簡說數字水印在數字檔案管理中的應用

邵景霞

1??數字水印的涵義和特點

數字水印是將一些標識信息直接嵌入數字載體（多媒體、文檔、軟件等）當中，用來標識版權或用戶信息，且不影響原載體的使用價值，也不容易被探知和修改。數字水印技術是從信息隱藏技術發展而來的，是數字信號處理、圖像處理、密碼學應用、算法設計等學科的交叉領域。隨著信息技術和因特網的快速發展，各種形式的多媒體數字作品紛紛以網絡形式發表，其版權保護成為一個迫切需要解決的問題。由于數字水印是保護信息安全、實現防偽溯源、版權保護的有效辦法，因此，現今已成為多媒體信息安全研究領域的熱點，也是信息隱藏技術研究領域的一個重要分支。該技術就是通過在原始數據中嵌入秘密信息——水印，來證實該數據的所有權。這種被嵌入的水印可以是一段文字、標識、序列號等，它與原始數據緊密結合并隱藏其中，并且不破壞原數據使用價值。在數字水印系統中，隱藏信息一旦丟失，即意味著版權信息的丟失，從而就失去了版權保護的功能。因此，數字水印除了具備信息隱藏技術的一般特點外，還有著其固有特點，即較強的魯棒性、安全性和隱蔽性等。

1.1??魯棒性。是指不因圖像文件的某種改動而導致隱藏信息丟失的能力。也就是說，當被保護的數據在經過攻擊后，嵌入的水印信息仍能保持好的完整性并能以一定的正確概率被檢測到。這些可能的攻擊包括噪聲、濾波、剪切、旋轉和編碼等。在理論上任何水印都可以去掉，只要對水印的嵌入過程有足夠的了解，但是如果對水印的嵌入只是部分了解，任何破壞或消除水印的企圖勢必導致載體嚴重降質而不可用。

1.2??隱藏性。也稱不可感知性，即對于不可見水印處理系統，數字水印的嵌入不應使原始作品發生可以感知的變化，也不能使被保護數據在質量上發生可以感覺到的失真。也就是水印在通常的視覺條件下應該是不可見的，水印的存在不會影響作品的視覺效果。

1.3??安全性。指隱藏算法有較強的抗攻擊能力，即它必須能夠承受一定程度的人為攻擊，而使隱藏信息不被破壞，確保嵌入信息的保密性和較低的誤檢測率。換句話說，水印安全性就是未經授權的使用者刪除、檢測估計、寫入或修改原始水印的不可能性。所有水印都包含一個水印嵌入系統和水印恢復系統。

數字水印有可見數字水印和不可見數字水印兩種類型。可見水印就是人眼能看見的水印，其表現形式就像在原數字圖像或音頻段上蓋上一個可見的郵戳，比如照片上標記的拍照日期或電視頻道上的標識等。不可見水印就是人類視覺系統難以感知的，也是當前數字水印領域關注比較多的。不可見數字水印作為一段信息保存在原始數據或圖像上，從某種意義上來說，更有利于標識作品的版權、所有者等方面的信息。

2??數字水印在數字檔案管理中的應用

隨著數字水印技術的發展，數字水印的應用領域也得到了擴展，數字水印的基本應用領域是防偽溯源、版權保護、隱藏標識、認證和安全隱蔽通信等。在數字檔案管理中，為了確保檔案的真實性、可靠性，我們可以運用數字水印技術對一些重要的檔案進行加密，這樣人們就不能進行偽造和非法獲取，確保檔案信息的安全。數字水印在數字檔案管理中的應用主要有以下幾個方面：

2.1??版權保護。即數字作品的所有者可用密鑰產生一個水印，并將其嵌入原始數據，然后公開發布其水印版本作品。當該作品被盜版或出現版權糾紛時，所有者即可從盜版作品或水印版作品中獲取水印信號作為依據，從而保護所有者的權益。版權保護是當前數字水印技術最主要的應用領域，這種應用要求其水印具有非常高的魯棒性。

2.2??加指紋。為了避免偽造信息的發行，出品人可以將不同用戶的ID或序列號作為不同的水印（指紋）嵌入作品的合法拷貝中。一旦發現未經授權的拷貝，就可以根據此拷貝所恢復出的指紋來確定它的來源。

2.3??標題與注釋。即將數字檔案的標題、注釋等內容（如，一幅照片的拍攝時間和地點等）以水印形式嵌入其中，這種隱式注釋不需要額外的帶寬，且不易丟失。使用時更為方便，甚至注釋信息可以用于資源檢索。

2.4??篡改提示。當檔案信息被用于法庭、醫學、新聞及商業時，常需確定它們的內容是否被修改、偽造或特殊處理過。為此，可將原始圖像分成多個獨立塊，再將每個塊加入不同的水印。通過檢測每個數據塊中的水印信號，來確定作品的完整性。與其他水印不同的是，這類水印必須是脆弱的，并且檢測水印信號時，不需要原始數據。

2.5??使用控制。這種應用的一個典型例子是DVD防拷貝系統，即將水印信息加入DVD數據中，這樣DVD播放機即可通過檢測DVD數據中的水印信息而判斷其合法性和可拷貝性，從而保護制造商的商業利益。利用這一特點，可以控制檔案信息只能在特定的機器上閱讀。

3??幾點思考

雖然近幾年數字水印技術得到了迅速發展，出現了許多有效的水印方案，如，IBM公司在“數字圖書館”軟件中提供的數字水印功能;Adobe公司在其著名的Photoshop軟件中集成Digimarc公司數字水印插件等。但實事求是地說，目前數字水印產品在技術上還不夠成熟，很容易被破壞或破解，只有用于版權保護的數字水印技術進入了初步實用化階段，距離真正的實用還有很長的路要走。筆者認為，今后數字水印技術可能會在以下幾個方面得到更好的發展：新的水印方案能夠抵抗各種各樣的攻擊;對數字水印算法的性能評價有更標準的方法，可以預見數字水印技術將成為多媒體安全領域的技術基礎。重點在于真偽鑒別、版權保護、網絡自動驗證等，并將與數據加密技術緊密結合，特別是健壯性和可證明性。水印的健壯性體現了水印在數字文件中的生存能力，當前絕大多數水印算法雖具有一定的健壯性，但如果同時施加各種圖像攻擊，這些算法均會失效。如何尋找更加健壯的水印算法，是當前亟待解決的問題。

檔案數字化工作是一項龐大的系統工程，用數字水印對數字檔案產權和內容進行安全保護尚處于探討階段。如何把文本、圖像、音頻、視頻、三維模型的水印算法整合到一個系統下;怎樣充分發揮用于版權保護的認證水印和用于內容完整性控制的封條水印優點，避免多重水印之間相互干擾等，都有待深入研究。