数字水印技术

数字水印技术余金蓉数字水印（DigitalWatermarking）技术将一些标识信息（即数字水印）直接嵌入数字载体（包括多媒体、文档、软件等）当中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统（如视觉或听觉系统）觉察或注意到。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。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。属于信息隐藏（InformationHiding）技术的一种。信息隐藏技术›将需要保密的信息隐藏到数字化的图像、声音或文本中，来迷惑攻击者。›嵌入信息后的图像与原始图像相比，在人的视觉上没有什么区别。›数据隐藏要不改变掩护媒体的数据量。信息掩护媒体伪装媒体嵌入信息隐藏位图法介绍BMP文件分类：2色位图16色位图256色位图24位位图信息隐藏位图法介绍BMP文件组成BMP文件头：存储BMP图像基本信息。文件头信息块图像描述信息块、BMP数据：存储BMP图像的数据信息。颜色表（在真彩色模式无颜色表）图像数据区24位BMP图像文件的结构特点每个文件只能非压缩地存放一幅彩色图像文件头通常由54个字节的数据段组成，包含上面介绍的图像文件头和图像信息头两部分，其中有该图像文件的类型、大小、图像尺寸及打印格式等信息；文件头不能隐藏信息。从第55个字节开始，是该文件的图像数据部分，图像数据部分是由一系列的8位二进制数所组成，数据的排列顺序以图像的左下角为起点，每连续3个字节便描述图像一个像素点的颜色信息，这三个字节分别代表红、绿、蓝三基色在此像素中的亮度，若某连续三个字节为：FFH，00H，00H，则表示该像素的颜色为纯红色。从第55字节以后可以隐藏信息。举例：设一段24位BMP文件的数据为：01100110，00111100，10001111，00011010，00000000，10101011，00111110，10110000，则其字节的奇偶排序为：0，0，1，1，0，1，1，1。需要隐藏16进制信息4F，转化为8位二进制：010011110，0，1，1，0，1，1，10，1，0，0，1，1，1，1↑↑↑↑0，1，0，0，1，1，1，1第2位：00111100→00111101，第3位：10001111→10001110，第4位：00011010→00011011，第5位：00000000→00000001，信息隐藏位图法特点：已隐藏信息的BMP图像与未隐藏信息的BMP图像，用肉眼是看不出差别的；该方法具有较高的信息隐藏率：如果一个大小为32k的24位BMP图像文件，可以隐藏约32k/8=4k的信息（忽略文件头不能隐藏数据的54个字节）；由于信息都被隐藏在最低位，所以攻击者可以轻易地将隐藏的信息去除掉。这种方法只有在第三方未知的情况下隐藏信息才有效，只能作为一种信息隐藏的方法。不具有鲁棒性也就不能称为水印。数字水印技术的特点安全性鲁棒性隐蔽性水印容量核心技术1、数字水印生成与隐藏算法2、水印防复制技术3、抗衰减技术4、数字水印检验机读化数字水印的分类按特性划分：鲁棒数字水印主要用于在数字作品中标识著作权信息。易损数字水印主要用于完整性保护。数字水印的分类按水印所附载的媒体划分图像水印音频水印视频水印文本水印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。数字水印的分类按检测过程划分›明文水印明文水印在检测过程中需要原始数据。明文水印的鲁棒性比较强，但其应用受到存储成本的限制。›盲水印盲水印的检测只需要密钥，不需要原始数据。一般来说，目前学术界研究的数字水印大多数是盲水印。数字水印的分类按内容划分›有意义水印有意义水印是指水印本身也是某个数字图像（如商标图像）或数字音频片段的编码；有意义水印的优势在于，如果由于受到攻击或其他原因致使解码后的水印破损，人们仍然可以通过视觉观察确认是否有水印。›无意义水印无意义水印只对应于一个序列号。对于无意义水印来说，如果解码后的水印序列有若干码元错误，则只能通过统计决策来确定信号中是否含有水印。数字水印的分类按用途划分›票证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、各种证件的防伪。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，用于票证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，其目的是标识原文件信号的完整性和真实性。›隐蔽标识水印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。数字水印的分类按水印隐藏的位置划分›时（空）域数字水印：是直接在信号空间上叠加水印信息›频域数字水印在DCT变换域上隐藏水印›时/频域数字水印：在时/频变换域上隐藏水印›时间/尺度域数字水印：在小波变换域上隐藏水印随着数字水印技术的发展，各种水印算法层出不穷，水印的隐藏位置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。空域数字水印›最低有效位算法(LSB)：通过修改表示数字图像的颜色或颜色分量的位平面,调整数字图像中感知不重要的像素来表达水印的信息，以达到嵌入水印的目的。频域数字水印›扩展频谱算法：通过时频分析，根据扩展频谱特性，在数字图像的频率域上选择那些对视觉最敏感的部分，使修改后的系数隐含数字水印的信息。常用水印算法LSB水印算法›在位图法的基础上将输入的信号打乱，并按照一定的分配规则使嵌入的信息能够散布于图像的所有像素点上，增加破坏和修改水印的难度。由于水印隐藏在最低位，相当于叠加了一个能量微弱的信号，因而在视觉和听觉上很难察觉。LSB水印的检测是通过待测图像与水印图像的相关运算和统计决策实现的。›LSB算法拥有与位图法同样的致命缺点。虽然可以隐藏较多的信息，但隐藏的信息可以被轻易移去，无法满足数字水印的鲁棒性要求，因此现在的数字水印软件已经很少采用LSB算法了。不过，作为一种大数据量的信息隐藏方法，LSB在隐藏通信中仍占据着相当重要的地位。原始图像密码水印图像水印LSB算法DCT水印算法›在图像的DCT变换域上选择中低频系数叠加水印信息。›先将原始图像分成8×8的子块，并分别对每一子块进行离散余弦变换，转换为64位DCT系数。根据一定原理选取待嵌入的DCT变换系数的位置，再利用一些运算进行水印信息的嵌入，然后将嵌入水印信息的DCT系数的子块进行逆DCT变换，最后合成为嵌入水印图像。›具有鲁棒性强、隐蔽性好的特点。水印攻击介绍水印攻击›主动水印攻击：篡改或破坏水印，使合法用户也不能读取水印。›被动水印攻击：试图破解数字水印算法，难度较大。主动水印攻击›图像压缩攻击›二次或多次水印攻击›多拷贝平均攻击›拼接攻击›几何变形攻击›图像量化与图像增强除上述攻击手段外，主动水印攻击还有线性、非线性滤波攻击，噪声攻击等手段。