一種有效的電子商務安全策略

[摘要] 為了提高多媒體信息論證的可信度，本文提出了一種結合數字簽名和數字水印的算法。實驗結果表明，該算法具有良好的效果。

[關鍵詞] 數字簽名數字水印離散余弦變換多媒體論證

隨著因特網的迅速發展和普及，多媒體信息得到了空前廣泛的交流與應用，給人們的生產和生活帶來了許多便利。但是，多媒體信息的安全問題也隨之而來，比如盜用別人的電子產品并在網上傳播；在電子商務中偽造或篡改票據；對數字圖像等多媒體信息進行修改、替換以達到損害別人的目的等。因此，對多媒體信息的有效論證是保證信息安全的重要手段。

電子交易的可實施性是電子商務要解決的最主要和最基本的問題。電子簽名可以實現兩個重要目標：排除電子商務的障礙；通過幫助建立參與者在網上從事商業活動所需要的信任和可預見性，實現并推動電子商務的適當的公共政策目標。

電子簽名目前具備三個主要功能:數據來源認證:這可以用于認證信息來自于可疑的發送者;信息的完整性:有助于信息的接收者確定，在發送過程中，沒有被有意或者隨意地更改;不可否認性:發送者不能被否認信息的發送。

目前，存在幾個方法可以有效完成上述功能。然而，基于公共公共密鑰的密碼系統的數字簽名技術是目前被認為最普通、最可靠的技術。

數字簽名是一種對多媒體信息進行論證的有效手段，它是由信息發送者對要傳送的信息進行某種處理的，任何人都無法知道的，用以論證信息的來源并核實信息是否發生了變化的一段字符串。數字簽名的基礎是密碼學。

數字水印技術近年來逐漸成為知識產權保護的主要手段，它是信息隱藏的一個重要分支，是通過在原始資料中嵌入一些有特殊意義的信息，如文字，序列號，公司標志，聲音等，用以識別多媒體信息的作者，版權所有者、發行者，合法使用人對數字產品的擁有權等，并攜帶有版權保護信息和論證信息。

信息隱藏技術與傳統密碼學有本質的區別，傳統密碼學是將明文加密成密文，使信息不可理解，是隱藏了信息的內容；而信息隱藏技術著重隱藏了信息的存在。數字水印技術和數字簽名各有優勢和不足。數字簽名容易受到攻擊，而數字水印的安全度不高。如果將數字水印和數字簽名有機結合起來，以之為基礎構成一種新的水印方案，其安全性、可性度、論證精度都將會大大地提高，這無疑將是多媒體技術研究發展的一個很有前途的方向。

一、結合數字簽名與數字水印的方案

把數字簽名作為水印隱藏在圖像中，數字簽名方法用DSA（Date Signature Algorithm），數字水印方法用DCT（discrete cosine transform即離散余弦變換）。DSA簽名是基于離散對數問題的數字簽名標準，雖說它僅提供數字簽名，不提供數據加密功能，但它具有算法簡便實用，易實現等優點。而考慮用DCT是由于離散余弦變換是實變換，它具有良好的能量壓縮能力，而且可以利用人的視覺系統（HVS）在DCT域內的特性。

在應用DSA之前先對其做一個簡要說明：

如果要對一個消息x進行簽名，可選取一個隨機值k，且p， q，а和β公開，α保密（其中p是512比特的素數，q是一個整除p－1的160比特的素數，а是模p的q次單位根。α作為私鑰，β作為公鑰）。定義k={(p， q ，а， α， β):β=aα(modp)}，對于Κ和一個秘密隨機數k，1≤k≤q-1，對信息x的簽名結果如下:

sigK(x，k)=(γ，δ)(1)

γ和δ即是對信息x的簽名。

γ=(аkmodp)modq(2)

δ=(x+αγ)k-1modq(3)

簽名是否為真通過下式來驗證，e1=xδ-1modq(4)

e2=γδ-1modq(5)

verK(x，γ，δ)真(ae1βe2modp)modq=γ(6)

舉例說明如下:

如p=83，q=41，а=2，β=4。另給出α=2(可以由信息發送者的身份信息構造而成)，取k=20，應用上面的方法，對一個信息x (可以是一幅圖像作品的版權序列號等，如取為39)進行簽名得簽名信息為:sigK(x，k)=(37，20)， 將之代入(6)式，可以驗證簽名為真。

將簽名的一些信息寫入一個64×64的二值圖像中，將之作為水印圖像嵌入到一個名為Peppersr的512×512標準真彩圖像中。具體方法如下：

(1)將數字簽名的一些已知參數p，q，а，β及對信息x的簽名(γ，δ)寫入到一個64×64的二值黑白圖像中，私鑰α及隨機數k可以由信息發送者身份識別的信息構成，信息x可以是一幅版權圖像的序列編號構成。

(2)讀取原始圖像和黑白水印圖像到二維數組I與J。

(3)將原始圖像I分割為互不覆蓋的圖像塊blockL(x，y)，1≤x，y≤8，L=1，2…，M*M/64，對blockL(x，y)進行DCT變換，得到dct-blockL(u，v)。

(4)取黑白水印圖像中的一個元素J(p，q)嵌入到原始公開圖像塊的DCT的低頻系數中。

(5)對嵌入了水印信息后的圖像塊dct-blockL(u’，v’)進行反DCT變換，得到blockL(x’，y’)。

(6)合并圖像塊，得到嵌入了黑白水印后的圖像。

水印提取算法與水印嵌入算法類似，不再贅述。

接收方收到含水印的圖像后，從中提取水印得到簽名信息，用發信方給的私鑰α和秘密數k驗證簽名的真實性，從而可辨別作品的真偽（假設原始圖像Peppers為一版權作品）。

二、實驗結果

下圖為水印的嵌入與提取圖，程序的實驗環境為MATLAB6.1。

從上圖可得知:嵌入了水印后載體圖像跟原始圖像基本上無明顯差異，即該水印圖像的透明性良好，且在嵌入水印后的圖像未受攻擊的前提下，從中提取出的水印圖像非常清晰。信息接收者應用我的水印提取算法可方便地得到簽名信息，然后再用我給他的密鑰可以驗證此真彩圖的真偽。

三、結論

該方法較好地結合了數字簽名和數字水印技術各自的優勢，實現了對多媒體信息雙重保護的功能，提高了論證精度。不過所使用的DSA簽名法僅提供數據簽名，不提供數據加密功能，且該水印方案抵抗攻擊的能力不是太強。進一步提高水印的抗攻擊能力和改進DSA算法將是今后研究的方向。