數(shù)字水印的發(fā)展

數(shù)字水印的發(fā)展簡介—水印背景、算法及相關理論李黎內(nèi)容安排順序數(shù)字水印提出的背景數(shù)字水印的概念、特性及分類圖像數(shù)字水印的幾種算法常見的幾種數(shù)字水印攻擊方法今后研究方向數(shù)字水印涉及的相關理論及軟件數(shù)字水印提出的背景多媒體信息安全中傳統(tǒng)的加解密系統(tǒng)并不能很好地解決版權保護問題。因為，雖然經(jīng)過加密后只有被授權持有解密密鑰的人才可以存取數(shù)據(jù)，但是這樣就無法向更多的人展示自己的作品；而且數(shù)據(jù)一旦被解開，就完全置于解密人的控制之下，原創(chuàng)作者沒有辦法追蹤作品的復制和二次傳播。數(shù)字水印的概念數(shù)字水?。╠igitalwatermark）技術，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。水印與源數(shù)據(jù)（如圖象、音頻、視頻數(shù)據(jù)）緊密結合并隱藏其中，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。1原始圖像2加入水印后的圖像3水印數(shù)字水印的特性

透明性（隱藏性）。強壯性（免疫性）：所謂的操作包括：傳輸過程中的信道噪聲、濾波、增強、有損壓縮、幾何變換、D/A或A/D轉換等。所謂的攻擊包括：篡改、偽造、去除水印等。隱藏位置的安全性：指將水印信息藏于目標數(shù)據(jù)的內(nèi)容之中，而非文件頭等處，防止因格式變換而遭到破壞。無歧義性：恢復出的水印或水印判決的結果應該能夠確定地表明所有權，不會發(fā)生多重所有權的糾紛。通用性：好的水印算法適用于多種文件格式和媒體格式。通用性在某種程度上意味著易用性。數(shù)字水印的分類1. 可視水印與不可視水印。2. 易損水印和魯棒水印。3. 空域水印和頻域水?。褐苯釉诳沼蛑袑Σ蓸狱c的幅度值作出改變，嵌入水印信息的稱為空域水??；對變換域中的系數(shù)作出改變，嵌入水印信息的稱為頻域水印。4. 非盲水印和盲水印。5. 私有水印和公開水印。6. 對稱水印和非對稱水印。通用數(shù)字水印系統(tǒng)框架

圖像數(shù)字水印的算法

.空域算法：此算法首先把一個密鑰輸入一個m-序列發(fā)生器來產(chǎn)生水印信號，然后排列成2維水印信號，按象素點逐一插入到原始圖象象素值的最低位。由于水印信號被安排在了最低位上，它是不可見的，基于同樣的原因，它可以輕易地被移去，因此不夠強壯。.文本水印算法：它們主要是通過輕微改變字符間距，行間距或是增加、刪除字符特征如底紋線等方法來嵌入水印?；蚴窃诜柤壔蛘Z義級加入水印。例如，可以用big替換文本中的large。一種基于改變圖象數(shù)據(jù)統(tǒng)計特性的水印算法，該算法首先隨機選取N對象素點，然后通過增加象素對中一個點的亮度值，而相應降低另一個點的亮度值的調(diào)整來隱藏信息。.頻域算法：圖象的頻域空間中可以嵌入大量的比特而不引起可察的降質(zhì)，當選擇改變中頻或低頻分量（除去直流分量）來加入水印時，強壯性還可大大提高。頻域水印技術可以利用通用的離散余弦變換，小波變換和傅立葉變換等變換方法。.壓縮域算法：把水印信號加到表示視頻幀的數(shù)據(jù)流中去。對于輸入的MPEG-2數(shù)據(jù)流而言，可分為數(shù)據(jù)頭信息、運動向量和DCT編碼信號塊三部分，對DCT編碼數(shù)據(jù)塊中每一輸入的Huffman碼進行解碼和逆量化，把得到的DCT系數(shù)與相應水印信號塊的變換系數(shù)相加，對新的DCT系數(shù)重新進行量化和Huffman編碼。然后比較新的Huffman碼字的位數(shù)n1與原來的無水印系數(shù)的碼字n0，只在n1不大于n0的時候才傳輸水印碼字，否則傳輸原碼字。這就保證了不增加視頻數(shù)據(jù)流的位率。.NEC算法：NEC實驗室的COX等人提出的基于擴展頻譜的水印算法,原則為：1)水印信號應該嵌入源數(shù)據(jù)中對人的感覺最重要的部分。在頻譜空間中，這種重要部分就是低頻分量。這樣，攻擊者在破壞水印的過程中，不可避免地會引起圖象質(zhì)量的嚴重下降。2)水印信號應該由具有高斯分布的獨立同分布隨機實數(shù)序列構成。這使得水印經(jīng)受多拷貝聯(lián)合攻擊的能力大大增強。3）實現(xiàn)方法是：對整幅圖象做DCT變換，選取除DC分量外的1000個最大的DCT系數(shù)插入由N(0,1)所產(chǎn)生的一個實數(shù)序列水印信號。生理模型算法：利用人的生理模型的特性，包括HVS和HAS來提高多媒體數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)質(zhì)量和效率。它們的基本思想是利用從視覺模型導出的JND描述來確定在圖象的各個部分所能容忍的數(shù)字水印信號的最大強度，從而避免破壞視覺質(zhì)量。這一方法同時具有好的透明性和強壯性。數(shù)字水印攻擊分析1.魯棒性攻擊它包括常見的各種信號處理操作，如圖象壓縮、線性或非線性濾波、疊加噪聲、圖象量化與增強、圖象裁剪、幾何失真、模擬數(shù)字轉換以及圖象的校正等。2.IBM攻擊這是針對可逆、非盲（non-oblivious）水印算法而進行的攻擊。其原理為設原始圖象為I，加入水印WA的圖象為IA=I+WA。攻擊者首先生成自己的水印WF，然后創(chuàng)建一個偽造的原圖IF=IA-WF，也即IA=IF+WF。這就產(chǎn)生無法分辨與解釋的情況。防止這一攻擊的有效辦法就是研究不可逆水印嵌入算法，如哈希過程。3.StirMark攻擊

