數字水印技術在數字圖書館中的應用擴展

〔摘 要〕本文著重論述數字水印技術在數字圖書館的知識產權保護、多媒體信息組織與檢索、用戶管理與服務等方面的擴展應用，并對數字水印技術的推廣與普及問題提出了幾點建議。

〔關鍵詞〕數字水印;數字圖書館;知識產權保護;信息組織;用戶管理

DOI:10.3969/j.issn.1008-0821.2010.09.019

〔中圖分類號〕G250.76 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕1008-0821(2010)09-0075-03

Extended Applications of the Digital Watermarking in the Digital LibraryXie RuiXia

(Library，Linyi Normal University，Linyi 276005，China)

〔Abstract〕The extended applications of digital watermarking in the digital library were discussed in this paper，which apply the digital watermarking into many fields such as intellectual copyright protection，information organization and retrieval，user management and service.Also，some suggestions were provided on the distribution and popularization of these extended applications.

〔Keywords〕digital watermarking;digital library;intellectual copyright property;information organization;user management

計算機技術、網絡技術、多媒體技術等高新科技的突飛猛進，有力地促進了數字圖書館的發展。然而，在數字圖書館的信息資源數字化建設過程中，不可避免地遇到了一些問題和困難，如版權保護、內容認證、用戶管理、信息組織等。這些問題引起了國內外學術界和企業界的廣泛關注。近十年來興起的數字水印技術在解決上述問題方面有著傳統加密技術所不具備的優勢，因此成為近年來人們研究的熱點之一。

關于數字水印技術在數字圖書館中的應用，許多文獻已涉及到一些內容，但不是很系統，多數文獻集中探討水印技術在版權保護中的應用，其它應用涉及得較少。本文在前人論述的基礎上，在技術層面上詳細闡述在數字圖書館建設中，如何將數字水印技術應用到多媒體信息內容認證、傳播跟蹤、安全傳輸、信息組織與檢索、用戶管理與服務及數字圖書館網頁保護等方面中去，并對該技術的推廣應用提出了自己的見解。

1 數字水印技術在知識產權保護中的應用擴展

國際圖書館界、法學界對圖書館的現代化、網絡化、數字化進程引發的版權利益沖突的關注已經有了10多年的時間，這不僅成為21世紀初國內外圖書館理論與實踐的前沿課題之一，而且成為網絡這一新興的社會空間的重要法律問題和重要的社會問題。

數字水印技術應用于數字圖書館主要用于數字產品的版權證明，進行打擊盜版，解決版權糾紛。基于數字水印的驗證特性，結合數字圖書館的綜合業務，可將水印拓展到更多的應用領域。

1.1 數字產品的傳播跟蹤

傳播跟蹤主要用于追究非法傳播者，是實現版權保護的一條有效對策。數字產品的所有者在賣出的每個產品拷貝中針對不同買主信息嵌入不同的水印信息，這個信息可以是和用戶身份相關的一個序列號或者用戶的圖像標志等，該水印信息惟一地標識一個買主，這種水印信息通常稱為數字指紋，所以這種應用又稱為指紋應用。當產品被發現非法傳播或盜用時，數字產品的所有者可以從中提取出指紋，通過指紋找到給第三方提供作品的客戶，從而來追蹤是誰違反協議的，以便打擊數字產品的非法傳播行為。同時，可以用來了解數字媒體的傳播范圍或普及程度或速度，在信息傳播控制方面將起到決策支持的作用。

1.2 內容認證水印

基本的版權認證水印注重于如何保持水印的自身完整性和持久性問題，而內容認證水印的重點則是如何用水印來保護和驗證數字作品的完整性和真實性，即保證作品內容不被改變，或內容被修改后能被發覺。用水印進行內容認證有兩個潛在的好處。首先，相關的元數據不需要和存儲介質分開，它直接和數字作品內容融合在一起，不需要額外的存儲空間，這對處理整個水印系統是非常重要的。第二個潛在的優點是:作品被改變時，水印和其嵌入的作品一樣被改變，所以當作品被破壞時，水印也改變了，這時與已知的水印樣本進行比較，不僅知道作品被改變了，而且還可以知道在什么時候什么地方進行了什么樣的改變。

1.3 數字產品的安全傳輸

水印從本質上說是一種通信方式，從水印嵌入器到水印檢測器的通信。作品數據發送方將含水印信息的作品數據發送給接收方，接收方獲得作品數據后，按照雙方約定的算法檢測水印，如果能正常檢測出水印信息，則確認數據正常傳輸，否則傳輸異常。傳統的安全傳輸技術主要有密碼技術和數字簽名技術，主要解決的是數字產品傳輸過程中的數據加密保護問題。密碼技術是信息安全技術領域的傳統技術之一，但這并不能完全解決問題。一方面加密后的文件因其不可理解性妨礙多媒體信息的傳播;另一方面多媒體信息經過加密后容易引起攻擊者的好奇和注意，激發他們積極破譯的熱情，而且一旦加密文件被破解后，其內容就完全透明了。而數字水印技術則通過使嵌入在原始媒體數據的水印信息始終與原始媒體數據共存，從而在傳輸過程和其它過程中保護原始媒體數據。

