（光学工程专业论文）基于形态网屏编码理论及新算法的纸介质信息安全技术及应用.pdf

s t u d y o np a p e ri n f o r m a t i o n s e c u r i t yt e c h n o l o g ya n d a p p l i c a t i o nb a s e do nm o r p h o l o g ys c r e e nt h e o r y d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt on a n k a iu n i v e r s i t yi np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h e r e q u i r e m e n tf o rt h ed e g r e eo f d o c t o ro fe n g i n e e r i n g b y l i l o n gz h a o ( o p t i c a le n g i n e e r i n g ) d i s s e r t a t i o ns u p e r v i s o r ： p r o f z h i l i a n gf a n g c o l l e g eo fi n f o r m a t i o nt e c h n i c a ls c i e n c e a p r i l ，2 0 0 8 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：赵立苊 加d 否年s 月u 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名： 方之色 学位论文作者签名： 赵互厄 解密时间：年月 日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下： 、 、 l 、 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含 任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉 及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学 位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 起讹 ， w o 谲年s 月z 6 日 摘要 摘要 纸介质作为信息的载体从古至今被广泛应用。虽然随着新材料、新技术的 开发和应用，作为数据信息记录的载体，已由最初的纸介质载体发展到磁、光 介质及存储器等。但是，在很多应用领域纸介质作为信息的载体仍具有广泛的 无可替代的作用。然而随着高分辨率激光打复印机、扫描仪和电荷耦合器件 的发明和商业化应用，纸介质的信息安全受到了威胁，如：机密信息、证明材 料、票据等被非法打印、复制、篡改，货币、有价证券被伪造等等，给个人、 企业及国家造成了巨大损失，因此如何解决纸介质载体的信息安全问题成为最 被关注的研究课题之一。 本文是基于印刷网屏和编码理论，研究了一种在纸介质上进行信息记录和 信息隐藏的形态网屏编码技术。为进一步提高纪录信息的安全性，提出了一种 基于魔方变换的置乱加密算法。研究了在低对比度、不均匀灰度下的扫描图像 的预处理，提出了一种基于人眼视觉特性的图像分割方法。设计和开发了一种 利用普通打印机就可以实现防复印、防篡改的防伪方法和软件系统。考虑到不 同型号打印机的打印质量的差别，提出和研发了用于自动调整打印质量和效果 的方法和软件。研发了用于机密信息全封闭安全保密系统的终端样机和保险单 据信息安全系统等。该研究对于解决纸介质信息安全问题具有重要意义。本论 文的主要研究内容和创新性成果如下： 1 在印刷网屏理论的基础上，提出了一种新的用于在纸介质上进行信息记 录和信息隐藏的方法一形态网屏编码。这种编码结合印刷网屏点阵的形态或数 目的变化来表示信息。形态网屏编码不占据特定的几何空间，不影响正常打印 内容的识读，并且给出了形态网屏编码的编码规则和码图结构。该成果提出了 一种解决纸介质信息安全的新技术。 2 置舌l t j l l 密就是将数据按照一定的运算规则进行置乱处理，使数据失去原 有的特征，然后再将其加密到载体信息中，这样就使得加密数据更安全。本文提 出一种基于魔方变换的数字图象加密置乱算法，该算法突破了传统的不改变图 像像素值，仅通过重新排列图像像素点的位置实现图像置乱加密的方法，在三 维空间上实现了对图像数据的置乱加密。提出了一种密钥与魔方变换的相对应 摘要 的法则，进而使得该加密算法的加密密钥不受类型、大小限制，具有密钥空间 大的特点。仿真结果表明该算法具有很好的加密解密结果。 3 提出一种新的基于人眼视觉模型的自适应阈值选取方法。