試談數(shù)字水印技術(shù)的概念及應(yīng)用

【摘 要】文章從數(shù)字水印的概念入手，分別介紹了數(shù)字水印技術(shù)的基本特性、分類及其應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上提出了一些數(shù)字水印技術(shù)的研究趨向。今天，中國紙業(yè)網(wǎng)編輯帶大家走進包裝印刷的圖像精度，詳細介紹一下相關(guān)內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字水�。浑[蔽性；魯棒性

隨著信息時代的到來，特別是Internet的普及，信息的安全保護問題日益突出。當(dāng)前的信息安全技術(shù)基本上都以密碼學(xué)理論為基礎(chǔ)，無論是采用傳統(tǒng)的密鑰系統(tǒng)還是公鑰系統(tǒng)，其保護方式都是控制文件的存取，即將文件加密成密文，使非法用戶不能解讀。但隨著計算機處理能力的快速提高，這種通過不斷增加密鑰長度來提高系統(tǒng)密級的方法變得越來越不安全。另一方面，多媒體技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，需要進行加密、認證和版權(quán)保護的聲像數(shù)據(jù)也越來越多。數(shù)字化的聲像數(shù)據(jù)從本質(zhì)上說就是數(shù)字信號，如果對這類數(shù)據(jù)也采用密碼加密方式，則其本身的信號屬性就被忽略了。最近幾年，許多研究人員放棄了傳統(tǒng)密碼學(xué)的技術(shù)路線，嘗試用各種信號處理方法對聲像數(shù)據(jù)進行隱藏加密，并將該技術(shù)用于制作多媒體的“數(shù)字水印”。

一、數(shù)字時代的密寫術(shù)——數(shù)字水印

數(shù)字水印（Digital Watermark）技術(shù)是指用信號處理的方法在數(shù)字化的多媒體數(shù)據(jù)中嵌入隱蔽的標記，這種標記通常是不可見的，只有通過專用的檢測器或閱讀器才能提取。數(shù)字水印是信息隱藏技術(shù)的一個重要研究方向。嵌入數(shù)字作品中的信息必須具有以下基本特性才能稱為數(shù)字水�。�

（一）隱蔽性

嵌入水印后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)相比，應(yīng)感覺不到差別。嵌入水印后的數(shù)據(jù)不應(yīng)該包括人們可以感覺到的失真而造成原始數(shù)據(jù)質(zhì)量下降，這是一個具有主觀性的屬性，因而目前沒有一個定量的標準來衡量。

（二）魯棒性

所謂魯棒性是指在經(jīng)歷多種無意或有意的信號處理過程后，數(shù)字水印仍能保持完整性或仍能被準確鑒別。嵌入水印后的數(shù)據(jù)經(jīng)受對數(shù)據(jù)一些惡意的處理，譬如濾波、再量化、抖動等以及一些蓄意的攻擊后，應(yīng)該還能得到嵌入的數(shù)據(jù)。

（三）密鑰的唯一性

即不同的密鑰不應(yīng)產(chǎn)生等同的水印。

（四）檢測的可靠性

水印檢測出錯的概率應(yīng)小于某一合適門限值。這一特性描述了水印檢測算法必須具有一定的確信度。

二、數(shù)字水印的分類

數(shù)字水印技術(shù)可以從不同的角度進行劃分。

（一）按特性劃分

按水印的特性可以將數(shù)字水印分為魯棒數(shù)字水印和脆弱數(shù)字水印兩類。

（二）按水印所附載的媒體劃分

按水印所附載的媒體，我們可以將數(shù)字水印劃分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印等。

（三）按檢測過程劃分

按水印的檢測過程可以將數(shù)字水印劃分為明文水印和盲水印。明文水印在檢測過程中需要原始數(shù)據(jù)，而盲水印的檢測只需要密鑰，不需要原始數(shù)據(jù)。

