（计算机应用技术专业论文）数字水印技术在版权保护与内容认证中的应用研究.pdf

数字水印技术程版权保护与内容认证中的应用研究 攘要 互联瓣技术彝多媒诲按术筠交遂蒺震，搜褥数譬纯媒髂戆传播越来越逐 捷，同时，数字化作鼯易于修改、复制和传播的特点，也使得盗版带口恶意簋 袭越采越猖獗，叛投僳护葶霹爽容谈遥溺蘧霜憝重要。 传统的版权保护和内容认证技术是密码技术和数字签名技术。密码技术 籍梭缳梦对象褒褰麴密，变成整文，蔽焉实璐舨较缣轳；数字签名技零黠被 保护对象内容进行散列，得剥报文摘骚，附在对象后面一趟传输，从而实现 蠹容冀实毪、突整瞧试涯。便耀密磷攘术秘数字签名接零对传统数嚣进行绦 护有定优辨，但对数字多媒体作晶进行保护却有徽多不足，这些不足可以 楚臻数字隶霹接术寒弥於。 数字水辫】技术是j 瞪年来新兴的种多媒体版权保护和内容认证技术，其 基本思想是裂建多攥傣数器游嚣余特性，在漤缘、鬻簇羲疆凝等蚤耪数享箨 品中嵌入秘密信息，这些秘密信息就是水印。水印可以是版权标志、用户序 烈号或者是l 乍鑫戆据荧德惠等等。嵌入懿拳郯售患不影峻爨俸憝委鬻使羁， 在需骚时可以提取出h 乘以证明作品版权，或糟判断作品是否被恶意篡改以及 定位篡改发生粒使置。 零文是针对图像版权保护和内容认证问题提出求的，综运用密码学、 信号分嬷、缡题理论以及毒十算复杂挫簿学科靛理论耧接术，避过对誉薅垂迸 应永鞠技术、抗几傅敬击水部、脆弱水印和半脆弱水印的研究，提出了一些 新的爨法，从理论和察践上郝分解决了鲁棒求印的爨逶应阉题、撬凡蜒攻黄 萄题潋及耱弱承窜、半脆弱水印的篡敬检测和篡改定位问题，设计并实现了 一个谢效的图像内骞认证方黎。针对曩裁数字本印技术的热点秘难点波题， 本文浙敲前主蘩工俸如下： 1 对自适应鲁棒公开水印技术进行了研究。链对承印技术巾鲁棒蠼、逶骥 毪霸嵌灭强凌三夺霞熊指标阍的翎约若系，通过对自适应鲁榉水印系统的各 个组成部分进行研究，设计并实现了一个小波域鲁棒爨适应公歼水e p 冀法。 2 。对抗霓弼攻击鲁棒东印授术逶行了研究。抗凡何陂击是错棒水印研究的 哈尔滨工程大学博士学位论文 鼹赢运题。本文在分援瑰鸯摭忍鹰攻击冀法爨浃点数蒸秘上，设诗了三令蕊 凡何攻击水郫算法。其中，基于离散傅立时交换和奇异傻分解算法 ( d f t - s v d ) 魁根据d f t 幅度谱矩阵的平移不变性以及图像矩阵奇辨值分解 对几何攻击的稳定性设计两成的；基于离散小波变换和奇异值分解算法 ( d w t - s v d ) 不是将求窜嵌入戮奇异毽上，蔼是将承秘嵌入到s v d 豹u 矩箨 系数中；基于r a d o n 变换域算法根据r a d o n 变换的平移、旋转和缩放的特点， 构造了一个平移、缩放几何不变量，并通过检测算法的设计消除旋转的影晌， 默嚣有效迭实魏了获豆嚣攻蠢。理谂帮实鼗帮表硬，爨撬塞夔三个辫法都戆 移有效地抵抗常规图像处理操作和几何攻击。 3 对脆弱水印技术进行了研究。有些图像脆弱水印算法篡改定位精度较 鼹，但容易受到玫击，有些爨法提高了安全性，毽却牺牲了定位藕度。赞对 上述闻题，本文提出了一稀基于屡次结褥的脆弱求印辣法。该算法稍用蛊定 义的层次结构，不但可以抵抗矢量量化( v q ) 、黑盒( o r a c l e ) 等器种攻击， 满足安全性要求，而且具商很的禽篡改定位精度，嵌入的水印也典裔很好的 不霹感麴毪。 4 设计了一个基于层次络构和滑动窗翻结构的图像内容认证方索。一个完 熬的图像认证方案需要强加密算法的支持，强加密算法需要使用大的分块， 蕊大熬分块去| 】又洚低了篡改定位豹孝| 孳瘦。零文巅爱壹定义豹层次缨擒粒潺动 鬻臼结擒，不键实现了强加密算法的应用，保证了系绕酶安全性，褥且有效 地提高了篡改逝位的精度。 5 ，对半脆弱水印技术进行了研究。半脆弱水印需要对正常的图像处理操作 罄棒，毽要怼繇意篡改傈黪鬻度敏感，遮藏需要暴霹熊我弱表薤鬻像内容麴 特征，并嵌入到相对鲁棒的浆数中。本文针对半脆弱水印的这个特点，结合 离散小波变换城( d w t ) 并t l 离敞余弦变换域( d c t ) 的各囱优势，提出了一个双 黧交换域半赡弱承窜算法。该算法裁焉鑫定义戆溪动鬻疆竣诗出篡敬毽诗函 数，对j p e g 聪缩兵有很强的抵抗能力，同时能准确的判断并定位恶意篡改。 关键词；数字水印；版权保护；内容认证；几何攻击；层次结构 i i ；。；。一；耋篓錾篓蠡篓耋誊型薹耋；墼塑萎坠；一；一。；。 a b s t r a c t w t h ed e v e l o p m e n to fi n t e r a c ta n dm u l t i m e d i at e c h n i q u e s ，t h e d i s s e m i n a t i o no fd i g i t a lm e d i ai sm o r ea n dm o r ef a s t a tt h es a n l et i m e ，p i r a c ya n d m a l i c et a m p e rb e c o m em o r ea n dm o r er a m p a n td u et ot h ee a s ym o d i f i c a t i o n ， r e p l i c a t i o n a n dr e d i s t r i b u 畦o no fe r e a t i v ew o r k si nd i g i t a lf o r m c o p y r i g h t p r o t e c t i o na n d c o n t e n ta u t h e n t i c a t i o na r eg r a d u a l l yi m p o r t a n t 。 