该技术主要基 于人眼视觉的视敏感曲线和多尺度特性，结合o t s u 和模糊隶属度方法分别实现 不同灰度特性区域的图像分割。该方法的优点是有效的消除了不均匀照明的影 响，在更大程度上保留了目标的特征信息。与传统算法对比试验结果表明了该 方法的有效性。 4 本文提出一种基于视觉特性的网屏防伪方法。其特点是通过控制网屏点 阵的数学形态变化，将警告性图案( 文字) 隐藏在背景底纹中，利用人眼视觉 和复印机复印特性的差异制作出视觉不可见，但一经复印机复印，隐藏的警告 信息即可浮现的防伪水印。可设计不同数学形态的网屏点阵编码将证件上的证 明信息埋入到背景中，该证件通过扫描和识别后，提取证件中埋入的信息，通 过与证件上的明文信息的比对来验证真伪。考虑到不同型号打印机的打印质量 方法和以及开 机样机和保险 有较好的防伪 a b s t r a e t 一一 ab s t r a c t p a p e rm e d i u m sa r es t i l le x t e n s i v e l yu s e da si n f o r m a t i o nc a r r i e rt o d a yj u s t a si t d i di nt h ep a s t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e w m a t e r i a l sa n dt e c h n o l o g y ，m a g n e t i ca n d o p t i c a ls t o r a g ed e v i c e sh a v em e r g e da si n f o r m a t i o nc a r r i e r b u tp a p e rm e d i u m s t i l l p l a ya ni m p o r t a n t r o l ei n m a n ya r e a ss e v e r i n g a si n f o r m a t i o nc a r r i e r w i t h c o m m e r c i a la p p l i c a t i o n so fh i g h s p e e dp e r s o n a lc o m p u t e r sa n dh i g h 。r e s o l u t i o nl a s e r p r i n t e r c o p i e r s ，s c a n n e r s ，i n f o r m a t i o ns e c u r i t yo fp a p e rm e d i u m i su n d e rt h r e a t f o r e x a m p l et h a t c o n f i d e n t i a li n f o r m a t i o n , c e r t i f y i n gm a t e r i a l sa n db i l l sh a v eb e e n i l l e g a l l yp r i n t e d ，c o p i e do rt a m p e r e de t c ，w h i c hr e s u l ti nt r e m e n d o u sl o s s e sa n d m i s f o r t u n et oi n d i v i d u a l s ，e n t e r p r i s e sa n dc o u n t r y s oh o wt os o l v et h ei n f o r m a t i o n s e c u r i t yp r o b l e mo fp a p e rm e d i u mh a v eb e c o m et h eh o t t e s tr e s e a r c ht o p i c s an e ws c r e e nc o d i n gt e c h n o l o g yw h i c hi su s e dt or e c o r da n dh i d ei n f o r m a t i o no n p a p e rm e d i u mb a s e do nh a l f t o n ea n dc o d i n gt h e o r yh a sb e e ns t u d i e d i no r d e r t o i n c r e a s et h es e c u r i t yo fr e c o r d e di n f o r m a t i o n , an e wa l g o r i t h mo fd i g i t a li m a g e s c r a m b l i n ga n de n c r y p t i o nb a s e do