数字水印技术简介

数字水印技术简介李晓强计算机工程与科学学院上海大学行健楼801室Tel:56331902E_mail:[e-mail]:202.120.113.652005-4-9计算机工程与科学学院李晓强2为什么要用数字水印Everythingisdigitalthesedays电子书籍、数字图像、数字音频、数字视频、数据库、软件Acopyofadigitalmediaelementisidenticaltotheoriginal2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强3为什么要用数字水印多媒体数据的安全正在受到严重威胁互联网络的普及应用无线通信领域，移动网络用户可访问互联网强大的多媒体编辑软件传统的密码学方法不足以保护多媒体数据数据一旦解密则不在有任何保护措施无法适应多媒体数据文件格式的转换•音频：MP3\WAV•图像：JPEG\BMP2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强4为什么要用数字水印访问控制服务器端客户端用户口令图像库1加密密钥图像1图像2图像2图像1解密图像库2图像3嵌入水印图像3（含有水印）版权信息2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强5为什么要用数字水印功能强大的编辑软件2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强6数字水印的起源信息隐藏也称为信息伪装（Steganography），该单词来源于古希腊，意思是将有用或重要的信息隐藏于其他信息里面以掩饰其存在，就是将秘密信息秘密地隐藏于另一非机密的文件内容之中。密码学是研究如何保护消息内容的，而伪装术是专门研究如何隐藏它们的存在性。2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强7数字水印的起源古希腊的斯巴达人曾将军事情报刻在普通的木板上，用石蜡填平，收信的一方只要用火烤热木板，融化石蜡后就可以看到密信。使用最广泛的密写方法是化学密写，如牛奶、白矾、果汁等都曾充当过密写药水的角色。大约700年前，在手工造纸技术中出现了纸张上的水印。94年图像处理国际会议2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强8国内外研究现状科研机构国外：美国版权工作组、美国空军研究院、美国陆军研究实验室、麻省理工学院、伊利诺斯大学、明尼苏达大学等国内：中国科学院、北京邮电大学、国防科技大学、清华大学、上海交通大学、天津大学、中国科技大学、北京大学、复旦大学等公司国外：IBM、微软、朗讯公司贝尔实验室、Sony公司、NEC研究所以及荷兰菲利浦公司国内：上海阿须数码技术有限公司、成都宇飞信息工程有限公司等2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强9数字水印概念是指在数字媒体中嵌入与媒体的作者、版权和使用许可相关的信息。被嵌入的信息称为数字水印，它通常是不可见或不可察觉的，但通过一些计算操作可以被检测或者被提取，用来证明宿主媒体的版权和所有者。DigitalWatermark2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强10数字水印概念也称为电子水印在本质上是在宿主数据中（图像、音频、视频）嵌入第二个数据水印与宿主数据紧密结合并隐藏其中，成为宿主据不可分离的一部分，并可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用价值的操作而保存下来。2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强11数字水印概念1原始图像（宿主）2加入水印后的图像3水印2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强12数字水印的要素不可感知性鲁棒性（稳健性）当含有水印的宿主数据遭受恶意攻击但感知质量没有明显下降时，要求水印仍然存在，即不能被移除或修改水印的容量安全性非授权的移除、非授权的检测和非授权的嵌入Kerckhoffs假设：假设对手知道加密数据的方法，数据的安全性必须仅依赖于密码的选择2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强13数字水印的要素2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强14数字水印的优点数字水印是不可感知的，不会影响到宿主数据的艺术效果，不容易引起蓄意攻击者的特别注意；数字水印能够实现与宿主数据的无缝结合，当宿主数据的存储和显示格式发生变化时，水印依然存在，并且水印可以和宿主媒体一起传播并可在解密后依然存在，能够作为版权证明；数字水印和宿主数据遭受相同的变换，水印始终存在于宿主媒体中直到宿主媒体的价值被破坏为止。2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强15数字水印的应用数字版权保护（DRM）其动机是在数字作品中嵌入其来源以及所有权等信息，在所有权起争执时，版权所有者能从可能被压缩或恶意攻击后的数字作品中正确提取出水印信息，从而防止其它个人或团体对该作品宣称拥有版权。世界第二大电子消费品生产商索尼公司（sony）谴责数字盗版，在2002年4月到6月的三个月中损失了1.6亿美元的收入。