（计算机应用技术专业论文）文本数字水印与网络出版版权保护研究.pdf

摘要 摘要 目前大部分的网络出版都是从加密的角度开展和实施的，而且是以某种格式为实现的 主要因素，这便产生了更大的局限性，而且在形成网络出版的供应链中产生在商业上比较 难以解决的问题( 相互质疑) ，如此针对网络出版的背景，开展覆盖或超越于格式的、能 够保证产业链中每个环节利益的应用基础研究，便成为当务之急，无疑本文中开展的数字 水印的相关研究是解决这些棘手问题的重要工作。本文探讨了数字水印的基本原理，深入 研究了文字的编码与存储，数字水印的特性及算法。针对当前数字水印技术因无法记录过 程痕迹而不能有效应用的问题，提出了数字水目j 不仅要具有隐蔽性、鲁棒性等基本特性， 还应具有跟踪过程的关联性、继承性等特性，丰富了数字水印的内涵。本文在应用基础研 究方面提出了研究数字水印的方法以及管理策略，设计了参考模型，首次建议了水印信息 的格式与内容，以可靠的加密算法c 2 算法为基础，设计了水印密钥算法及水印嵌入及检 测算法。并存网络出版的实际背景下实现了一个基于文本数字水印的有效可行的版权保 护解决方案。该方案很好地体现了水印的关联性、继承性与冗余性，能够有效地保护各版 权实体的共同利益。从而验证了本文提出的水印研究方法的必要性，它能够为水印的多种 应用提供指导及应用基础，是当前数字水印研究的突破。 关键词：版权保护数字水印文本水印 e b o o k网络出版 a b a s t r a c t a b s t r a c t p r e s e n t l y , m o s te - p u b l i s hw a sp e r f o r m e da n dd e v e l o p e di ne n c r y p t i o nm o d e ，a n d s o m ef o r m a t sw e r et h em a i nf a c t o ro fw h i c ha c h i e v e m e n t t h a tw o u l dc a u s em o r e l i m i t a t i o n t h e r ew e r es o m ei r r e s o l v a b l ep r o b l e m s ( s u s p e c te a c ho t h e r ) a p p e a r e d d u r i n g t h ec r e a t i o no fe - p u b l i s hb u s i n e s s c h a i n t h e r e f o r e ，a i m i n ga te - p u b l i s h b a c k g r o u n d ，i ti so b v i o u s l yu r g e n tt oc a r r yo u tt h ea p p l i e db a s i cr e s e a r c h o n p r o t e c t i n gt h eb e n e f i to fe v e r yp a r ti nt h i sb u s i n e s sc h a i nt h r o u g hd e v e l o p i n gan e w m e t h o db e y o n df o r m a t t h e ni t i sd o u b t l e s st h a tt h ed e v e l o p m e n to fr e s e a r c h i n g d i g i t a lw a t e r m a r ki nt h i sp a p e ri sav e r yi m p o r t a n tw o r kf o rs o l v i n g t h e s ei n t r a c t a b l e p r o b l e m s i nt h i sp a p e r ，w ef i r s te x p l o r e dt h eb a s i ct h e o r yo fw a t e r m a r k i n g ，a n d d e e p l yd e v e l o p e dt h ec o d i n ga n ds t o r a g eo ft e x t ，a sw e l la ss p e c i a l t ya n da l g o r i t h mo f t e x t u a lw a t e r m a r k s p e c i a lf o rt o d a y sw a t e r m a r k i n gt e c h n o l o g yc o u l dn o tb e e f f e c t i v e l yu s e dd u et ot h er e a s o no fb a r e l yr e c o r d i n gt h ep r o c e s st r a c e ，t h i sa r t i c l e r e v e a l e dt h ew a t e r m a r ks h o u l dh a v et h eb a s i cc h a r a c