期數字水印技術在數字圖書館中的應用擴展1.4 數字產品的使用控制

數字作品的使用控制主要包括廣播監聽和拷貝控制。設備的制造者將一個數字水印檢測器嵌入在他們的設備中，通過水印檢測設備檢測數字產品中所含的水印以決定使用者是否具有對廣播、電視、計算機網絡的聽、看、訪問的權限，來檢查是否有侵權行為。通過在商業廣告中嵌入水印信息，一個自動監測系統可以檢查廣告是否已按合約播出。通過在電視作品中嵌入水印信息，可以用于保護有價值的作品，一個電視廣播監聽系統可以檢查所有的廣播通道，一旦發現新聞節目的非法使用，就可以控告該電視臺。

1.5 數字圖書館網頁保護

對于數字圖書館來說，網站是其門戶，在制作網站時，人們大都花費了很大的心血、智慧和金錢去設計制作各類網頁。網頁作為多形態、多媒體網絡信息傳播媒介，實際上是一種多媒體電子出版物，目前國際上對網頁的版權問題基本取得共識，利用現有著作權法來保護網頁這一類多媒體作品有一定的局限性，因此，著作權法要不斷修訂和完善，同時還要從技術方面來加強網頁的保護。

網頁的保護既是知識產權保護又是商業利潤保護，它必然包含兩方面的內容:一是防篡改，二是防盜用。數字水印技術在網頁保護方面具有高度的敏感性，可以用于實時網頁監測與內容恢復，防止惡意篡改，有很強的實用性。在網頁中加入水印技術，可以抵擋部分攻擊。水印技術的抗攻擊性使得水印在承受合法的信號失真的同時，還能抗擊試圖去除所含水印的破壞處理過程。網頁管理者可以通過定時檢測隱藏在網頁中的水印來判定網頁是否被攻擊和破壞，這可以由脆弱性水印技術來完成。因為脆弱性水印對信號的改動很敏感，如果該網頁被攻擊、更改，其中的水印技術一定會被破壞，當使用專用的檢測器或閱讀器來提取時就會報警，提醒修復網頁。具有魯棒性的水印和其他技術結合，還可以實現自動恢復。將水印技術和密碼簽名技術相結合，還可以提供服務器的完整性保護和客戶端的數據認證，構造綜合的數據安全技術。

嵌入水印的網頁被盜用后，可用“網絡爬蟲”等軟件進行互聯網搜索，發現盜用的嚴重程度，可以依據嵌入的水印進行打擊盜版，保護網頁版權。

2 數字水印技術在多媒體信息組織與檢索中的應用擴展在數字圖書館中數字信息的儲存、傳輸的方式類似于傳統的圖書館。目前，我們所面臨的數據類型有許多種，如文本信息、地圖信息、圖像信息及視頻、音頻、音樂等信息，對于不同的內容，需要不同的分類體系和索引機制。而制定一個比較好的分類方法、建立一個比較好的索引機制，對于開發出一個比較好的檢索工具有重要的作用。

利用數字水印技術的信息攜帶功能將多媒體信息的特征或索引信息嵌入到多媒體信息中去，通過水印信息的提取操作來實現多媒體信息的組織或檢索功能。在實際應用中將嵌入的相關信息按照一定的規則加以規范，使之作為多媒體信息的標引，永久的融合在源多媒體中，并且可通過相應的提取算法進行提取。這些標引信息可通過檢索系統中包含的水印提取功能進行讀取，與用戶的提問標識進行匹配，從而獲取相關的信息資源。因此也就為數字圖書館多媒體數據組織與檢索提供了一種輔助措施。

基于數字水印技術進行的多媒體信息標引為基于內容的多媒體信息檢索打下了基礎。數字水印的注釋與其他形式的注釋相比有其優越性。由于這些標識嵌入到相關的媒體中，不需要額外的存儲空間，不占信道容量和帶寬，大部分的注釋信息是運用魯棒水印嵌入到資源中的，并且是隱蔽性的，在原始文件上是不可見的，所以嵌入的水印也不會影響原始數據的效果，用戶在需要使用這些信息時，直接從水印中提取出來即可。