（四）按內(nèi)容劃分

按數(shù)字水印的內(nèi)容可以將水印劃分為有意義水印和無意義水印。有意義水印是指水印本身也是某個數(shù)字圖像或數(shù)字音頻片段的編碼；無意義水印則只對應(yīng)于一個序列號。

（五）按用途劃分

按水印的用途，我們可以將數(shù)字水印劃分為票據(jù)防偽水印、版權(quán)保護水印、篡改提示水印和隱蔽標識水印。

（六）按水印隱藏的位置劃分

按數(shù)字水印的隱藏位置，我們可以將其劃分為時（空）域數(shù)字水印、頻域數(shù)字水印、時/頻域數(shù)字水印和時間/尺度域數(shù)字水印。

三、數(shù)字水印的應(yīng)用

多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展和Internet的普及帶來了一系列政治、經(jīng)濟、軍事和文化問題，產(chǎn)生了許多新的研究熱點，以下幾個引起普遍關(guān)注的問題構(gòu)成了數(shù)字水印的研究背景。

（一）數(shù)字作品的知識產(chǎn)權(quán)保護

數(shù)字作品的版權(quán)保護是當(dāng)前的熱點問題。由于數(shù)字作品的拷貝、修改非常容易，而且可以做到與原作完全相同，所以原創(chuàng)者不得不采用一些嚴重損害作品質(zhì)量的辦法來加上版權(quán)標志，而這種明顯可見的標志很容易被篡改。“數(shù)字水印”利用數(shù)據(jù)隱藏原理使版權(quán)標志不可見或不可聽，既不損害原作品，又達到了版權(quán)保護的目的。然而實事求是地說，目前市場上的數(shù)字水印產(chǎn)品在技術(shù)上還不成熟，很容易被破壞或破解，距離真正的實用還有很長的路要走。

（二）商務(wù)交易中的票據(jù)防偽

隨著高質(zhì)量圖像輸入輸出設(shè)備的發(fā)展，特別是精度超過1200dpi的彩色噴墨、激光打印機和高精度彩色復(fù)印機的出現(xiàn)，使得貨幣、支票以及其他票據(jù)的偽造變得更加容易。另外，在從傳統(tǒng)商務(wù)向電子商務(wù)轉(zhuǎn)化的過程中，會出現(xiàn)大量過度性的電子文件，如各種紙質(zhì)票據(jù)的掃描圖像等。即使在網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)成熟以后，各種電子票據(jù)也還需要一些非密碼的認證方式。數(shù)字水印技術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見的認證標志，從而大大增加了偽造的難度。

（三）聲像數(shù)據(jù)的隱藏標識和篡改提示

數(shù)據(jù)的標識信息往往比數(shù)據(jù)本身更具有保密價值。沒有標識信息的數(shù)據(jù)有時甚至無法使用，但直接將這些重要信息標記在原始文件上又很危險。數(shù)字水印技術(shù)提供了一種隱藏標識的方法，標識信息在原始文件上是看不到的，只有通過特殊的閱讀程序才可以讀取。這種方法已經(jīng)被國外一些公開的遙感圖像數(shù)據(jù)庫所采用。此外，數(shù)據(jù)的篡改提示也是一項很重要的工作。現(xiàn)有的信號拼接和鑲嵌技術(shù)可以做到“移花接木”而不為人知，因此，如何防范對圖像、錄音、錄像數(shù)據(jù)的篡改攻擊是重要的研究課題�；�于數(shù)字水印的篡改提示是解決這一問題的理想技術(shù)途徑，通過隱藏水印的狀態(tài)可以判斷聲像信號是否被篡改。