nm a g i cc u b et r a n s f o r m a t i o nw a sp r o p o s e d a n e w 珥e s h o l dm e t h o df o rl o wc o n t r a s t ，u n e v e ng r a ys c a n n e di m a g ep r e - p r o c e s s i n g b a s e do nh u m a nv i s u a l c h a r a c t e r i s t i c sh a sb e e np r o p o s e d a na n t i - c o u n t e r f e i t a l g o r i t h mw i t hc o p ys t o pa n da n t i - f a l s i f i c a t i o nf u n c t i o ns u i t a b l e t on o r m a lp r i n t e r w a sd e s i g n e d ；m e a n w h i l et h es o f t w a r es y s t e mw a sd e v e l o p e d c o n s i d e r i n gt h e d i f f e r e n c eo fp r i n t i n gq u a l i t ya m o n gd i f f e r e n tt y p ep r i m e r , f i na u t o m a t i ca d j u s t m e t h o da n ds o f t w a r ew e r ep r o p o s e da n dd e v e l o p e dr e s p e c t i v e l y t e r m i n a lp r o t o t y p e o fc o r l f i d e n t i a li n f o r m a t i o ns e c u r i t ys y s t e ma n di n s u r a n c eb i l li n f o r m a t i o ns e c u r i t y s y s t e mw e r ed e v e l o p e dr e s p e c t i v e l y t h er e s e a r c hh a sa ni m p o r t a n tm e a m n go n r e s o l v i n gp a p e rm e d i u mi n f o r m a t i o n i n n o v a t i v ea c h i e v e m e n ta sf o l l o w s ： s e c u r i t yp r o b l e m t h er e s e a r c hc o n t e n ta n d 1 an e ws c r e e nc o d i n gt e c h n o l o g yw h i c hi su s e dt or e c o r da n dh i d ei n f o r m a t i o n o np a p e rm e d i u mb a s e do i lh a l f t o n es c r e e nt h e o r yh a sb e e nd e s i g n e d w h i c hu s e s c r e e nm a t r i xm o r p h o l o g y o rs c r e e nm a t r i x q u a n t i t y t o r e p r e s e n t d i f f e r e n t i i i a b s t r a c t i n f o r m a t i o n s c r e e nc o d e d o s en o to c c u p ys p e c i a l a r e aa n di n t e r f e r er e a d i n go f n o r m a lp r i n t e dc o n t e n t t h er u l ea n ds t r u c t u r eo fs c r e e nc o d ew a sg i v e n t h e r e s e a r c hr e s u l t sg i v ean e wt e c h n i q u eu s e do np a p e rm e d i u mi n f o r m a t i o ns e c u r i t y 2 s c r a m b l i n ge n c r y p t i o nm o d i f yt h ec h a r a c t e r i