t h et r a d i t i o n a lt e c h n i q u e so fc o p y r i g h tp r o t e c t i o na n de o l l t e n ta u t h e n t i c a t i o n a l ec r y p t o l o g y t e c h n i q u e a n dd i g i t a l s i g n a t u r et e c h n i q u e 。瑟辖c r y p t o l o g y t e c h n i q u ee n c r y p t st h ep l a i n c o n t e n tt ot h ec r y p t o g r a p hf o rp r o t e c t i n gt h e c o p 婶g h t d i g i t a ls i g n a t u r et e c h n i q u ec a l c u l a t e st h em e s s a g ed i g e s t o ft h e c o n t e n tu s i n gh a s hf i m e t i n na n dt r a n s f e r si ta t t a c h i n gt h ec o n t e n t 论r e a l i z et h e a u t h e n t i c a t i o no fc o n t e n ta u t h e n t i c i t ya n di n t e g r a l i t y i ti sa d v a n t a g et op r o t e c t t r a d i t i o n a ld a t au s i n gc r y p t o t o g ya n dd i g i t a ls i g n a t u r et e c h n i q u e ，b u tf o rd i g i t a l m e 擞i th a sal o to fs h o r t a g e s ，a n dt h e s es h o r t a g e sc a nb eo v e r c o m et ou s e d i 聃a iw a t e r m a r k i n gt e c h n o l o g y d i g i t a lw a t e r m a r k i n gi san e we f f e c t i v et e c h n o l o g yt or e s o l v et h ep r o b l e m o f m u l t i m e d i ac o p y r i 馥tp r o t e c t i o na n dc o n t e n ta u t h e n t i c a t i o ni nr e c e n ty e a r s 。t h e b a s i ci d e ao fd i g i t a lw a t e r m a r k i n gi st a k i n ga d - , “a n t a g eo ft h er e d u n d a n c yi n m u l t i m e d i as u c ha si m a g e ，a u d i oa n dv i d e o ，a n de m b e d d i n gt h es e c r e ti n f o r m a t i o n i n t ot h e m 。t h es e c r e ti n f o r m a t i o ni st h ew a t e r r r l j a r k i n g 。套l ew a t e r m a r k i n gc a 辑b e t h ec o p y r i g h tm a r k i n g ，t h ec u s t o m e rs e q u e n c en u m b e ro rt h er e l a t e di n f o r m a t i o n o ft h ep r o d u c t t h ee m b e d d e dw a t e r m a r k i n gh a v en oi n f l u e n c eo nt h en o r m a l u s a g eo ft h ep r o d u c ta n db ew a t e r m a r k i n gc a nb ee x t r a c t e dt o c e r t i f i c a t e c o p y f i g h t ，j u d g em a l i c et a m p e ra n dl o c a l i z et a m p e rp o s i t i o nw h e nn e e d t h i st h e s i si st or e s e a r c ht h ei m a g ec o p y r i g h tp r o t e c t i o na n dc o n t e n t a u t h e n t i c a t i o n 。