t e r so fn o to n l yi n v i s i b l ea n d r o b u s t ，b u ta l s oc o r r e l a t i v ea n ds u c c e s s i v ei nt r a c i n gp r o c e s s i te n h a n c e dt h e c o n n o t a t i o no fw a t e r m a r k i na p p l i e db a s i cr e s e a r c ha s p e c t ，w ep r o p o s e dt h em e t h o d a n dm a n a g e m e n ts t r a t e g yo fr e s e a r c h i n gw o r k ，a n ds c h e m e do u tr e f e r e n c e dm o d e l i t i st h ef i r s tt i m et or a i s et h ef o r m a ta n dc o n t e n to fw a t e r m a r ki n f o r m a t i o n 1 1 l i sa r t i c l e p r o v i d e dw a t e r m a r kk e ya l g o r i t h ma n dw a t e r m a r ke m b e d d i n gm e t h o d a n dt e s t w a t e r m a r k i n ga l g o r i t h mb a s e do nar e l i a b l ee n c r y p t i o na l g o r i t h m ，c 2a l g o r i t h m u n d e rt h ea c t u a lb a c k g r o u n do fe - b o o kn e t w o r kb r o a d c a s t i n g ，af e a s i b l es o l u t i o no f c o p y r i g h tp r o t e c t i o nb a s e do nt e x tw a t e r m a r ki si m p l e m e n t e d 。t h i ss c h e m ep e r f e c t l y e m b o d i e da l lw a t e r m a r k s c h a r a c t e r so fc o r r e l a t i v ea n ds u c c e s s i v ea n dr e d u n d a n t i t c o u l de f f e c t i v e l yp r o t e c tt h ec o l l e c t i v eb e n e f i t so fa l lc o p y r i g h tp a r t i e s t h e r e b y , i t t e s t i f i e dt h en e c e s s i t yo ft h ew a t e r m a r kr e s e a r c hm e t h o di nt h i sp a p e r a s a b r e a k t h r o u g ho fd i g i t a lw a t e r m a r kr e s e a r c h ，i tc o u l da l s op r o v i d ei n s t r u c t i o na n d a p p l i e db a s ef o rw a t e r m a r km u l t i a p p l i a n c e k e y w o r d s ：c o p y r i g h tp r o t e c t i o nd i g i t a lw a t e r m a r k i n g e b o o k t e x t u a ld i g i t a lw a t e r m a r k i n ge - p u b l i s h 第一章绪论 第一章绪论 1 1 信息传播行业的发展 在人类文明的不断进化过程中，人类经历了简单绘画传情达意读形时代、文字的 发现读字时代、印刷的发明读文时代、影视技术的发明读图时代以及现在的 计算机和网络的发展读网时代的不断更迭变幻。在这个发展过程中，传播方式由单一 走向多样。人类选择媒体的方式也由一元走向多元。可以确定今后的媒体传播是多元化的。 信息传播的发展与出版业是不可分的，纵览出版业数千年历史，每一次重大变革都与 信息载体的变化有着重要联系。从甲骨、竹简、帛到纸张，出版业经历着一次又一次激动 人心的革命。现在网络却在短短的几年时间里，已经全面渗透到传统出版业的各个环节之 中。这是从我国宋代毕升在1 1 世纪首创活字印刷，以及被西方出版业称为现代金属活字印 刷术奠基人的谷登堡在1 4 5 0 年左右开始出版活动以来，出版业面临的一次重大变革。 