利用數字水印技術在多媒體內容中有目的的嵌入搜索的標記或媒體數據內容的概念描述，用于支持基于內容的多媒體信息檢索，是數字水印技術發展過程中的一個應用分支。目前，基于內容的多媒體信息檢索系統都是利用計算機自動提取多媒體數據的內容特征，如:統計特征、文本特征、視覺特征等，但是計算機對多媒體信息的理解與人的理解存在較大的差距，導致檢索的效果不是很理想。因此，人為的利用數字水印技術有意識的在多媒體數據中嵌入一些標記或有關信息恰好能在一定程度上改善多媒體信息檢索的效果，在信息量不很大的應用領域，這種方法能起到較好的作用。

3 數字水印技術在數字圖書館用戶管理與服務中的應用擴展身份認證是數字圖書館的第一道安全關卡。訪問控制和審計系統都要依賴于身份認證系統提供的“信息”——用戶的身份是否合法。加強身份認證理論及其應用的研究是保證數字圖書館安全運作的一個非常重要課題。

在數字圖書館的用戶管理與服務中，基于知識的身份認證是最具有發展潛力的認證技術，這種認證技術通過一種具有惟一性和權威性的電子信息作為身份證明，它可以是一段文字、一幅圖片、或是一段影像、音頻，這種身份證明常常稱為數字證書，它是各實體(用戶、數字圖書館、信息提供者等)在網上信息交流及交易活動中的證件。這種證件在使用中，會受到不同程度的破壞或惡意篡改，因此，系統應能對證書的變化做出相應反應，并能通過快速的檢測算法對其真偽做出判斷。

脆弱型或半脆弱型數字水印認證系統，將水印信息內嵌在數字證書中，與數字證書內容數據結合在一起，水印的改變預示著數字證書的改變和證書內容的改變，因此也就保證了證書的惟一性和不變性。作為識別標志的水印以視覺不可見的形式隱藏在證件(印刷品)中，只有通過計算機軟件或特定的檢測設備才可識別。隱藏的水印標志可以是有意義的數字和隨機的數碼、文本信息、圖像甚至聲音。數字水印內容具有隨機性，每一個數字證書所隱藏的數字水印可以不同，加入水印的位置也是隨機的，技術掌握人本身也不一定知曉水印的隱藏位置，這樣的隨機性和變化特征使偽造者難以仿冒偽造。

同時，在數字圖書館的有償業務中，脆弱型或半脆弱型數字水印技術在電子票據防偽等方面的應用亦有其獨到之處。

4 關于數字水印技術的推廣與普及

數字水印技術是近十年來橫跨信號處理、數字通信、密碼學、多媒體技術等多學科的新興技術，具有潛在的應用市場和良好的應用前景。與數字圖書館一樣，數字水印技術也在不斷發展進步，同樣存在著目前還沒有很好解決的問題。然而，數字水印技術雖然起步不久，但從長遠看，其應用價值和所蘊含的商機是顯而易見的。因此，我們要在實際應用中去探討、推廣和普及它的應用。

(1)數字水印技術還需要進一步加強在數字圖書館中的應用。目前數字水印技術在數字圖書館的應用還只局限于某些點上，或者說局限在理論上的研究，還需要理論與實際相結合，加強數字水印技術在數字圖書館中的實際應用，并且還應該在更廣泛的范圍內開發出更多的用途。

(2)數字水印技術的應用環境需要進一步去創造，需要建立權威的水印管理機構和仲裁機構去保證水印系統的實施。同時，不僅需要技術上的支撐，還需要法律上的承認與認可。數字水印技術要成為版權保護的有力工具，沒有法律上的支持是不能達到真正意義上的應用的。

(3)數字圖書館是一個龐大的系統工程，安全性問題值得我們高度的關注，數字水印技術的引入同樣也有安全性的問題，與數字水印技術相對的就是水印攻擊技術。要防止水印攻擊，提高水印系統安全性，也需要繼續研究防范攻擊的相關技術。

(4)數字水印在數字圖書館中有多方面的應用，其根本一點就是信息的嵌入。不同的水印用于不同的目的，有可能存在水印相互影響的問題，水印的不確定性(水印死鎖)、二義性還需根據實際需要進行適當的處理。

(5)解決數字圖書館中的認證問題，光靠數字水印技術是遠遠不夠的，尤其是目前數字水印技術還有一些難題沒有解決。數字水印技術與傳統的加密技術相結合，在目前看來更有實際應用價值。

(6)數字圖書館引入數字水印技術之后，會對數字圖書館的信息組織和信息檢索產生很大的影響，這些影響也需要進行深入的研究。

5 結束語

本文較全面、系統地將數字水印技術與數字圖書館中一些問題聯系起來，分析探討一些新的解決方法或手段。針對數字圖書館中知識產權問題，著重探討了數字水印技術在多媒體版權保護、內容認證、傳播跟蹤、安全傳輸和設備使用控制、網頁保護、信息組織與檢索、用戶管理與服務等方面的擴展應用。相信不久的將來，數字水印技術將會滲入到數字圖書館業務的各個領域。

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