s t i c o fd a t aa c c o r d i n gt os o m e g i v e nr u l e s t oe n h a n c et h es e c u r i t yo fi n f o r m a t i o n an e wa l g o r i t h mf o rd i g i t a li m a g e s c r a m b l i n ga n de n c r y p t i o nb a s e do nm a g i cc u b et r a n s f o r m a t i o ni sp r o p o s e d i ti s d i f f e r e n tt og e n e r a la l g o r i t h mw h i c hi m p l e m e n t si m a g es c r a m b l i n ga n de n c r y p t i o l l b yr e a r r a n g i n gt h ep o s i t i o no fi m a g ep i x e l sw i t h o u tc h a n g i n gt h ev a l u e o ft h ep i x e l s t h ea l g o r i t h mp e r f o r m st h ei m a g ee n c r y p t i o ni n t h r e e d i m e n s i o n a ls p a c ea n d c h a n g e sa l lt h ef e a t u r e so fo r i g i n a li m a g e ac o d er u l eo fc o r r e s p o n d e n c em a p p i n g f r o ms e c r e tk e yt om a g i cc u b et r a n s f o r m a t i o ni sp r o p o s e d t h i sc a nm a k et h es e c r e t k e yn o tb el i m i t e db yb o t ht y p ea n ds i z e m e a n w h i l ek e ys p a c ei sh u g e t h er e s u l t o fs i m u l a t i o ns h o w st h a tt h ea l g o r i t h mc a ng i v es a t i s f a c t o r yr e s u ho fe n c r y p t i o na n d d e c r y p t i o n 3 a na l g o r i t h mo fa d a p t i v et h r e s h o l dp a r t i t i o n b a s e do nh u m a nv i s u a l c h a r a c t e r i s t i ci sp r o p o s e d f i r s t l y ，a l lt h ei m a g eb l o c k sa r ed i v i d e di n t ot w ot y p e sb y c l a s s i f i c a t i o na l g o r i t h mb a s e do nh u m a nv i s u a lc o n t r a s ts e n s i t i v i t y t h e nb l o c k sw i t h d i f f e r e n tt y p e sa r eb i n a r i z e db yo t s ua l g o r i t h ma n da d a p t i v et h r e s h o l da l g o r i t h m b a s e do ns i m u l a t i o no fv i s u a lr e c o g n i t i o nr e s p e c t i v e l y t h ep r o p o s e dm e t h o dw o r k s v e r yw e l la st ol o wq u a l i t yi m a g e s ，i n c l u d i n gu n e v e ni l l u m i n a t i o n , l o wc o n t r a s t e x p e r i m e n t a lr e s u l t st e s t i f yt h ev a l i d i t yo f o u rp r o p o s e dm e t h o d 4 ap a p e ri n f o r m a t