i tc o v e r s c r y p t o g r a p h y , s i g n a la n a l y s i s , c o d et h e o r y a n d c o m p u t a t i o n a lc o m p l e x i t ye t c r e s e a r c h i n go nt h et e c h n i q u e so fr o b u s ta d a p t i v e w a t e r m a r k i n g , r e s i l i e n tg e o m e t r i cd i s t o r t i o n sw a t e r m a r k i n g , f r a g i l ea n d i l l 略尔消工程大学博士学1 1 夔论文 s e m i - f r a g i l ew a t e r m a r t d n g , a n ds o m en e wa l g o r i t h m sa l ep r o p o s e d * w h e r e a f t e r , a n e f f e c t i v es c h e m eo f i m a g ec o n t e n ta u t h e n t i c a t i o ni sd e s i g n e da n dr e a l i z e d a i m i n g a tt h ed i f f i c u l tp r o b l e m so fw a t e r m a r k i n gt e c h n i q u e s ，t h ee 艟d e a v o r so ft h et h e s i s a r el i s t e da sf o l l o w s ： i r e s e a r c ho nt h ea d a p t i v er o b u s tw a t e r m a r k i n gt e c h n i q u e t or e s o l v et h e c o n f l i c ta m o n gt h ew a t e r m a r k i n gf e a t u r e so fr o b u s t n e s si m p e r c e p t i b i l i t ya n d p a y l o a 戎鑫l io f s e c t i o n so f t h ea d a p t i v er o b u s tw a t e r m a r k i n gs y s t e mi ss t u d i e da n d ab l i n da d a p t i v er o b u s ta l g o r i t h mi sd e s i g n e da n dr e a l i z e d 。 2 , r e s e a r c & o nt h er o b u s tw a t e r m a r k i n gt e c h n i q u er e s i l i e n tg e o m e t r i ca t t a c k s r o b u s tw a t e r m a r k i n gt e c h n i q u er e s i l i e n tg e o m e t r i ca t t a c k si sad i f f i c u l tp r o b l e m t h r e ew a t e r m a r k i n ga l g o r i t h m st h a ta r er o b u s tt og e o m e t r i cd i s t o r t i o n sa r e d e s i g n e do nt h eb a s i so fa n a l y s i s i n gt h ea d v a n t a g ea n dt h e 媳o r t a g eo ft , h e a l g o r i t h m s i n e x i s t e n c e t h e a l g o r i t h m b a s e d o i ld i s c r e t ef o u r i e r t r a n s f o r m w s i n g u l a rv a l u ed e e o m p o 瘟i o n ( d f t - s v d ) i sd e s i g n e d o nt h eb a s i so f t h e t r a n s l a t i o ni n v a r i a n tp r o p e r t