Stirmark是英國劍橋大學開發(fā)的水印攻擊軟件，它采用軟件方法，實現(xiàn)對水印載體圖象進行的各種攻擊，從而在水印載體圖象中引入一定的誤差，我們可以以水印檢測器能否從遭受攻擊的水印載體中提取/檢測出水印信息來評定水印算法抗攻擊的能力。如StirMark可對水印載體進行重采樣攻擊，它可模擬首先把圖象用高質(zhì)量打印機輸出，然后再利用高質(zhì)量掃描儀掃描重新得到其圖象這一過程中引入的誤差。4.馬賽克攻擊

其攻擊方法是首先把圖象分割成為許多個小圖象，然后將每個小圖象放在HTML頁面上拼湊成一個完整的圖象。一般的Web瀏覽器都可以在組織這些圖象時在圖象中間不留任何縫隙，并且使其看起來這些圖象的整體效果和原圖一模一樣，從而使得探測器無法從中檢測到侵權行為。5.串謀攻擊

所謂串謀攻擊就是利用同一原始多媒體數(shù)據(jù)集合的不同水印信號版本，來生成一個近似的多媒體數(shù)據(jù)集合，以此來逼近和恢復原始數(shù)據(jù)，其目的是使檢測系統(tǒng)無法在這一近似的數(shù)據(jù)集合中檢測出水印信號的存在。6.跳躍攻擊跳躍攻擊主要用于對音頻信號數(shù)字水印系統(tǒng)的攻擊，其一般實現(xiàn)方法是在音頻信號上加入一個跳躍信號，即首先將信號數(shù)據(jù)分成500個采樣點為一個單位的數(shù)據(jù)塊，然后在每一數(shù)據(jù)塊中隨機復制或刪除一個采樣點，來得到499或501個采樣點的數(shù)據(jù)塊，然后將數(shù)據(jù)塊按原來順序重新組合起來。實驗表明，這種改變對古典音樂信號數(shù)據(jù)也幾乎感覺不到，但是卻可以非常有效地阻止水印信號的檢測定位，以達到難以提取水印信號的目的。類似的方法也可以用來攻擊圖象數(shù)據(jù)的數(shù)字水印系統(tǒng)，其實現(xiàn)方法也非常簡單，即只要隨機地刪除一定數(shù)量的象素列，然后用另外的象素列補齊即可，該方法雖然簡單，但是仍然能有效破壞水印信號存在的檢驗。7.法無學攻擊法學攻竄擊(l緣瑞ega梢la侄tta膨cks狐)：這只種攻擊窩方法與暴前三種云方法極置為不同麥。比如之：現(xiàn)有避的或?qū)⒛嵊械年P塊于版權兼及數(shù)字身信息所吼有權的恥法律，碗不同法削庭對于宇法律條河款的不戒同解釋鹿，原告集與被告距的信譽良，攻擊朱者質(zhì)疑享水印方塔案的能杰力，原庭告與被撒告的財岔力，他根們各自蹲能請到鎮(zhèn)的專家告證人和啦律師等呢等，等匆等。數(shù)字水印丘研究方向1.水印慰基本原理糾和評價方款法的研究辟，包括水確印理論模抱型、水印盆結構、水昏印嵌入策越略、水印顆檢測算法夠、水印性要能評價以汁及水印的蒸標準化等2． 現(xiàn)厚有水印算美法分析3．商基于特響征的數(shù)層字水印港技術伍因基后于統(tǒng)計跪特征的懼數(shù)字水謝印技術吉容易受很到非線譽形等變客換方法片的攻擊隸，而基菌于圖象引高層特優(yōu)征的數(shù)元字水印授技術如刃基于邊俗界信息裂等則具東有較好滋魯棒性任。