（四）隱蔽通信及其對抗

數(shù)字水印所依賴的信息隱藏技術(shù)不僅提供了非密碼的安全途徑，更引發(fā)了信息戰(zhàn)尤其是網(wǎng)絡(luò)情報戰(zhàn)的革命，產(chǎn)生了一系列新穎的作戰(zhàn)方式，引起了許多國家的重視。網(wǎng)絡(luò)情報戰(zhàn)是信息戰(zhàn)的重要組成部分，其核心內(nèi)容是利用公用網(wǎng)絡(luò)進行保密數(shù)據(jù)傳送。迄今為止，學(xué)術(shù)界在這方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思維模式，然而，經(jīng)過加密的文件往往是混亂無序的，容易引起攻擊者的注意。網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得利用公用網(wǎng)絡(luò)進行保密通信有了新的思路，利用數(shù)字化聲像信號相對于人的視覺、聽覺冗余，可以進行各種時（空）域和變換域的信息隱藏，從而實現(xiàn)隱蔽通信。

四、數(shù)字水印的未來

數(shù)字水印技術(shù)還有很多其它用途，并且其應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴大。除了技術(shù)發(fā)展，市場營銷和商業(yè)規(guī)劃也極為重要，并且需要有深度的分析與戰(zhàn)略計劃。技術(shù)推廣和普及也必不可少，以保證市場為接受數(shù)字水印技術(shù)做好準備。對此提出一些想法。

第一，如何利用水印算法，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中解決多媒體信息安全問題，成為了當(dāng)前一個研究熱點。多媒體信息的安全問題是：安全傳遞、訪問控制和版權(quán)保護。通迃加密解密可以實現(xiàn)前兩個目的，但是，解密后的數(shù)據(jù)可以隨意在網(wǎng)絡(luò)上分布、傳播。在數(shù)字內(nèi)容中嵌入唯一的標志（即數(shù)字水�。�，在出現(xiàn)爭端糾紛時，根據(jù)提出的水印，可以證明真正的版權(quán)擁有者，或者找出非法傳播的人。但是，這些應(yīng)用只是被動的在爭端發(fā)生時才體現(xiàn)出來，而且由于缺乏相應(yīng)的法律支持，這些想法沒有真正的實施。因此，有人提出數(shù)字水印代理，利用移動代理技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)上自動搜尋非法或未授權(quán)的數(shù)字媒體內(nèi)容，但是，其前提是主機需要安裝相應(yīng)的代理程序，因而帶來了新的安全問題。我們提出在網(wǎng)絡(luò)通信路上，如在路由器中加入水印檢測算法（數(shù)字水印代理），在網(wǎng)路上檢測非法傳播，從而杜絕網(wǎng)絡(luò)上數(shù)字媒體內(nèi)容的非法傳播。

第二，目前關(guān)于多播體系下嵌入水印的方案有人已經(jīng)提出。但是，在此方案下的水印需要滿足的具體特性，還沒有詳細的考察。傳統(tǒng)的多播基于Internet首先要研究多播體系下的水印算法需要滿足的特性，然后，針對特性設(shè)計相應(yīng)的水印算法。

第三，數(shù)字影院的建設(shè)需要利用數(shù)字水印保護，通過嵌入不同版本的水印，跟蹤非法泄漏。其中，對于小規(guī)模的應(yīng)用，只要嵌入魯棒水印，就可以很好地滿足要求。對于大規(guī)模應(yīng)用，則主要考慮共謀攻擊。另外，還要結(jié)合數(shù)字影院的體系結(jié)構(gòu)，如果采用多播，則要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)特性和壓縮編碼。

第四，提出active watermark概念。首先，在媒體中嵌入不同等級的水印，決定用戶的權(quán)限，在網(wǎng)絡(luò)中檢測提取水印，路由器根據(jù)這些水印的權(quán)限，決定是否轉(zhuǎn)發(fā)，并且提供截獲的詳細報告。其次，在防火墻中嵌入水印模塊，對出去的媒體內(nèi)容，提取水印，根據(jù)水印判斷是否為重要的內(nèi)容，不能外泄，對局域網(wǎng)的多媒體內(nèi)容提供有效保護；對傳進來的多媒體內(nèi)容，可以根據(jù)提取的水印判斷員工是否有權(quán)使用，從而防止出現(xiàn)不必要的違法侵權(quán)行為。