传统的信息传播方式主要有两种：一种是有形的纸介质，人们通过对纸介质读物 的阅读，获取信息：另一种是无形的广播电视，人们通过无线电波接收信息，但信息 的传播方式是单向的，而非交互式的。网络时代纸介质仍然重要，但它只是信息传播的方 式之一，更快的传播方式将被网络传播所取代。而网络传播的特点与传统的广播、电视传 播也不同，广播、电视是单向性传播，但网络的传播是交互式的，人们还可以通过网络发 布信息。除了交互性以外，网络传播还有几个重要的特点：全球性、开放性、个性化、跨 媒体性、廉价性等。 1 】 同时，网络本身既是一种技术，也是一种新兴媒体，更是一种方式。它对传统媒体不 仅是挑战，也是占有。这是因为它具有跨媒体的特性。由于网络的跨媒体性，它使各种媒 体之间的界线更加模糊，网络报纸、网络期刊、网络图书乃至网络广播电视都可能更为相 似。将来人们可能更习惯于从网上直接订阅网t 期刊，或通过电子阅读器阅读，或下载厉 打印出来通过纸介质用传统的方式阅读。 传播方式的发展会影响书籍的存在方式，如光盘书籍存储卡书籍会发展起来，但并不 影响文章的本质和作用。虽然传统出版业作为记录历史、传承文明的人类重要社会经济活 动，至今仍在为人类的阅读发挥着主导性的作用，但随着e b o o k 的发展，纸质出版业已经 丌始逐步向以网络出版为代表的现代出版转化。网络阅读凭借着方便与快捷的优势，f 渐 成为人们接触信息的重要选择之一。从纸质出版跨越到网络出版，正是网络阅读这一革命 性阅读方式的结果。网络出版，【2 】是随着因特网技术发展而产生的。它是相对纸质图书 ( p a p e r b o o k ，简称p b o o k ) 而言的，是与通过印刷机在纸张上印刷而生成的有图、有文字的， 装订成册的图书完全不同的读物。即通过类纸电子显示屏幕表现电子读物，并完鹣、严密 第一章绪论 支撑版权保护及运营服务、以书目管理和阅读为主要功能，将内容、承载介质和操作工具 综合为一体的便携式类书文化产品。 在人类知识和文明的承载和传播上，网络和图书具有相同的特质，只是载体形式不同， 流转形式不同而已，图书是对人类知识和文明的纸质承载，网络是对人类知识和文明的电 子承载；图书流通需要传统的渠道建设，网络上的传播要更加便捷。 3 】 网络出版作为传播形式的出现，它带来的是出版业主体多元化和出版概念扩大化的根 本变革。它在知识和信息传播速度上的快捷，涵盖面的广泛，在线成本的低廉，尤其是与 读者的交互性之强，都是传统传播媒体望尘莫及的。 而且电子出版物和网络出版物具有纸质出版物无法替代的优点： 夺 体积小，容量大，图、文、声、像并茂，读者可以通过各种感观欣赏其内容，边读、 边查，边听、边学、边操作，大脑智力得到全方位开发。 夺 便于信息传播，且速度快，可满足人们对信息获取的多样性、动态性、及时性的需求。 夺 能够节省木材消耗，保护森林资源，维护生态平衡，可称得上是“绿色”出版物。 为了更好地说明网络出版发展的必然性，下面的图表对纸质出版与网络出版的一些特 点做了比较： 载体容量 出版 传播流通传播运转效运营成信息获版权证 形式模式方式渠道媒介 益本 取方式明方式 纸质 纸质小邕一单向传统图书低下高盟一版权页 出版承载性渠道 旧惫 电子大多样交互多种网络高低多数 承载化式渠道样及时字水印 动态 等技术 图1 1 纸质出版与网络出版的比较 1 2 网络出版模式探讨 第- 1 中模式，是国外较为流行的“自行出版”或“自助出版( s e l f - p u b l i s h i n g ) 。在这种模 式下，作者就是出版人、发行人。作者将自己拟定的作品，通过各种加密软件，制作成可 供交易的电子图书，然后“贴”( p o s t ) 到某个知名网站，或自己的网站上，供读者下载，付费 浏览阅读。 第二种模式，是以网络公司争取各出版商电子图书制作代理权，然后制作电子图书， 并将其“张贴”到网络公司所在网站，提供读者下载，并在付费情况下，许可读者阅读。像 美国v e r s a w a r e 公司，获得国际学术出版公司英国泰勒弗朗西斯出版公司1 7 0 0 0 本常 销书转化成各种电子格式的制作代理权。 第三种模式，是以出版商自行制作电子图书，并将其“张贴”到出版商自己的网站上， 向读者出售较纸质图书便宜的电子图书版。这是一种省略图书发行商的运作模式，出版商 就是图书发行商。较为典型的，是收购著名阅读器制作商r o c k e te b o o k 公司和法国著名网 2 第一章绪论 络出版公司零点公司的美国洛杉矶电视导视公司g e m s t a r 公司。 第四种模式，是电子图书销售商在读者选中的图书为绝版图书，或脱销但急需的情况 下，提供电子图书的即需即印版。如美国鲍德斯图书连锁集团的总部就安装了一套即需即 印设备( 即p o d ) 供应商s p r o u t 公司提供的p o d 设备。美国大学图书连锁店f o l l e t t 四家 分店也将安装p o d 设备。 第五种，就是微软公司所创造的电子图书经营模式：即广告商掏钱，来支付作者、出 版商和制作商的费用，而读者免费阅读网上可下载的电子图书，条件是在看书时同看电视、 听广播一样，也看广告。 当然，仔细分析，网络出版的模式还不止这些。但是，上述模式，在实际操作中都是 比较可行的。国内一些网络出版，也或多或少与其相似。还有一种潜在的重要的模式就是 还原传统书业流程的出版模式。 