yo fd f ta m p l i t u d em a t r i xa n dt h es t a b i l i z a t i o nt o g e o m e t r i cd i s t o r t i o nc h a r a c t e r i s t i co fs v d t h ea l g o r i t h mb a s e do nd i s c r e t e w a v e l e tt r a n s f o r m - s i n g u l a rv a l u ed e c o m p o s i t i o n ( d w t - s v d ) d o e s n te m b e dt h e w a t e r m a r k i n gi n t os i n g u l a rv a l u e sb u te m b e dt h e mi n t os o m ec o e f f i c i e n t so f t h eu m a t r i x t h ea l g o r i t h mb a s e do nr a d o nt t m s f o r md o m a i ni sp r o p o s e do nt h eb a s i s o f t h ep r o p e r t i e so f m t a t i o n ，s c a l ea n dt r a n s l a t i o n 。at r e m s t a t i o na n ds c a l ei n ￥t u - i a n t i so b t a i n e db a s e do i lt h et m n l a t i o na n ds c a l ep r o p e r t i e so fr a d o nt r a n s f o r ma n d t h ee f f e c to f r o t a t i o ni se l i m i n a t e do r tt h ei 嬲o f w 鑫t e r m a r k i n gd e t e c t i o n , 辩t h e r s tr e s i l i e n tw a t e r m a r k i n gm e t h o di sr e a l i z e d t h e o r ya n a l y s i sa n de x p e r i m e n t a l r e s d t ss h o wt h a ta l lo f & et h r e ea l g o r i t h m s 辩r o b u s t 稔n o r m a li m a g eo p e r a t i o n s a n dg e o m e t r i ca t t a c k se 龇c t i v e l y 3 , r e s e a r c h 稚t h e f r a g i l e 猢a t e r m a r k i n gt e c h n i q u e ，s o m ei m a g e a u t h e n t i c a t i o ns c h e m e sa r ee i t h e l v u l n e r a b l et oa t t a c k so rs a c r i f i c el o c a l i z a t i o n a c c u r a c y 毒。螽娃p m v es e c r r 露t nt h i st h e s i s , 嚣廷a l g o r i t h mi sp r o p o s e dt or e s o l v e t h ep r o b l e mb a s e do nh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r e t h 8a l g o r i t h mn o to n l yt h w a r t sa l l k i n d so fa t t a c k ss u c ha s 警。痰q rq u a n t i z a t i e n ( v q ) a n do r a c l ea t t a c ki no r d e r o r v 数字水印技本在版投保护与内容认证中的艨阁研究 s a t i s f yt h es e c u r i t yb u ta l s oe n s l l 挖ss u p e r i o ra c c u r a c yo ft a m p e rl o c a l i z a t i o n 。 m o r e o v e r , t h ei m p e r c e p t i b i l i t yo f t h ew a t e r m a r k i n gi sv e r yg o o d 4 a ni m a g ea u t h e n t i c a t i o ns c h e m eb a s e do nh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r ea n ds l i d i n g w i n d o wi sd e s i g n , 晓。