i o na n t i f a k em e t h o db a s e do nh u m a nv i s u a lc h a r a c t e r i s t i c sa n d m o r p h o l o g y s c r e e nc o d et e c h n o l o g yw a sp r o p o s e dt h r o u g hc o n t r o l l i n gt h e d i s t r i b u t i o no fm a t h e m a t i c a lm o r p h o l o g yo fs c r e e nd o t - m a t r i x ，w a r n i n gm a r kw a s h i di nb a c k g r o u n dt e x t u r e b e c a u s eo ft h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nh u m a nv i s i o na n d d u p l i c a t ec h a r a c t e r i s t i co fc o p ym a c h i n e ，h u m a ne y ec a nn o td i s t i n g u i s ht h em a r k f r o mt h et e x t u r e b u tw a r n i n gm a r kw i l le m e r g ea f t e rc o p y m e a n w h i l ep l a i n t e x to r o t h e rc e r t i f i c a t ei n f o r m a t i o nw i l lb ee m b e d d e di n t ob a c k g r o u n dt e x t u r eb yd i f f e r e n t m a t h e m a t i c a lm o r p h o l o g ys c r e e nd o t - m a t r i xc o d e e m b e d d e d i n f o r m a t i o nw a s e x t r a c t e df r o ms c a n n e di m a g eo fc e r t i f i c a t ev i ar e c o g n i t i o np r o g r a m ，b yc o m p a r i s o n w i t hp l a i n t e x tp r i n t e do nc e r t i f i c a t e ，c o u n t e r f e i t o rf a k ec e r t i f i c a t e sc a nb e a b s t r a c t i d e n t i f i c a t e d c o n s i d e r i n gt h ed i f f e r e n c eo fp r i n t i n g q u a l i t ya m o n gd i f f e r e n tt y p e p r i n t e r , a na u t o m a t i ca d j u s tm e t h o da n ds o f t w a r ew e r ep r o p o s e da n dd e v e l o p e d r e s p e c t i v e l y 5 t e r m i n a lp r o t o t y p eo fc o n f i d e n t i a li n f o r m a t i o ns e c u r i t y s y s t e m ，c e r t i f i c a t e a n t i - c o u n t e r f e i t i n gs y s t e ma n di n s u r a n c eb i l li n f o r m a t i o ns e c u r i t ys y s t e mw e r e d e v e l o p e da n de n t e r e da p p l i c a b l es t a g e o p e r a t i o nr e s u l t si n d i c a t et h a tt h es y s t e m h a v eg o o da n t i c o u n t e r f e i t i n ga n di n f o r m a t i o ns e c u r i t yp e r f o r m a n c e s k e yw o r d s ：s r a m b l i n ge