1 3 网络出版发展的瓶颈之一版权保护问题 1 3 1 网络传播中版权保护的困难 在传统的出版方式中，作品一旦发表，即以“白纸黑字”的形式表达，期于0 有书眉注 明刊期，书籍有版权页等对其著作权的保护提供了明确无误的证据。 下面是计算机密码学一书的有关版权信息： 计算机密码学：计算机网络中的数据保密与安全卢开澄编著。 4 - - 2 版。北京：清 华大学出版社，1 9 9 8 i s b n7 3 0 2 0 2 7 8 3 8 中国版本图书馆c i p 数据核字( 9 7 ) 第2 9 0 0 0 号 出版者：清华大学出版社( 北京清华大学校内，邮编1 0 0 0 8 4 ) h t t p ：w w w t u p t s i n g h u m e d u d n 印刷者：北京市清华园胶印厂 发行者：新华书店总店北京发行所 丌本：7 8 7 x 1 0 9 21 1 6 印张：1 9 7 5字数：4 6 4 千字 版次：1 9 9 8 年7 月第二版1 9 9 9 年8 月第三次印刷 书号：i s b n7 - 3 0 2 - 0 2 7 8 3 - 8 t p1 4 5 0 印数：2 8 0 0 1 3 3 0 0 0 定价：1 9 8 0 元 相对于其他版权保护对象而言，数字作品一系列突出的特点使得它很难得到现有版权 制度的保护。 廉价的复制不仅导致了盗版的猖獗，也给追查侵权行为造成了困难。 司法鉴定的困难：针对纸质文书和传统艺术品的真伪辨别，目前的司法鉴定技术有一 1 第一章绪论 套完整的解决方案，如纸张鉴定、笔迹鉴定等。而对于数字作品来说，原作与复制品百分 之百相同，在理论上就不存在鉴别的可能。虽然文件本身还会携带诸如修改时间、所有者 姓名、读写密码等附加信息，但这些信息很容易被篡改，只能构成一种脆弱的保护。原创 者不仅可能”有理讲不清”，而且可能反遭诬告。因此，数字作品侵权的取证工作已经成为 知识产权执法过程中的一个棘手问题。 篡改方便：对传统艺术品来说，篡改或引用是非常困难的，很难想像谁能够将达芬奇 的油画剪切一部分贴到自己的作品中。然而，数字作品几乎允许一切可能形式的编辑，这 就使原作品的完整性受到严重威胁，同时也模糊了侵权使用与合理使用之间的界线。 对于作者和网络出版单位而言，最无可奈何的事莫过于版权的保护。网上盗版的泛滥， 使许多作者对网络出版敬而远之。 6 】当一位作者耗费心血创造了一件数字作品，并将其运 用于信息网络中，而非法使用者可以很方便地得到与原作一模一样的拷贝，并可任意进行 伪造和篡改，而合法用户却很难证明自己对作品的所有权，更无法确认伪造和篡改的程度， 也就无法通过法律武器保护自己的权益。这也正是许多出版商面对信息网络销售模式犹豫 不决的主要原因之一。7 1 1 3 2 技术层面 虽然许多先进数字技术已被用于防止非法盗版，但仅采用密码技术并不能完全解决这 一问题，密码仅能在数据从发送者到接收者传输过程中进行数据保密。但当被接收并进行 解密后，所有加密的文档就与普通文档一样，将不再受到保护，无法防止被盗版。 但是目前大部分的网络出版都是从加密的角度开展和实施的，而且是以某种格式为实 现的主要因素，这便产生了更大的局限，而且在形成网络出版的供应链中产生在商j 世上比 较难以解决的( 相互质疑) ，如此针对网络出版的背景，开展覆盖或超越于格式的、能够 保证产业链中每个环节利益的应用基础研究，便成为当务之急，无疑本文中开展的数字水 印的相关研究是解决这些辣手的问题的重要工作。 1 3 3 网络传播中版权保护的核心 数字版权保护策略的主旨是数字作品本身，对于受著作权保护的作品，所应保护的核 心是其”表达形式”，其”价值“在于内含的”无形”成份，而不是它们所依附的载体，如：保护 音乐作品，决不是保护音乐光盘，保护小说，决不是保护印有小说的纸张。从目前情况看， 通过计算机网络传送的涉及著作权保护的商品已有报刊、图书、图片、贺卡、音乐( c d ) 、 计算机软件等，由于受计算机网络传播速度的限制，目前计算机网络传播的涉及著作权保 护的商品多为”静态”的，它们的共同特点也是基于其存在形式可以数字化。 版权保护制度总是随着传播技术和传播方式的发展而不断演进，每一次传播技术的革 新，都会在各国版权保护体系中留下不同程度的痕迹。如今，数字技术的发展和因特网的 4 第一章绪论 来临，又一次打破了原有的传播格局。原本在著作权法规范下比较平衡的著作权人、出版 发行机构、数字图书馆和读者之间的利益关系亦受到了强烈的冲击，网络出版的版权保 护问题愈来愈突出，将著作权保护延伸到网络空间已是必然趋势。如何解决数字版权保护 问题，已成为网络出版合理发展的关键问题。 第二章数字水印技术 第二章数字水印技术 数字水印技术就是通过一组特定的算法将一些标志性信息直接嵌到数字多媒体内容 当中，但不影响原内容的价值和使用。通常水印具有隐蔽性、隐藏位置的安全性及鲁棒性 等传统特性，但仅有这些特性无法保证许多应用中多个环节的利益，这是现有水印的局限 性，所以水印还必须具有记录、跟踪各个水印过程的属性，也就是水印的关联性和继承性。 即应该使水印既不影响数字作品的正常使用，也能够让用户容易地了解数字作品的基本版 权情况，通过水印可以方便地了解数字作品的网络传播过程，及各版权实体的信息。数字 水印的这些属性及其原理，使其逐渐成为数字版权保护的有效的技术手段。 