù)的難題

28數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)的種類

數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)大致可以分為：鎖定法、標(biāo)記法

數(shù)據(jù)鎖定法鎖定法是對數(shù)字產(chǎn)品進(jìn)行加密，只有利用授權(quán)者分配的密鑰才能解密，這是一種防擴(kuò)散的有效方法，但安全性依賴于密碼。

如果能做到破譯密碼的代價高于被保護(hù)數(shù)據(jù)的價值，那么就有理由認(rèn)為數(shù)據(jù)鎖定技術(shù)能夠使出版商的利益得到可靠的加密保護(hù)。

29數(shù)據(jù)鎖定法應(yīng)用CD-ROM：盤上所有的內(nèi)容均被分別進(jìn)行加密鎖定，不同的用戶買到的均是相同的光盤，每個用戶只需付款買他所需內(nèi)容的相應(yīng)密鑰，即可利用該密鑰對所需內(nèi)容解除鎖定，而其余不需要的內(nèi)容仍處于鎖定狀態(tài)，用戶看不到。

文本盒：一個單位可以設(shè)置文本盒鎖定，當(dāng)用戶需要時，與服務(wù)中心聯(lián)系，獲取所需的文件密鑰。

特制帶卡：影視、音樂制品需要利用版權(quán)保護(hù)技術(shù)來限制復(fù)制，可以在帶卡中設(shè)置特殊的“監(jiān)視器”，能夠發(fā)出不許復(fù)制的警告。

收費(fèi)電視：收費(fèi)電視對節(jié)目信號進(jìn)行加密，用戶必須付費(fèi)購買裝有解密鑰匙的卡，才能正常收看節(jié)目。

30隱匿標(biāo)記法

在視聽數(shù)字產(chǎn)品中嵌入標(biāo)記數(shù)字段，標(biāo)明版權(quán)所有者或一個特定合法用戶的身份，除了可以用于版權(quán)保護(hù)外，標(biāo)記還可以用于對圖片進(jìn)行分類、檢索，還可以用于保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性，檢測對數(shù)據(jù)的修改，如一些軟件項目管理軟件也是利用標(biāo)記實現(xiàn)版本控制。

31

嵌入標(biāo)記法主要方法數(shù)字水印

語義等價替代法，利用一些同義詞相互替代

利用文字間隔的改變來嵌入隱匿標(biāo)記字與字間、行與行間均有一定的空白間隔可以利用激光打印機(jī)具的解析度，人眼空間微小差別不敏感，掃描儀高精度檢測利用ASCII字符的顯示特性32數(shù)字版權(quán)主要軟件Digimarc

公司的利用媒體橋技術(shù)開拓了訪問Internet的新途徑。用來讀取電子水印數(shù)據(jù)的“Digimarc