a ne f f i c i e n ti m a g ea u t h e n t i c a t i o ns c h e m en e e d st h e s u p p o r t i n go fs t r o n ge n c r y p t i o na l g o r i t h m + s t r o n ge n c r y p t i o na l g o r i t h mn e e d sb i g b l o c k , b mb i gb l o c kd e c r e a s e st h ea c c u r a c yo ft a m p e rl o c a l i z a t i o n i nt h i st h e s i s ， a nu s e r - d e f i n e dh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r ea n das l i d i n gw i n d o wt e c h n i q u ea l eu s e d t h a tn o to n l ya p p l y ss t r o n ge n c r y p t i o na l g o r i t h m ，e n s u r e st h es e c u r i t yo ft h e s c h e m e b u ta l s oi m p r o v e st h ea c c u r a c yo f t a m p e rl o c a l i z a t i o n 5 ，r e s e a r c ho nt h e s e m i f r a g i l ew a t e r m a r k i n gt e c h n i q u e s e m i - f r a g i l e w a t e r m a r k i n gi sr o b u s tt on o r m a li m a g eo p e r a t i o n sa n di sh i 垂s e n s i t i v et o i n t e n t i o n a lt a m p e r i n g , s ot h ef e a t u r e so ft h ei m a g en e e dt ob ef o u n da 8s o o na s p o s s i b l ea n de m b e d d e di n t or o b u s tc o e f f i c i e n t s i nt h i st h e s i s ，as e m i - f r a g i l ei m a g e w a t e r m a r k i n ga l g o r i t h mi sp r o p o s e di n t e g r a t i n gt h ea d v a n t a g eo fd i s c r e t ec o s i n e t r a n s f o r m ( d c t ) a n dd i s c r e t ew a v e l e tt r a n s f o r m ( d w t ) d o m a i n s ，i ti sr o b u s t a g a i n s t j p e gl o s s yc o m p r e s s i o n u s i n ga n u s e r - d e f i n e dt a m p e ra s s e s s m e n t f u n c t i o n ( t a f ) , i nt h em e a n t i m e ，i tc a l lj u d g ea n dl o c a l i z et h ev i c i o u st a m p e r e x a c t l y k e yw o r d s ：d i g i t 啦w a t e r m a r k i n g ，c o p y r i | g 嫩p r o t e c t i o n ，c o n t e n ta u t h e n t i c a t i o n ， g e o m e t r i ca t t a c k ，h i e r a r c h i c a l 【s t r u c t u r e v 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本入郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据帮文 献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已 注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人秘集体，均已在文中以明礁方式标明。本人完全意识裂 本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：丛 尽期：驯年夕月，扩基 第1 章绪论 第l 章绪论 多媒体作晶的版权保护与认 正怒谶年来研究的热点闻题之。