2 1 数字水印的基本原理 2 1 1 历史 大约在7 0 0 年前，在手工造纸技术中出现了纸张上的水印。在历史文档罩发现的最古 老的带水印的纸张可追溯到1 2 9 2 年，这种纸起源于意大利f a b r i a n o 的一个城镇，该城镇 在造纸工业发展中扮演了重要的角色。 在十三世纪末，多家造纸厂之间的竞争很激烈，工匠之间以及商人之间的竞争也很激 烈。对任何一方来说，跟踪纸的来源以及对式样和质量进行鉴定都不是一件容易的事。水 印的使用是种完美的解决方法，它能消除任何可能的冲突。尽管水印最初是用来表明纸 的商标和生产厂家，但是后来却被用作纸的式样、质量和强度的标志，也可用作确定纸的 生产同期和鉴别纸的根据。 纸上的水印与数字水印之间的相似性是很明显的：在银行票据和邮票上的纸上水印， 激发了“水印”这一术语在数字产品环境中的首次使用。最早关注数字图像水印的文献是 t a n a k a 等人 8 于1 9 9 0 年以及c a r o n n i 和t i r k e l 等人于1 9 9 3 年发表的。 1 9 9 5 年以来，数字水印得到很多关注，发展得也很迅速( 见表2 1 ) 尽管还有许多方 而有待进一步研究，但实用的方法和系统都已经开发出来了。 表2 1 掘i n s p e c l 9 9 9 年1 月统计，最近几年有关数字水印出版物的数量 经j l d u g e l a y 允许【9 】 年份1 9 9 2 1 9 9 31 9 9 41 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 8 i 出版物 22 41 32 96 41 0 3 6 第二章数字水印技术 2 1 2 数字水印的特性 数字水印是永久镶嵌在其它数据中具有可鉴别性的数字信号或模式，而且并不影晌数 据的可用性 1 0 】。数字水印技术，就是将代表著作权人身份的特定信息( 即数字水印) ，按 照某种方式植入电子出版物中，在产生版权纠纷时，通过合法的发行者、运营者相应的算 法提取出该数字水印，从而验证版权的归属，确定泄漏与泛滥渠道，确保数字产品著作权 人的合法利益，避免非法盗版的威胁。【1 1 】 通常一个数字产品的内嵌数字水印应具有以下基本特性 1 2 ： 易察与不易察觉性共存：不易察觉性指数字水印的存在不应明显干扰被保护的数据， 不影响被保护数据的正常使用。易察觉性指合法实体可以方便地知道电子出版物的内容是 否嵌入了水印并受版权保护的，是指任何用户能够看见但又去不掉的特性。 隐藏位置的安全性：水印信息隐藏于数据而非文件头中，文件格式的变换不应导致水 印数据的丢失。 鲁棒性：所谓鲁棒性是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保 持完整性或仍能被准确鉴别。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数模与模数转 换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。 抗攻击性：水印要能够尽量抵抗各种攻击和破坏。 确定性：水印所携带的所有者信息能够被唯一的鉴别确定，而且在遭到攻击时，确认 所有者信息的精确度不会恶劣许多。 实际上，数字水印还应该具有记录、跟踪水印过程的特性。每一个事件的发生，都有 其过程痕迹，攻击者可以伪造结果，却无法伪造过程。水印的这种特性可描述为关联性和 继承性。现有数字水印只强调不易察觉性，而易察性、关联性和继承性却无人提及，这是 现有数字水印的局限性，水印不同于加密，它既应该使水印不影响数字作品的正常使用， 也应该让用户容易地了解数字作品的基本版权情况，通过水印可以方便的了解数字作品的 网络传播过程，及各版权实体的信息。 通常数字水印的加入和提取只有发送一方掌握，接收方只有通过特殊保密渠道获得原 作品和具体加入水印的算法才能看到隐藏的数字信息一水印。虽然该体制对发送方的鲁棒 性很好，但对于接收方( 通常为最终用户) 却由于无法看到数字媒体中嵌入的有关信息而 处于被动的地位，譬如说不经意中使用了非授权的数字媒体而被追究。只强调不易察觉 性不具有易察性、关联性及继承性还存在一个很大的局限性：用户想了解一个作品的版权 情况，则必须上传该作品和有关信息，这在目前拥挤的因特网上而言。效率非常低： 此外，用户的查询结果必须要通过访问一个庞大的“版权信息数据库”，势必造成低效 率和数据库的不安全性。 关联性：在许多具体应用中，希望在插入水印后仍能调整它，水印应该能够记录这个 过程。最优的技术是允许多个水印共存，这样便于跟踪嵌入水印的各个过程。各个过程嵌 第二章数字水印技术 入的水印应该互不干扰。即无论嵌入几次水印，只要没有大量破坏原数字作品，都可以提 取每次嵌入的水印，后嵌入的水印过程不能干扰先前水印的提取或检测。 继承性：多次嵌入水印后，应该能判断嵌入水印的先后顺序。也就是能够跟踪多次水 印嵌入过程的继承性。 2 1 3 数字水印的基本原理 数字水印技术是通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌到数字媒体内容当中，但不 影响原内容的价值和使用，并且不能被人的知觉系统觉察或注意到。