n c r y p t i o n , i m a g es e g e m e n t a t i o n , v i s u a lc h a r a c t r i s t i c ， s c r e e n ，c o n t e n ta u t h e n t i c a t i o n v 目录 目录 第一章绪论1 第一节常用纸介质防伪技术1 1 1 1 防伪印刷技术2 1 1 2 防伪油墨2 1 1 3 安全线防伪3 1 1 4 特种纤维的防伪3 1 1 5 水印纸：4 1 1 6 重离子微孔防伪技术4 1 1 7 核径迹防伪技术：4 第二节数字水印5 1 2 1 数字水印概述：5 1 2 2 国内外研究状况：6 第三节条码技术9 1 3 1 条码技术概述9 1 3 2 条码类别：1 0 第四节本文主要研究内容1 2 第二章网屏编码基本理论1 5 第一节半色调网屏理论1 5 2 1 1 半色调网屏概述：1 5 2 1 2 数字半色调网屏技术1 7 第二节基于形态的网屏编码理论2 2 2 2 1 形态网屏编码技术：2 2 2 2 2 常见条码码图结构：2 4 2 2 3 网屏编码码图结构：2 5 v i 目录 2 2 4 网屏编码规则2 6 第三节小结3 0 第三章图像置乱加密算法研究3 1 第一节图像置乱变换加密算法3 1 3 i 1 图像置乱变换定义：3 1 3 1 2 图像置乱加密算法概述3 2 第二节基于魔方变换的置乱加密方法3 4 3 2 1 魔方变换置乱算法3 4 3 2 2 试验结果及分析3 7 第三节小结4 2 第四章图像自适应阈值处理算法研究4 3 第一节灰度图像阈值处理算法4 3 4 1 i 引言4 3 4 1 2 全局阈值算法4 3 4 1 3 局部阈值法4 5 第二节基于人眼视觉特性的自适应尺度阈值处理算法4 6 4 2 1 人眼视觉特性4 6 4 2 2自适应尺度阈值处理算法4 7 试验结果和分析5 0 小结5 3 于视觉特性的网屏纸介质防伪算法研究5 4 引言5 4 形态网屏纸介质防伪算法5 5 视觉特性5 5 形态网屏防伪算法5 6 实验结果和讨论：5 9 自动网屏调整算法和系统6 1 v i i 目录 第四节小结6 5 第六章形态网屏编码在纸介质信息安全中的应用6 6 第一节引言6 6 第二节证书防伪系统6 7 6 2 1 虚拟打印系统简介6 7 6 2 2 证书防伪系统6 8 第三节保密终端机系统7 1 6 3 1 保密终端系统7 1 6 3 2 软件系统及功能7 3 第四节保险单据信息保密系统7 4 6 4 1 系统功能及用途7 5 6 4 2 软件运行环境及流程7 5 6 4 3 功能及实现7 6 第五节小结7 9 第七章总结与展望8 0 “第一节本文的主要研究内容和结果8 0 第二节本文的主要创新点8 1 第三节需要进一步研究的问题8 2 参考文献8 3 致谢9 1 个人简历及博士期间发表论文情况9 2 v i i i 第一章绪论 第一章绪论 纸介质作为信息的载体从古至今被广泛应用。虽然随着新材料新技术的开 发和应用，作为数据信息记录的载体，已由最初的纸介质载体发展到磁、光介 质及存储器等。但是，在很多应用领域纸作为信息载体仍具有广泛的无可替代 的作用。在“无纸化运动推广十多年之后，其使用不但没有减少，反而一直 保持1 0 的年增长率，每年上百万台的打印机销量和数百万台的打复印机保 有量就是这个事实的佐证。纸质文件的原始性、实证性、直观性和作为法律凭 证作用、以及安全性、耐久性等特点，不一而足，这些都是电子文件所无法企 及的。目前大量重要的机密信息和文件、证明材料、市场上流通的货币、有价 证券、金融票据等都是以纸介质作为存储载体。但随着高速个人计算机、高分 辨率激光打复印机、扫描仪和电荷耦合器件的发明和商业化应用，机密信息、 证明材料、票据被非法复制、篡改，货币、有价证券被伪造等等，导致个人、 企业及国家的大量重要信息流失，社会政治经济秩序受到威胁。据有关方面统 计，由此造成全社会每年直接经济损失高达9 0 0 0 亿美元，已成为仅次于毒品犯 罪的全球第二大公害。为此，各发达国家已经开始立法和研究各种对策，如何 解决纸介质信息安全问题被称为二十一世纪最被关注的国际性前沿研究课题之 一，同时也成为世界性难题。 目前来看，纸介质信息安全的研究主要分成两部分：一是利用特殊材料制 造的特殊纸张和利用特殊油墨或者特殊的印刷技术印刷的具有特殊性质的防伪 纸张。二就是数字水印技术和条码防伪技术。 第一节常用纸介质防伪技术 目前来看，纸介质信息安全的主要技术领域集中在纸张的防伪技术方面。 防伪纸张n 卅的研究历来就是一个受到全世界普遍关注的课题，它对各国货币、 票据、及有效证件所采取的保护措施有着极其重要的意义，不仅对国民经济有 不可忽视的作用，而且对国家安全等都有特殊的影响。 目前，防伪技术应用很广泛，特别是新材料、新工艺的出现，更是推动了 合体现的 足轻重的 光油墨、 下： 精细缩微文字印刷技术等。 