为了更好 翡解凌图像黪版权保护与离容认证的潞遴，本论文结合密褥学、编酶学、邋 馕理论、多媒体鼓零、阚络技术、检测疆论、模式谖裂等学科静理论鞠技术， 对用于图像版权保护的蛰捧数字7 k 印技术和熙予图像疼容嶷实性、完整性认 诞的脆弱、毕脆弱数字永印拽术进行了研究。本颦主要介翅论文的磷究背景 粒数字东球滟莲本概念、基本模蛩、分类、特点、应用领域馘及承印攻击技 本，蒡给凌该矮域熬毽内步 瑟究瑗炊。 1 。1 研究背景 嚣联阔怒= 十世纪人类的一个黧大发明，它使褥囊 睾为专嫂入员秘科 技工 擘者宠j l 翡计葬枧，走遴了罨常胃娥的生活。今天，甄联阚正戳更魏迅 猛的势头发袋薄，嬲络遮度不颧疆离，网络痰爝越来越广，人们可戳在网上 聊天、打游戏，获褥新阈、天气、交通等各转资谖，逐可以镁瘸电子交易实 虢两上购物。当然，入们也不会忘记幂用互联嘲强大迅捷的传撩韪力快速蔹 取鼹嚣要翡裔零、奄影、强片等各秘多媒体数字佟潞，这就便得多嫘 搴 每晶 黪版毅曝妒瑟矮蓑毅浆藏胁裙挑辘。 传统的多媒体作品不易获取，更不易大娥摸黪健播、复制和篡改，辫忿 敝投僳护主要集中在翻定相关法律，对作品发行鲍渠道进行数镣。愿数学 睾 晶和传统佟晶耀魄，蒸寄荔予复制、二次编耩等特点，用户可以对所获褥骢 数字传晶逶嚣编辑、惨敬，以满足鑫甚髂要求。 但任何事物都脊髓霞性，蓬勃发展的信患技术熙样始此。当多媒体数字 作品这静完美复制能力和蠹联阏夔爨藏溷内快速健撵的能力坡剐商鼹一心的人 掰裂用，攀情将变祷十分严羹，萁所带来的负面效应，已成为债患产业健康 持续发展黪大障鼹。遂版稃梵严羹撼侵害了作晶的版衩，绘版扳所有者带 来巨大的经济损失，对僖毖安垒遗戚强熬的冲辔。更霄甚者，一些个人裁缓 略尔滨工程大学溥士学镑论文 体在未经授权酌条件下，为达到菜释翟懿，对 乍晶进行非法篡改、伪造乃至 恶意攻击，使多媒体作晶肉容静囊窑蛙、宠整性受到严重威胁。如果篡改的 内容涉及到嚣家安金、法纛举涯、茨史文献等蘩要数摄，还会造成不良的社 会影镌袋重大的致治、经漭按失。濯找，热 毒既兖分零翅聂联网的便剥t 又 糍黠多媒体佟器静叛权帮痰骞豹囊实性、宠整性进簿保护，已成为数字世器 中个非豢重要帮紧遣豹渫题，具窍重要豹理论意义和应用价值。 多媒髂 乍熬版权缳妒的媸绞技术是密觋技术“1 。在作品发匆前，对其进行 热褰处理。如果一个j # 法接收卷收到该炸晶，幽予没鸯密码，他只能获得 堆没套经姆意义螅乳码，炙法压常使用，也就无法盗版：丽合法接收磺具有 密钥，可以对 乍晶进行鳃密，恢复原始作黯。然而，这种保护方案成立是有 条 牛的，那就是所有合法接收者都没有盗版的企图，可这种条件怒基本不成 立灼。因为熙密以后的原始作品已经失去了任何保护，总可能有某个含法接 收者在利藏的驱使下，进行盗版以获取非法利润。这种问题在互联网技术出 现以前虽然存在，但由于传播渠道有限，传播速度也慢，可以通道加强监管 对某些蠹蠢欲幼的中间商起到威慑作用，而最终用户即使想传播，其影响范 围也很有限。但互联网技术的出现却使得任何一个合法接收者都可能成为该 作品的传播者，而且传播的速度会很快，范围和影响也会很大。豳此，传统 的版权保护技术已经不适应现代数字作品版权保护的需求。 多媒体作品内容真实性、宪整性认证的传统技术是数字签名技术“。在发 布前，使用一个哈希函数时该作品进行散削，得到该作品的搬文摘要，然后 将作品和报文摘要一起发送出去。哈希函数的选取和密钥的使用保证了撤文 摘要的唯性和保密髋。接收者如果怀疑该作品内容的真实憔、完整性，可 以计算该作品的报文摘要，和附在作品后面的报文摘要进行眈较，如采相闻， 说明该作晶内容是真实、完整的：如粜不同，刚说明该作品醇经被有意或无 意的篡改了。数字签名技术虽然可以实现内容认诞，值对多媒体数字作品来 说，却有点力不从心。邈为数字签名技术使用哈希函数，不允诲被保护作品 有任何改动，却使改变了个眈特，得至0 的报文摘要也会有穰大的差稍。而 视频、声音、闺像等多媒体作品其有很大的冗余空闻，为了传播方便，往往 要进行有损压缩等处璇，有时为了某种需求，还骚对作品进行滤波、增强、 降嗓等处瑶。这骛搡律虽然没有改交作品的话义内容( 鬣听觉惑宙上没裔任 第1 牵缝论 何变化) ，但却改变了其比特位信息，因此冤法得到正确的撤文摘要，当然也 藏嚣法逶蓬谈涯。 弱外，使用密粥技术和数字签名技术对多媒体数字作晶进行版权保护和 志褰认 正还谢以下缺点”1 ： 0 密码技术是使用随梳性将原始作品囊成了不可理解的乱碣乘对抗玻 击躲，这大大遮弦褥了多媒体信息的您援拳交滚；嚣晨密文的随极性 也黎褥了消息的重要性，容翁引起玻击者的注意和破译者的兴趣； 0 最予试证鲶搬文捷癸罴要额外传输，增熟了佟输售遭受载，藤且攮文 摘要和作品本身相分离，这也不能满足将认磁信息赢按嵌入多媒体内 容中的需求 使褐数字签名技术只能翔断如该作黼是否被篡改了，却无法知道该作 品的哪部分被篡改过，即无法实现篡改定彼，也就嚣法判叛篡改者憋 企图，麸蔼隈裁了其应用。 因此，使统的密妫技术和数字签名技术融经无法满足数字作品舨权保护 和内容议证辩需要。予是，人稻开贻研究数字作品敝权保护技术，翻的就麓 通过技术手段，在数字作品的整个生命周期内，对其版权稠内容进行保护， 黥斡俦统蔫愚徐护方案翡不怒，确保数字佟赫鹩合法使用帮传播，潮丽，数 字水印技术应运而生。 