水印信息可以是作者 的序列号、公司标志、有特殊意义的文本等，可用来识别文件、图像或音乐制品的来源、 版本、原作者、拥有者、发行人、合法使用人对数字产品的拥有权。与加密技术不同，数 字水印技术并不能阻止盗版活动的发生，但它可以判别对象是否受到保护，监视被保护数 据的传播、真伪鉴别和非法拷贝、解决版权纠纷并为法庭提供证据。为了给攻击者增加去 除水印的难度，目前大多数水印制作方案都采用密码学中的加密( 包括公开密钥、私有密钥) 体系来加强，在水印的嵌入、提取时采用一种密钥，甚至几种密钥联合使用。水印的嵌入 和提取方法如图2 1 ，图2 _ 2 所示。 水印w 载体数据j 私钥公钥k 水印w 或原 始数据， 测试数据卜 加入水印后的 数据卜 图2 1 通用数字水印嵌入方法 私钥公钥k 图2 2 通用数字水印提取方法 水印或可信度 测量 图2 1 展示了一个一般的水印嵌入过程。该系统的输入是水印、载体数据和一个可选 第二章数字水日j 技术 的公钥或私钥。水印可以是任何形式的数据， 强安全性，以避免未授权方恢复和修改水印。 至是几个密钥的组合。 比如数值、文本、图像等等。密钥可用来加 所有的实用系统至少使用个密钥，有的甚 图2 | 2 描述了一般的水印提取过程。该系统的输入是已嵌入水印的数据、私钥和公钥， 以及原始数据和( 或) 原始水印( 取决于添加水印的方法) ，输出的是水印w ，或者是某 种可信度的值，它表明了所考察数据中存在给定水印的可能性， 对现实世界中健壮的水印系统而言，它们具有一些基本特性 1 3 ： 不可感知性因嵌入水印而引起的变动应该低于可感知的门限，也就是说一些感知特 性标准不仅被用来设计水印，也用来对失真进行量化。由于水印所必须的不可感知性，用 来嵌入水印的每个样本值( 或像素、音素、特征等) 只能作微小的修改。 冗余性尽管在允许的范围内所做的改动很小，为了保证健壮性，通常要将水印信息 冗余的分布在载体数据的很多样本( 或像素、音素、特征等) 中，从而得到整体的健壮性。 这意味着利用- - d 部分嵌入水印的数据就可以恢复出水印。很显然，如果在水印恢复过程 中有更多的已嵌入水印的数据可用，则水印的恢复将会更有效。 密钥一般而言，水印系统使用一个或多个安全的密钥来确保安全，防止和擦除水印。 一旦水印被人读取到，他就可以很容易地破坏该水印，因为在这种情况下，他不仅知道水 印嵌入的策略也知道水印嵌入的位置。 2 2 数字水印的分类 数字水印技术可以从不同的角度进行划分。【1 4 除非特别说明，下面划分的水印的类 型对多种数字媒体都适用。 2 2 1 按水印的特性划分( 或者按水印的抗攻击能力) 按水印的特性可以将数字水印分为鲁棒数字水印和脆弱数字水印两类。 鲁棒数字水印主要用于在数字作品中标识著作权信息，如作者、作品序号等，它要求 嵌入的水印能够经受各种常用的编辑处理；可以从许多质量己被破坏的含水印媒体中抽取 出来。 脆弱数字水印主要用于完整性保护，与鲁棒水印的要求相反，脆弱水印必须对信号的 改动很敏感，不仅水印的变化很容易被检测到，而且易于对变化进行空间分类和定位。可 利用此类水印判断数字媒体是否被篡改和进行数据的完整性检测。 2 2 2 按水印所附载的媒体划分 按水印所附载的媒体，可以将数字水印划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本 9 第二章数字水印技术 水印以及用于三维网格模型的网格水印等。随着数字技术的发展，会有更多种类的数字媒 体出现，同时也会产生相应的水印技术。 2 2 3 检测过程划分 按水印的检测过程可以将数字水印划分为明文水印、盲水印和半盲化水印。 明文水印( 也叫秘密水印或非盲化水印) 在检测过程中需要原始数据，水印的检测是 在分析原始媒体数据与含水印媒体数据差别的基础上进行的，因而只能由原始作品的持有 者进行检测，生成的水印难于被伪造。同时对这样的算法，可嵌入水印的位置选择范围较 大，能充分考虑到水印的鲁棒性和不可感知性，生成的水印的鲁棒性较好，但其应用受到 存储成本的限制。 而盲水印( 也叫公开水印或健忘水印) 的检测只需要密钥，不需要原始数据。水印的 检测独立于原始数据进行，即水印的抽取由含水印的媒体本身确定。这种水印的检测可以 在任何有检测环境的平台上进行，使用范围较广。但此类算法仅利用选定数据的固有特性 进行水印的嵌入和检测，这样在数据固有特征被破坏时，水印检测较为困难，生成水印的 鲁棒性较差。是目前最具挑战性的问题，一般来说，目前学术界研究的数字水印大多数是 盲水印。 还有一类称为半秘密水印( 也叫半盲化水印) ，这类系统并不使用原始数据来检测。 即水印的检测不需要原作，但是需要某些与原作有关的信息，这些信息可能是原作嵌入水 印时的某些参量，也可能是表征原作某些特征的信息。 秘密和半秘密水印的潜在应用包括可作为法庭上证明所有权的证据、d v d 等应用中的 版权控制( 在该应用中，唱片的使用者需要知道它能不能播放) 以及以识别盗版源为目标 的数字指纹等等。 2 2 4 按所选水印的形式分 按所选水印的形式分为序列水印、标志图像水印和标识信息水印。 序列水印采用的是满足一定分布的伪随机序列，这样水印的检测只能回答出水印的有 无，而不能给出水印的特征信息。水印的检测是通过计算相关函数来进行的。 标志图像水印，为增强水印的说服力，增加视觉上的形象性，可以采用具有一定代表 性的标志图像作为有意义水印。 