数字水印及其在图像加密中的应用.doc

数字水印及其在图像加密中的应用 日程生活中为了鉴别纸币的真伪，人们通常将纸币对着光源，会发现真的纸币中有清晰的图像信息显示出来，这就是我们熟悉的“水印”。之所以采用水印技术是因为水印有其独特的性质：第一水印是一种几乎不可见的印记，必须放置于特定环境下才能被看到，不影响物品的使用；第二水印的制作和复制比较复杂，需要特殊的工艺和材料，而且印刷品上的水印很难被去掉。因此水印常也被应用于诸如支票、证书、护照、发票等重要印刷品中，长期以来判定印刷品真伪的一个重要手段就是检验它是否包含水印。现今数字时代的到来，多媒体数字世界丰富多彩，数字产品几乎影响到每一个人的日常生活。如何保护这些与我们息息相关的数字产品，如版权保护、信息安全、数据认证以及访问控制等等，就被日益重视及变得迫切需要了。借鉴普通水印的含义和功用，人们采用类似的概念保护诸如数字图像、数字音乐这样的多媒体数据，因此就产生了“数字水印”的概念。数字水印技术是将一些标识信息（即数字水印）直接嵌入数字载体当中（包括多媒体、文档、软件等）或是间接表示（修改特定区域的结构），且不影响原载体的使用价值，也不容易被探知和再次修改。但可以被生产方识别和辨认。通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。数字水印技术基本上具有下面几个方面的特点：安全性：难以篡改或伪造，较低的误检测率，对重复添加有很强的抵抗性。隐蔽性：不可知觉，不影响被保护数据的正常使用；不会降质。鲁棒性：经历多种无意或有意的信号处理过程后，仍能保持部分完整性并能被准确鉴别。嵌入容量：嵌入的水印信息必须足以表示多媒体内容的创建者或所有者的标志信息，或购买者的序列号，以有利于保护版权。数字水印应用领域1.数字作品的知识产权保护-数字作品（如电脑美术、扫描图像、数字音乐、视频、三维动画）的版权保护是当前的热点问题。由于数字作品的拷贝、修改非常容易，而且可以做到与原作完全相同，所以原创者不得不采用一些严重损害作品质量的办法来加上版权标志，而这种明显可见的标志很容易被篡改。 -“数字水印”利用数据隐藏原理使版权标志不可见或不可听，既不损害原作品，又达到了版权保护的目的。目前，用于版权保护的数字水印技术已经进入了初步实用化阶段，IBM公司在其“数字图书馆”软件中就提供了数字水印功能，Adobe公司也在其著名的Photoshop软件中集成了Digimarc公司的数字水印插件。然而实事求是地说，目前市场上的数字水印产品在技术上还不成熟，很容易被破坏或破解，距离真正的实用还有很长的路要走。 2.商务交易中的票据防伪-随着高质量图像输入输出设备的发展，特别是精度超过 1200dpi的彩色喷墨、激光打印机和高精度彩色复印机的出现，使得货币、支票以及其他票据的伪造变得更加容易。 -另一方面，在从传统商务向电子商务转化的过程中，会出现大量过度性的电子文件，如各种纸质票据的扫描图像等。即使在网络安全技术成熟以后，各种电子票据也还需要一些非密码的认证方式。数字水印技术可以为各种票据提供不可见的认证标志，从而大大增加了伪造的难度。 3.证件真伪鉴别-信息隐藏技术可以应用的范围很广，作为证件来讲，每个人需要不只一个证件，证明个人身份的有：身份证、护照、驾驶证、出入证等；证明某种能力的有：各种学历证书、资格证书等。 国内目前在证件防伪领域面临巨大的商机，由于缺少有效的措施，使得“造假”、“买假”、“用假”成风，已经严重地干扰了正常的经济秩序，对国家的形像也有不良影响。通过水印技术可以确认该证件的真伪，使得该证件无法仿制和复制。 4.声像数据的隐藏标识和篡改提示-数据的标识信息往往比数据本身更具有保密价值，如遥感图像的拍摄日期、经/纬度等。没有标识信息的数据有时甚至无法使用，但直接将这些重要信息标记在原始文件上又很危险。