用红外油 在红外检 第一章绪论 测仪下可以观测到相应的信号或暗的图文。 ( 3 ) 紫外线激发可见荧光防伪印刷油墨：根据油墨有无颜色分为有色荧光油 墨和无色荧光油墨两种。它是把具有荧光的化合物或络合物溶于有色或无色油 墨而得。可分为紫外光致变色油墨和自然光致变色油墨两类。 ( 4 ) 压敏变色油墨技术：在油墨中加入特殊化学试剂或含压敏变的微胶囊制 成。用这种油墨印刷的有色或隐形图文，当用指甲或硬物压力时，图文部分即 发生颜色变化( 红、蓝、黑、绿、紫、黄等) 该色后不再褪色，属不可逆反应。 这种油墨的应用可根据用户的要求选的颜色并设计暗记，变色后就可知该产品 已启用，不能再粘贴到仿制 ( 5 ) 磁性油墨技术：磁性油墨采用的颜料是磁性材料，常用的有二铁( 呈棕色) 和四氧化三铁( 呈黑色) 。用这种油墨印刷的图案和标识，用磁检测器可以检号， 用其印刷的密码等信息可用专用的磁解码器读出。磁性油墨印到产品上易受外 界摩擦等作用而使磁性减低甚至消失，影响其防伪效果。据报道国际上已研制 成功用电磁波激发后显现特征油墨。磁性油墨用于防伪包装或纸币中，主要是 在纸的某个微小部位油墨印刷，用特殊手段可以检测出来，从而达到防伪目的。 ( 6 ) 化学显色防伪印刷油墨：化学显色防伪印刷油墨是在油墨中添加特殊 的化学显色标记物。配合使用显色剂，可以令使用这种防伪油墨印刷的印刷品 产生特定的变色反映，容易辨别真伪。 1 1 3 安全线防伪 安全线防伪陋3 是利用特殊装置或者特殊的工艺，将安全线潜入纸中特定位 置。由于安全线和纸的颜色不一致及安全线的特殊性，从而达到防伪效果。安 全线最早使用的是特制金线，现在使用的是塑料线并已发展成多种多样，如微 型字母安全线，荧光安全线等。其安全线的形状有直线、波浪形、锯齿形等， 我国在货币纸张中已采用直线安全线。 1 1 4 特种纤维的防伪 在造纸的纸浆中加入彩色纤维或荧光纤维等特种纤维，或同时按一定比例 3 第一章绪论 混入彩色纤维与荧光纤维，由于纤维的多样性及分布的灵活性，因而容易在纸 张中可见各种颜色的彩色纤维或在紫外光的照射下，会看见发出各种颜色荧光 的荧光纤维，从而达到防伪目的。 1 1 5 水印纸： 水印纸是在造纸过程中，在纸机湿部的纸幅成型过程中，在网案安装专用 的具有特殊图案的水印辊，或在丝网上安装事先设计好的水印图文印版或采用 刻有图案的圆网笼，利用网上成型技术，在纸页刚刚交织形成，还带有水分时， 通过特殊工艺，使湿纸页部分组织变位，由于图文高低不同，纸浆形成的密度 及厚薄不同，故纸张的透光度就有差异。在透光观察时可显出原设计的图文， 此即水印，从而形成不同的标识或图案，在普通背面光照射下，可以看到清晰 的水印图案。 1 1 6 重离子微孔防伪技术 即用核反应堆中裂变的碎片，在纸张中留下有特殊图案的微孔痕迹，该微 孔图案可以着以不同的颜色，从而达到防伪效果。利用核技术的防伪纸的新颖 之处在于，防伪标识的图案是由非常小的、孔径均一的大量微孔组成的。这种 微孔采用机械和激光方法等是无法仿制的。它是在两种高新技术研究成果的基 础上发展起来的，一种是核微孔膜技术，另一种是重离子平版印刷术。由于制 作微孔的重离子加速器属国家专控设备，非授权单位或个人不能使用，故难以 仿制。这种标志不怕开水、酸、盐、醇等，可长期保存。 1 1 7 核径迹防伪技术： 核径迹就是核反应产生的粒子在气体、流体或固体中形成的轨迹。原子核 或重带电粒子以一定的速度射入固体材料时，形成不同的径迹，将这种不可复 制的核径迹图一分为二，一部分保存在计算机识别仪内，另一部分隐藏在激光 图像中。检测时用计算机识别仪二合一地识别激光图像中的核径迹。由于现有 显微观测技术分辨的细微度与视野大小限制之间有无法克服的矛盾，所以仿制 者无法全面、清楚地观测到全部的核径迹微观加密，更无法进行高仿真的复制。 4 第一章绪论 如将原径迹版拿走，即使是原研制、生产的专家也无法复制，故具有惟一性和 可靠性。该技术已用于海关的各种票据，防伪性能良好。 不难看出，纸介质信息安全的常用方法，其实都是将“策略”放在了“纸 张 本身上。这些方法都是在纸张的制作过程中，或掺杂特殊物质，或使用特 殊工艺，使制作出来的纸张具有独特的性质从而达到防伪或安全的目的。因此 具有明显的局限性。其一，在制作过程中使用的特殊物质或特殊工艺使得成本 很高，且不易、有些也不能广泛推广，因为一旦推广了，其防伪功能也就丧失 了。其二，这些信息安全方法不易于判别。对于真伪的判断并不是所有人或者 大部分人可以轻松掌握的，这就决定了大部分人无法准确判断此信息的真伪。 1 2 1 数字水印概述： 第二节数字水印 随着计算机多媒体技术和网络技术的迅猛发展，数字多媒体产品包括数字 图像、数字视频、数字音频等得以广泛向外传播和发布。人们在享受信息技术 带来的方便快捷同时，数字化产品的易于修改、复制和传播的特点，也导致众 多媒体数字产品的非法复制和篡改，因此如何有效的实施版权保护和解决信息 安全问题成为一个迫在眉睫的研究课题。