标识信息水印，水印技术的提高使得将制作者、产权者及购买者的标识信息直接作为 水印成为水印技术发展中更有意义的方向。 1 0 第二章数字水印技术 2 2 5 按用途划分 不同的应用需求造就了不同的水印技术。按水印的用途，我们可以将数字水印划分为 票据防伪水印、版权保护水印、篡改提示水印和隐蔽标识水印。 票据防伪水印是一类比较特殊的水印，主要用于打印票据和电子票据的防伪。一般来 说，伪币的制造者不可能对票据图像进行过多的修改，所以，诸如尺度变换等信号编辑操 作是不用考虑的。但另一方面，人们必须考虑票据破损、图案模糊等情形，而且考虑到快 速检测的要求，用于票据防伪的数字水印算法不能太复杂。 版权标识水印是目前研究最多的一类数字水印。数字作品既是商品又是知识作品，这 种双重性决定了版权标识水印主要强调隐蔽性和鲁棒性，而对数据量的要求相对较小。 篡改提示水印是一种脆弱水印，其目的是标识宿主信号的完整性和真实性。 隐敝标识水印的目的是将保密数据的重要标注隐藏起来，限制非法用户对保密数据的 使用。 2 2 6 按水印隐藏的位置划分 按数字水印的隐减位置，我们可以将其划分为时( 空) 域数字水印、频域数字水印、 时频域数字水印和时问尺度域数字水印。 时域的水印嵌入可以通过修改媒体的采样值的强度值实现。这种方法无需对原始媒体 进行变换，计算简单，效率较高，但由于水印要均衡不可见性和稳健性，因而可选择的属 性范围较小。 时( 空) 域数字水印是直接在信号空间上叠加水印信息，而频域数字水印、时频域数 字水印和时间尺度域数字水印则分别是在d c t 变换域、时频变换域和小波变换域上隐 藏水印。变换域的方法需要对原始媒体数据进行变换，计算较复杂，但变换域的水印算 法往往有较好的鲁棒性，因此，变换域的水印算法是研究的热点。 随着数字水印技术的发展，各种水印算法层出不穷，水印的隐藏位真也不再局限于上 述四种。应该说，只要构成一种信号变换，就有可能在其变换空间上隐藏水印。 2 3 现有数字水印在网络出版中的局限性 通常加密后的数据不容许一个比特的改变，否则无法脱密。而多媒体内容的版权保护 和真实性认证往往需容忍一定程度的失真，在数字水印技术中，水印的数据量和鲁棒性构 成了一对基本矛盾。从主观上讲，理想的水印算法应该既能隐藏大量数据，又可以抗各种 信道噪声和信号变形。然而在实际中，这两个指标往往不能同时实现，不过这并不会影响 数字水印技术的应用，因为实际应用一般只偏重其中的一个方面。所以数字水印的信量分 析要回答这样一个问题：“给定需要保护的数据文件和隐蔽性指标，可以加入多少隐藏的水 l l 第二章数字水印技术 印信息? ”也就是水印的冗余性问题。只有解决了这一问题，才能科学地设计水印标识的 数据格式。相比之下，在不过多损害作品质量的前提下，使用数字水印技术将权利管理信 息秘密嵌入数据中，是一个非常理想的解决方案。但是此时要考虑到水印的关联性和继承 性问题，如果多次嵌入水印，是否会造成以前的水印无法提取? 如何判断每次嵌入水印的 先后顺序? 如果这些问题不解决，一方面水印使数据的使用仅限于网络环境下，另一方面 使用水印保护所有权的目的最终会被攻破。【1 5 】 下面是现有水印技术在网络出版过程中表现出的亟待解决的一些问题： 关联性问题：保证各个版权实体的水印嵌入与检测都是独立的，各版权实体嵌入的水 印互不干扰。而整个过程中，各版权实体对同一数字作品的版权保护过程既具有连贯性， 又相互制约。 继承性问题：保证网络出版的整个过程中，各版权实体嵌入水印的顺序性是有据可查 的，体现同一数字作品中多个水印在时间上的顺序性与嵌入上的先后顺序性。 解释攻击：是针对可逆、非盲( n o n o b l i v i o u s ) 水印算法而进行的攻击。其原理为设 原始作品为i ，加入水印w a 的作品为i a = i + w a 。攻击者首先生成自己的水印w f ，然后创 建一个伪造的原作品i f = i a w v ，也即i a = i f + w f 。这就产生无法分辨与解释的情况。即解释 攻击属于协议层的攻击，它以设计出一种情况来阻止版权所有者对所有权的断言为目的。 解释攻击通常是通过伪造水印而成功的，造成原来水印不能被判断和不再说明任何意义。 串谋攻击：是利用同一原始多媒体数据集合的不同水印信号版本，来生成个近似的 多媒体数据集合，以此来逼近和恢复原始数据，其目的是使检测系统无法在这近似的数 据集合中检测出水印信号的存在。也就是对数字指纹的攻击。 1 6 法学攻击o e g a la t t a c k s ) ：这种攻击方法与前两种方法极为不同。比如：现有的或将有 的关于版权及数字信息所有权的法律，不同法庭对于法律条款的不同解释，原告与被告的 信誉，攻击者质疑水印方案的能力，原告与被告的财力，他们各自能请到的专家证人和律 师，等等。 水印方案最终成功与否的标准是看它是否在大规模的商业中得到承认和应用。而且可 以作为法庭证据，版权保护作为提出水印技术的初始目的，却到目前为止依然没有提出一 个有效的算法可以解决上述的这些问题。 另外，水印的发展水平还远没有达到工业上能实现的地步，缺少标准化、互用性问题 和对水印系统缺少一系列精确、现实的需求，这些仍阻止着版权保护机制的发展。 