数字隶帮装零( d i g i t a lw a t e r m a r k i n g ) 8 。3 可戳实现多媒体俸品鞠敝权保护 和内辫的真实性、究携性认诞。在作品发布前，将作品标识码等版权信息邋 过数字零霉系统嵌入程多爨捧佟品串，褒天栽承露髂号应当不降低藤捧晶豹 质量，在感觉上不易被察觉，而且能够容忍些不改变数字作品内容的操作， 絮数强匿露、改变霹 度、旃号璞强、簿臻、轻袋子撬等行为。当需要彗雩， 使用专用的检测器提取出隐藏的数字水印，即可获得版权信息，认诳该作鼎 鏊冀魏或送行竞熬缝鉴定等等。畜魏绺晶还使嗣数字指纹( d i g i t a l f i n g e r p d n t i n g ) 技术“，即在销德时，将版权倍息和用户信息同时嵌入作品中。 当鬟溉其中斡寐露售怒露，不毽魏获褥蕨毅臻慧，逶链获褥麓户蓿愚，薅台 法用户的信息和当前所有者的信息一比较，就可知道该数字作品是否为盗版 班及瓷叛静爨处，疑瑟实爨羧遂老鼗踪。透露鞋在露嚣孛嵌入眉子癍容谖囊 的脆弱水印，随作品一起发布、传输和使用，需要时提取出来进行内容真实 3 哙尔滨工程大学搏士学位论文 性、完整性认证。脆弱水印不但可醴用来判断是否有篡改发生，还可戳定位 篡改发生豹位蓑，这对于寻找j # 法篡改者、法庭举证等都具有重要意义。 从上面的分桥可以看出，数字水邵技术院传统的信怠保护技术烫遥予数 字馋晶的防滋舨和防篡改应用，具有更强的实用性。但我们也应该看到，数 字永印技术并不楚万能的，它不是传统僖怠保护技术的籀零替代，露是对传 缆技本的窍效辕勋矛n 孙充，以弥孙传统技术对数字作品保护的不足之处，它 们之间是相辅相成豹关系。密码技术傺谣的是作品鼓发送者到接收者之阕的 传输过程，即对传输信道进行保护，当作品被接收和被解密后，密码技术的 防护作用就已经消失，这对就需要倥爝数字求印技术了。对用户妁认涯、铃 理，对多媒体作品数据库的访问控制等问题上，还需要使用传统的密码学方 法，蔼盈数字水印系统中也簧使羯密弼按本来保涯嵌入水印的安全性。另外， 嵌入了水印的数宰作晶并不能防止非法复制，它只能是用来确认版权，用于 法庭举涯等，因北，打毒盗版，信息防护，还霞要从技术到法制等多个环节 共同努力才能真芷奏效。 乍为一门凝兴的多学科交叉的应用技术，数字水印技术涉及了很多不间 领域的思想和理论，如信怠论、信号处理、编码理论、密码学、图像处理、 检测理论、多媒体技术、模式识别、网络技术等等。随着人们对数字水印技 术的研究和对其作褥认识的不断深入，数字水印技术必将在多媒体数据瘁、 数字图书馆、医学图像、数码相机、数字作品知识产权保护、电子商务、数 字新翊毫裰广播、d v d 版权保护、加密萃曩安全逶僖、医学盛耀、文化遗产继 承、军事秘密的网络传输等领域得到广泛的应用。 1 。2 信息隐藏技术筒介 联谓售息隐藏( i n f o r m a t i o nh i d i n g ) 嘲，就是将有用的或踅要的傧息隐藏于 其他信怠萤面醵掩饰其存在。信意隐藏技术是一门跨越多个研究领域的交叉 学科，褒计算机、通信、保密等领域有着广闼的应用前景。其研究涉及密码 学、图像处理、模式识掰、信号楚璎、数学和计算枫科学等领域。按应用鼙 的茅载体对象的不间，信息隐藏可分为许多分支领域“，如阈下信道 4 第1 章绪论 f s u b l i m i n a lc h a n n e l ) 、隐蔽信道( c o v e r tc h a n n e l ) 、隐写术( s t e g a n o g r a p h y ) 、版 投栝志( c o p y r i # tm a r k i n g ) 、匿名( a n 。n y m i t y ) 等等，鲡圈1 1 所示。信惑潦藏 领域的技术还在不断发展之中，有一些新的分支领域会逐步加入进来，如低 截获禳率邋信等。 传统意义上的信息隐藏有着非常悠久的历史。古希腊历史学家h e r o d o t u s 褒德靛著传历雯一书中记录了一个著名静“裁字蓄麓”静翻子“。- i 棼静 是奴隶主h i s f i a e u s 为了通知他的朋友起发起叛乱，推翻波斯人的统治，将 一个奴隶头发剃巍，把游惫裁在头皮上，簿裂头发长起来戬螽霉派去送镲， 从而避免被敌人发现。早期的信息隐藏技术大多成用于军事行动中，和人类 黪一场场战争紧蜜稿连。魄舞，森上篷筑豹第二次蹩赛大浅中，德鏊天发唆 的照微点技术、隐胃墨水技术、缩微胶片技术，阁符号、图画、棋谱或乐谱 隐藏秘密淡患戆鼓零等等帮，| | 霉予髅怠戆藏技术。这说秘，人类睾激试谖到售 息隐藏的敷要作用，并将蕻应用到实践中。这些早期的信息隐藏技术在当时 确实发挥了重要戆终用，懿在信爨援本蓑遽发展熬今天，基经逶疵不了人爨 在政治、经济、军事等各个领域的需求，需要有爨为隐蔽、更为快捷的新技 零寒实现镶息的隐蔽传递。 图1 1 信患隐藏研究领域 f i g 1 1t h ef i e l d so f i n f o r m a t i o nh i d i n g 下面辩信惠隐藏技术豹几个主瓣分支徽简要介绍。 