数字水印技术提供了一种隐藏标识的方法，标识信息在原始文件上是看不到的，只有通过特殊的阅读程序才可以读取。这种方法已经被国外一些公开的遥感图像数据库所采用。 -此外，数据的篡改提示也是一项很重要的工作。现有的信号拼接和镶嵌技术可以做到“移花接木”而不为人知，因此，如何防范对图像、录音、录像数据的篡改攻击是重要的研究课题。基于数字水印的篡改提示是解决这一问题的理想技术途径，通过隐藏水印的状态可以判断声像信号是否被篡改。 5.隐蔽通信及其对抗-数字水印所依赖的信息隐藏技术不仅提供了非密码的安全途径，更引发了信息战尤其是网络情报战的革命，产生了一系列新颖的作战方式，引起了许多国家的重视。 -网络情报战是信息战的重要组成部分，其核心内容是利用公用网络进行保密数据传送。迄今为止，学术界在这方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思维模式，然而，经过加密的文件往往是混乱无序的，容易引起攻击者的注意。网络多媒体技术的广泛应用使得利用公用网络进行保密通信有了新的思路，利用数字化声像信号相对于人的视觉、听觉冗余，可以进行各种时（空）域和变换域的信息隐藏，从而实现隐蔽通信。Photoshop中的数字水印我们在使用Adobe公司著名的PhotoShop软件处理图像，特别是进行广告设计时，经常会出现作品被人盗用的情况，这时我们就可以使用图像水印技术保护作品的版权。PhotoShop中集成了Digimarc公司的数字水印插件。Digimarc滤镜包括两个组成部分，分别是EmbedWatermark（嵌入数字水印组件）和ReadWatermark（阅读数字水印组件）。它们的主要作用是为Photoshop格式的图像加入著作权信息。当用户使用这类用滤镜处理过的图像时，就会提醒用户，该图像受到一个数字化水印的保护。数字水印以杂纹形式添加到图像上，它不会影晌图像的特征，却能屏蔽多种图像操作，比如色彩校正、滤镜作用、打印等。使用EmbedWatermark滤镜能够在图像中加入著作权信息，当其他用户使用该图像时，会提醒用户，该图像已经使用DigimarcPictureMarc技术在图像中嵌入了数字水印，即著作权已受保护。这种水印效果以杂纹的形式加入，用眼睛是不易查觉到的，它可以在电脑中或者是在印刷出版物上永久性地保存。Embedwatermark滤镜只能用于CMYK、RGB、Lab或灰度图像。由于水印效果不可以取消，因此，在嵌入水印之前，最好复制一份以作为副件备份。EmbedWatermark滤镜一般用在最终完成的图像中，由于嵌入水印后许多编辑操作将受限制，所以，在此之前需完成全部图像的编辑操作，然后再使用该滤镜。数字水印和电子签名一样，由国际上几大公司提供数字认证。Digimarc滤镜使用的数字认证自然由Digimarc公司提供。若要嵌入水印，须首先向 Digimarc Corporation（该公司维护有艺术家、设计人员和摄影师及其联系信息的数据库）注册，获得唯一的创作者 ID。然后将创作者 ID 连同版权年份或限制使用的标识符等信息一起嵌入到图像中。嵌入水印过程：打开要嵌入水印的图像。每个图像只可嵌入一个水印。“嵌入水印”滤镜在先前标记过的图像上无效。如要处理分层图像，应在标记之前拼合图像；否则，水印将只影响现用图层。 选取“滤镜”“Digimarc”“嵌入水印”。 如果是第一次使用滤镜，需按“个人注册”按纽。获得 Digimarc ID，按“信息”启动 Web 浏览器并访问Digimarc Web 站点，或者通过对话框中列出的电话号码与 Digimarc 联系。在“Digimarc ID”文本框中输入PIN 和 ID 号码，并按“OK”按钮。 输入图像的版权年份。 选择下列图像属性之一： “限制使用”限制图像的使用。 “成人内容”将图像内容