第三章文本与文本数字水印 第三章文本与文本数字水印 在人类的传播媒介中，文字的地位最为重要。无论传播技术和媒体形式如何变迁，文 字在传承人类文明和推动社会进步中的作用及意义是不可或缺的。要研究文本数字水印技 术，就必须熟悉其理论基础：文字的编码与存储。每一种数字水印的类型都有其明确的应 用背景，本文重点研究的“文本数字水印”是针对文字的数字网络出版背景的一种新的数 字水印。 3 1 文字载体的变迁与传播方式的发展 文字的产生和应用，是传播史上划时代大事。它使传播活动真正具有了社会意义，可 以这样说，人类真正的历史，是有文字往来的历史。 1 7 在文字产生之前，语言是传播信 息的主要媒介；在文字产生以后，由文字构成的文本成为打破时空限制传播信息的重要媒 介。在人类的传播媒介中，文字的地位最为重要。因为文字是人类第一次克服时间和空间 的障碍、从而实现远距离和长时间传播的开始。 1 8 传播的最根本的特征就是思想和信息 的交流，而这种交流又必须依赖于语言和文字。 最早人们的交往，在彼此示意之时，可能只借手势或音量作为媒介。有了语言，就有 了口传的活书。接着发明了许多帮助记忆的方法，其中最富代表性的便是结绳。为了满足 人类社会的需要，又发明了象形文字。文字的出现，为人类文明开拓了崭新境界。图3 1 描 述了媒介与文字载体的发展。 有了文字，首先需要寻找写刻的材料。最早书写材料为石块、树皮、树叶、兽皮、曾 骨及动物的甲壳等等。春秋战国时代，知识日渐普及，著书立说，大行其道，为应需要， 简书和帛书乃相继产生。只是简书笨重，帛书昂贵，都不利于知识的普及及图书的长期发 展，因而人们又发明了纸。 纸张的流行使书籍的传播途径更为丰富。由于在纸张开始流行的时代，石雕也很盛行， 导致了拓印方法的发明。启发了雕版与印刷技术的结合使用。在唐代( 约公元6 2 0 年) 或 者更早的年代，出现了雕版印刷术，制成了最初的白纸黑字的印刷品。 但是直到宋代大约公元1 0 4 5 ，毕异发明了活字印刷术。( 见图3 2 ) 公元1 8 4 5 年，德 国出现了机械印刷，才真正开始了以纸张为主要载体的传播方式。 第三章文本与文本数字水印 媒介的发展与文字的产生 文字载体的发展过程 石块 树皮 兽皮 陶器 甲骨 青铜 器等 图3 2 活字板图示 活字版 由于电子技术的迅猛发展，人们开始使用磁、光、硅来作为书籍的载体。随着网络技 术的进步，网络成为继报刊、广播、电视后的第四大传播媒体。【1 9 用网络来传播书籍j 1 ： 始盛行。网络出版开始表现出强大的生命力。图3 3 描述了传播方式的发展。 1 4 第三章文本与文本数字水印 拓印 活字 手抄 印刷 雕刻 未 印刷 3 2 文本的属性 图3 3 传播方式的发展 现今世界上大多数国家使用字母文字，我国是使用象形表意文字从古至今的国家，溯 本求源，字母文字的鼻祖还是象形文字。 字母文字与象形文字比较起来，各自的特点是显而易见的。字母文字的一个显著的历 史特性就是不断演生出新的文字语言。它的另一个显著特点就是表音，所以也叫拼音文字。 其弱点是表演达意差。随着社会的发展，文字也在不断的发展，字母文字与象形文字的特 点，也决定了文字的编码与存储。 文字信息的编码，就是以固定的顺序排列字符 2 1 ，并以此做为记录、存贮、传递、 交换的统一内部特征，这个字符排列顺序被称为“编码”。英文的编码就是常见的a s c h 码， 占据了前1 2 8 个位置。和中文字库有关的常见编码有：大陆g b 码、g b k 码、港台b i g 5 码等。( 见图3 4 ) 第三章文奉与文本数字水日j 文字 字母文字： a s c n 码 象形文字 3 2 1u n i c o d e 编码 u n i o d e u t f 8 中文 日文韩文 g b 码 g b l 8 0 3 0 g b k b i g 日文。h i m j i s ，。n 编n 码 。e u c 编码 韩文 三 图3 4 文字编码的类型 国际标准组织于1 9 8 4 年4 月成立i s 0 i e cj t c l s c 2 w g 2 工作组。针对各国文字、 符号进行统一性编码。1 9 9 1 年美国跨国公司成立u n i c o d ec o n s o r t i u m ，并于1 9 9 1 年1 0 月 与w g 2 达成协议，采用同一编码字集。目前u n i c o d e 是采用1 6 位编码体系，其字符集内 容与i s 0 1 0 6 4 6 的b m p ( b a s i cm u l t i l i n g u a lp l a n e ) 相同。u n i c o d e 于1 9 9 2 年6 月通过d i s ( d r a f ti n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d ) ，目前版本v 2 0 于2 9 9 6 公布，内容包含符号6 8 11 个，汉字 2 0 9 0 2 个，韩文拼音1 1 1 7 2 个，造字区6 4 0 0 个，保留2 0 2 4 9 个，共计6 5 5 3 4 个。 u n i c o d e 的编码字符，依其通用字符集u c s l 2 编码序其中： 2 e 8 0 3 3 f f h ：中日韩符号区。收容康熙字典部首、中日韩辅助部首、注音符号、闩 本假名、韩文音符，中日