4．此公鑰數(shù)智字水印顯系統(tǒng)吃即使欣用一個稻專有的堤密鑰來間疊加水奇印信號鉗，而任季何人均治可通過陶一個公球開的密剝鑰來檢勾測出水象印信號腫，但是炊用公開童的密鑰輕來推導球?qū)Ｓ忻茉╄€和用題公開的壩密鑰來澆去除水任印信號囑這兩個矛過程都蛛非常困莖難。5． 數(shù)斃字水印代怎理（Ag手ent）緣瑞其核沿心思想是侵將數(shù)字水活印技術與量TSA（勇trus牙ted鬼spot競ting牧age逐nt）相親結合。這粗種數(shù)字水斯印代理在柿網(wǎng)絡上的腹服務器之偽間漫游，使扮演著基欺于數(shù)字水悲印檢測、慎驗證和追治蹤非法拷恐貝的偵探克角色。6． 目消前其它的倒數(shù)字水印蜘技術，如怕對基于圖羅形、矢量膏圖和動畫歡等媒體的垮數(shù)字水印岔技術研究寨得比較少奸。網(wǎng)格數(shù)字旬水印計算機圖拘形學中，栗物體常常問用三角形守網(wǎng)格模型猾來描述。水印的艦研究工弓作還剛狼剛起步熱。Pra搖un9己9利用結多分辨金率分析怪的思想零，對網(wǎng)磚格頂點慘構造一肌組標量卻基函數(shù)忽，并把每基函數(shù)頭作為權析值，對通網(wǎng)格的勸頂點坐贊標進行摔加權的攪輕微擾身動。實莊驗證明抄此算法幫具有較矩好的強籃壯性。雀但是仍團然存在救著不足損之處，晝?nèi)缬嬎銛沉看?，警完全獨路立于常提用的網(wǎng)供格處理五和編輯萌算法，恩水印信俯息是實詳數(shù)序列忘而不是識二值序打列。網(wǎng)格水印志的難點在榆于：.水印義嵌入過圾程中，崖由于網(wǎng)扯格數(shù)據(jù)侮具有不遙規(guī)則性易，缺乏莖進行頻遭率分解惱的某種歐自然的戶參數(shù)化鈴方法。水印檢改測過程遵中，網(wǎng)貌格簡化喂和其它遮的攻擊套方法可批能會改撇變網(wǎng)格返的連接愈關系，信或稱拓劃撲結構容。紋理水印紋理對于屆增強虛擬哀現(xiàn)實世界罪的真實感像起著非常莖重要的作調(diào)用，它既繪是版權保璃護的重要逆對象，也浴是對三維鵲網(wǎng)格水印倉的有益補殃充。目前此的圖象水帆印所處理珍的對象基型本上是風疊景、人物根照片，并紫沒有專門狗考慮紋理鄭特點進行峽增加水印柱信息的算衫法。1)尺霞寸問題。旦我們考慮薄把一個V際RML文覺件中的多畝幅紋理作件為一個整妹體來嵌入節(jié)水印。2)部紋理特辜性問題場。很多媽紋理具旋有一定鬧的重復涼特性，賣容易受薄到Fr望idr吼ich迅在[1被1]中弓指出的聰攻擊。3)色州彩轉換問禾題。目前兔的圖象水嗎印研究集數(shù)中在單一限灰度圖象枯的水印上逢，專門針瘦對彩色圖皆象的水印錄算法還沒撿有出現(xiàn)。攔由于一個秋VRML呀場景中既酬可能有灰估度紋理，投也可能有壤彩色紋理莫，我們必捧須統(tǒng)一考焰慮。我們奪的方法是振先將彩色守圖象從R椒GB色彩腥空間轉換諷到YIQ有色彩空間辯，然后對半Y分量（汪即灰度分哥量）進行聯(lián)水印。4)公拋開水印問練題。在水淡印提取和味檢測過程耐中不需要眉原始紋理途圖象，這旺既極大地克便利了版駐權認