数字水印技术睁1 2 1 作为多媒体数字产品 版权保护的有效手段应运而生，如今已成为多媒体信息安全研究领域的一个热 点。 数字水印技术是通过信号处理的方法在多媒体数据中嵌入文字、标识、序 列号、图像等版权信息来证实该数据的拥有者的版权。水印通常是不可见或不 可察觉的，它与原始数据( 如图像，音频，文本，视频数据) 紧密结合并隐藏在 其中，它具有鲁棒性，不可视性，安全性和水印嵌入的不可逆性。攻击者若试 图去掉水印，将不可避免地破坏载体，因此数字水印成为知识产权保护保护和 数字多媒体防伪的有效手段。 数字水印技术作为一新兴领域，其主要应用领域前几年主要集中于电子产 品的版权保护。近年来，人们开始了在印刷领域的应用即版权保护、证件防伪 与商标防伪。对于版权保护和证件防伪的场合，非常明显，需要设计的是能够 5 第一章绪论 抵抗打印( 或印刷) 扫描( 或拍照) 的鲁棒性水印算法，尤其是在证件防伪场合。 1 2 2 国内外研究状况： t i r k e l 等人在1 9 9 3 年首次提出了数字水印的方法和思想，使人们认识到了 数字水印的重要性。只有短短十几年的时间，但由于其重要的应用价值，已经 得到了快速发展，如今己成为国内外的研究热点，得到了各大公司、科研机构、 学术团体甚至政府的支持。1 9 9 6 年5 月，第一届国际信息隐藏学术研讨会 ( i n t e r n a t i o n a li n f o r m a t i o nh i d i n gw o r k s h o pi i h w ) 在英国剑桥牛顿研究所 召开，其间将数字水印作为重要议题。目前已经有几本信息隐藏专业期刊。从统 计数据上看，几个有影响的国际会议( 例如i e e e ，s p i e 等) 及一些国际权威学术 期刊( 例如p a t t e r nr e c o g n i t i o n 和i e e e 的s i g n a lp r o c e s s i n g 、i m a g e p r o c e s s i n g 、c i r c u i t sa n ds y s t e m s 等) 都大量发表了关于数字水印技术方面的 论文。 针对数字水印的应用领域，国际许多著名的大学和科研机构，都对数字水 印展开了深入的研究。如美国的普渡大学的图像和视频处理实验室下的多媒体 安全研究组、麻省理工学院、普林斯顿大学，英国的剑桥大学、德国的 e r l a n g e n - n u r e m b e r g 大学、i b m 研究中心、n e c 美国研究所等研究机构的许多专 家和研究人员提出了很多有效的算法。 我国学术界对数字水印技术的研究发展也比较快，已经有相当一批有实力 科研机构投入到这一领域的研究中来，有的取得相当重要的成果。为推动中国 在数字水印这一国际前沿技术研究和应用，促进我国研究人员在此领域的流与 合作，1 9 9 9 年1 2 月，我国信息安全领域的何德全院士、周仲义院士、蔡吉人院 士与有关应用研究单位联合发起召开了我国第一届“信息隐藏学术研讨会”。国 家8 6 3 计划智能计算机专家，会同中科院自动化所模式识别国家点实验室和北京 邮电大学信息安全中心，于2 0 0 0 年年初召开了国内首次数字水印学术研讨会。 来自国家自然科学基金委员会、国家信息安全评测认证中心、中科院自动化模 式识别国家重点试验室和北京大学、复旦大学等专家与青年工作者，参加了这 次研讨会。众多学术成果表明，我国科研工作者在数字水印方面的研究处于国 际先进水平。 最初的数字水印技术是在空域中实现的n 3 1 ，即用水印信息替换图像的最低 6 第一章绪论 有效位( l e a s ts i g n i f i c a n tb i t l s b ) 。1 9 9 4 年又推出了改进算法n 羽。l s b 算法 虽然可以隐藏较多的信息，但隐藏的信息可以被轻易破坏或移去，无法满足数 字水印的稳健性要求。这是水印技术的初始探索阶段，并没有系统地提出水印 的性能和功能要求，也没有成熟的理论模型。随着人们对数字水印问题的深入 研究，逐步发现数字水印与数字调制，特别是直接序列扩频调制有着非常相似 的概念n h 钔，1 9 9 7 年，c o x 等人在文献n 钔中提出了基于扩频通信的数字水印系统 模型利用信道理论大大改善了水印性能。在此基础上提出了更为精确的边信 息水印模型啪3 。为了在透明性、鲁棒性和嵌入强度三个指标之间取得平衡，开 始研究人类的生理特性。例如，w a s t o n 瞄妇提出的人类视觉模型，t r i k n u a s 呦1 提 出的语音掩蔽模型等，它们的基本思想均是利用从生理模型导出的j n d ( j u s t n o t i c e a b l ed i f f e r e n c e ) 描述来确定各个部分所能容忍的数字水印信号的最大 强度，从而能避免破坏原始数据质量。也就是说，利用生理模型来确