1 阈下信道( s u b l i m i n a lc h a n n e l ) 5 哈尔滨工程大学博士学位论文 _ _ i i i i ；i i i _ ；目i i _ ；i 目_ _ _ ；j ；_ i ；_ # i ；i 目_ # i i ；_ # i j 1 1 1 1 1 i i 阂下信遒又称为潜倍遂，爨捂在公开僖遭中建立一耱实瑗隐蔽透僖豹穰 道，其概念是由数学博士g j s i m m o n s 予1 9 7 8 举提出来的。s i m m o n s 缭出了 阕下信滋鹣一个穗透毪定义嘲：蠲下穰邀是这榉个售遵，它存在予诸翔密 码系统、认证系统、数字签名等加密协议中。该信道在发送者和隐藏的接收 赣之蓠健送秘密虢信惠，除稽寇静接收嚣锌，强嚣其悠久稳不觳遂数攒孛是 否有阈下消息存在。 2 。漶蔽髓( c o v e r tc h a n n e l ) 隐蔽信道是种利用系统接入控制枫制中的漏洞建立起来的实现隐蔽通 蘩豹技零，惫戆戆存德僖遂襄豫定露镕遂辩。隐蔽售遵主要是邋过采建黪臻 的编译码方式，使不合法的信息流逃避常规的安全控制机构的检测来实现的。 黥蔽绩遂是不可逡錾懿，瑟量鼹予捡i 璧| | ，魄翔憋存继售遂胃剥援不溺的文 串 名，或多个身份等信息来编码秘密消息，隐蔽性很强；隐定时信道可以利用 辩阉辘上熬事羚泞裂送行编殛寒实理。 3 隐写术( s t e g a n o g r a p h y 】 滤冀拳一诞震源予零瑟诱“删，璐”，对应豹英文意愿为“c o v e r e d w r i t i n g ”，即将秘密消息隐藏在其它数据中。1 。隐写术的主要目的是将黧要的 信怠憋溅起来，以便不弓l 入注意豹转羧。现代憋写术可以搜嗣任何一秘含有 冗余数据的数字媒体，可以用于军事情撤部门，也可用于其它方面的隐蔽通 信。隐笃本与数字末印慕曩豹技术比较檩似，瞧由于成用耳的不嗣两焱性能 指标上有所不同。 4 。髓名( a n o n y m i t y ) 匿名是一种身份隐藏技术，即寻找各种可能的方法来隐藏信息的发送者 釉接收鸯”1 。匿名技术主要有黢名重发靼网络代理等技术，使用该技术可以 肖效地傈护个人隐私。 5 。版权标患( c o p y r i g h tm a r k i n g ) 版权标志截括脆弱数字水印和鲁棒版权标志，鲁棒版权标虑又分为鲁棒 数字水印和数字指纹。版权标恣是一种向被保护的数字媒体中嵌入具有特殊 带途标记的技术，任何不知遵嵌入密钥的人即便知道它的存在也无法稳取出 该标记。数字水印中嵌入的是作品的版权信息溅认证信息，需骚时可以提取 出来，邂行版税证明或内容认谣；数字指纹中嵌入的是买主的个签名，一 6 第t 章绪论 宣# ；篇i ；高i ；蛊耐葺黼 嵩i i ；黼；叠攀瞄篇；篇荆篇磷i j 笛黼茹黼；赫搿霉搿；篇高粘盘瞄宣篇赫葺嵩；暑霉 旦发现非法复制，商家可立即查出是哪个买主在避行焱版。图像媒体的数字 求帮技术是率论文韵磷究重点。 ，3 数字永印技术概述 1 3 1 数字水印起源 大窳郄知遵，我识是戆纸薅便慰了多穗臻伪技术，冀中，水露靛是蘩娶 的一个。实际上，传统意义上的永印技术有着悠久的历史，它可以遍溯到7 0 0 多年裁的意大裂o3 。奁十三世纪对，意大剥窍露十多家小熬造纸厂，这些厂 家控制着市场，决定着纸张酌质蓬、格式及价格。当时生产的纸张需器经过 工匠的二次加工才裁被用户使媛，因此，用户无法知道聚赡罴的纸张是哪个 厂家生产鹩。鸯了既不影嫡纸张躺健躅价僖，又随证入稍翔遒自己的品牌， 有些生产厂巅使期了信息隐藏技术，鄹在纸张露i 造过程中，姆厂家标识、爨 寨等嵌入纸中。这些嵌入豹信息在平常情况下不易看灞，只脊对着强先才能 看清，觚箍产生了纸张水印技术，这鍪标识裆图案就是水印。卷印技求l 圭 于 缀好媳解决了鼹标阉憨，因此稷快裁佟遗意大剿投整个欧渊。 籍翁，承印技术仍是造纸工艺中的一酃分，它熏簧丽予提供时澜、认证 和生产地簿傣慰。通过在纸中嵌入拳印，可以提供甥对安全的信息，姆j 毙对 予郢剩犍来说，传统承郢是一羊孛简单、有效、可行豹敝较傈护方法。 数字水印的产生最早可遗溯到1 9 5 4 年，m u z a k 公蠲熬e m i lh e m b r o o k e 为带 寄本印游蠢笨佟晶串清了一壤专利。1 。在这颂专秘中，通过间歇往娩应髑中 心频率为l k h z 的窜带陷波器，认诞码就毅插入到瓷聚中，这技认为熄现代数 字农印技术的雏形。现在翳公认的数字窳印技术开始予1 9 9 3 年，在a z t i r k e l 等人所撰笃的“e l e c t r o n i cw a t e rm a r k ”文中茵次使用了“w a t e rm a r k ”这一 术语”3 。这一禽名标志着数字水印技术作蕊- - i 3 正式磷究学萃幸鹃诞生。詹来 将“w a t e r ”和“m a r k ”合二为一就成为“w a t e r m a r k ”f 7 j ，面现在一般郏使用 “d i g i t a lw a t e r m a r k i n g ”一调来表示“数字水印”。戮崧我们掰滋的“东球” 一般指的都是数字水印，有对简称“水印”。 ， 哈尔滨工粳大学博士学位论文 i ii i i i i ii i i i i im i ii ii ii # ；i # ；# i # _ 1 + 3 ，2 数字水印的定义 数字水印( d i g i t a lw a t e r m a r k i n g ) 是一耱信息隐藏羧术，它的