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2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强16数字水印的应用多媒体认证和篡改检测在多媒体数据中事先嵌入完整性信息，然后在检测时提取这个信息，用来确定宿主数据是否被修改过。密码技术在多媒体数据认证中有很多不足数字水印在图像认证技术中的应用•判断出图像是否被修改•将认证数据和宿主数据集成在一起，而不是将认证数据作为一个分来的数据文件，允许文件格式的转换•定位出图像被篡改的位置•区分改变内容的篡改和不改变内容的篡改AliceBobEve2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强17数字水印的应用数字指纹与盗版追踪其目的是传输合法接收者的息（不是数据来源者的）信息，主要用来识别数据的单个发行拷贝。很像软件产品的序列号，对监控和跟踪流通数据的非法拷贝非常有用。这一类应用在发行的每个拷贝中嵌入不同的水印，通常称之为“数字指纹”。当盗版发生时，可追踪盗版的根源2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强18数字水印的应用拷贝控制和访问控制嵌入的水印包括特定的拷贝控制和访问控制策略。水印检测器通常被集成在录制/播放设备中，通过特定的硬件或软件检测是否符合控制策略，以启动或关闭录制/播放模块。•DVD拷贝控制：不允许复制、复制一次、复制多次•SDMI应用程序2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强19数字水印的应用广播监视电视广告播放费用极其昂贵在商业广告中嵌入水印后，可以使用自动检测系统检测商业广告是否按照预定要求播放广播监视系统不仅可以保护商业广告而且可以保护有价值的电视节目数字电视2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强20数字水印的应用商务交易中的票据防伪、电子印章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据美国官方报道，仅在1997年截获的价值4000万美元的假钞中，用高精度彩色打印机制造的小面额假钞就占19％，这个数字是1995年的9.05倍。目前，美国、日本以及荷兰都已开始研究用于票据防伪的数字水印技术。上海阿须数码技术有限公司（电子印章）电子签名法2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强21数字水印的应用隐蔽通信及其对抗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，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，可以进行信息隐藏，从而实现隐蔽通信。2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强22数字水印的应用成都宇飞信息工程有限公司全球第一个在邮资邮票中采用数字水印的邮票：纪念邓小平100诞辰周年邮票2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强23数字水印的分类易损水印、半易损水印、鲁棒水印非盲水印和盲水印对称水印和非对称水印图像水印、音频水印、视频水印、文本水印空域水印、频域水印、压缩域水印单比特水印和多比特水印水印是否存在；使用虚检概率和漏检概率衡量水印的性能；Neyman-Pearson准则有意义的二值序列（BER:BitErrorRate）、图像、音频、视频2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强24数字水印的攻击移除攻击降噪声、量化、重调制、共谋、平均、有损压缩打印和重扫描、马赛克攻击几何攻击几何变换、旋转、剪切、缩放和抖动密码学攻击强力搜索、Oracle协议攻击多重水印（可逆）IBM拷贝攻击2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强25数字水印的模型2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强26数字水印的框架原始媒体I0嵌入过程嵌入的水印b比特流/字符/二值图像标记媒体/水印媒体I1用户检测器播放器/录制器提取过程提取出的水印b比特流/字符/二值图像压缩处理/攻击测试媒体I22005-4-9计算机工程与科学学院李晓强27一个简单的数字水印算法数字图像基础知识：像素1551571561591581591601611621011100002005-4-9计算机工程与科学学院李晓强28一个简单的数字水印算法嵌入水印的可能性：数字图像中存在数据冗余原图LSB2=0LSB3=0LSB4=02005-4-9计算机工程与科学学院李晓强29一个简单的数字水印算法嵌入和提取算法…155156157158159160161162163164……0010110101…查找表155157156159158159160161162101110000157158157159159161161161163图像水印含水印图像101110000提取水印2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强30一个简单的数字水印算法1234562005-4-9计算机工程与科学学院李晓强31涉及的相关理论和软件数字图像处理、多媒体数据编码与压缩计算机密码学通信原理概率统计各种攻击算法的原理VC++的编程环境或MATLAB软件等2005-4-9计算机工程与科学学院李晓强32TheEnd提问&回答