數字水印的相關應用研究

戚娜

（陜西工業職業技術學院 陜西 咸陽 712000）

數字水印的相關應用研究

戚娜

（陜西工業職業技術學院 陜西 咸陽 712000）

隨著信息技術的發展，其中信息安全的問題成為學者和用戶極為關注的問題。此時數字水印應運而生，它在信息本身嵌入一定的標志，成功解決了諸多信息安全隱患問題，成為信息隱藏技術研究領域的重要分支和研究方向。本文針對數字水印較高的隱蔽性、安全性以及較低的錯誤率，通過分類研究、對比分析數字水印在解決信息安全問題的多方面應用，得出了數字水印的應用領域以及應用價值，進一步拓寬了數字水印對信息安全的重大意義。

信息安全；數字水印；隱蔽性；安全性；應用領域

信息時代的到來為用戶提供諸多便捷享受的同時，也帶來了一些安全隱患，每種信息產品都有其創造者、擁有者，在產品傳遞、使用過程中，如何保護產品的版權不被侵犯，如何證明產品的所有權等成為主要的問題。為了解決這個問題，提出了信息隱藏[1-2]的概念，我們需要將有意義的、能證明版權的信息隱藏在載體信息內部，非法的第三方接收到這個看似普通的信息以后，并不知道其中隱藏了其他的信息，而且即使知道隱藏的信息，也無法了解、提取甚至去除這些隱藏的信息。這樣就通過信息隱藏的手段保護了知識產權、實現了隱蔽通信。其中，數字水印[3-4]作為信息隱藏一大分支，以其強魯棒性與可恢復性受到學者的青睞，作為保護版權等的有效手段。早在1993年，Tirkel等人提出數字水印[5]，在國際學術會議上發表了首篇有關于水印的文章， 題為“Electronic watermark”，該文章指出了數字水印的概念及未來可能領域，并針對灰度圖像提出了兩種向圖像最低有效位中嵌入水印的算法。1996年，第一屆國際信息隱藏學術研討會在英國劍橋牛頓研究所召開，該會議標志著信息隱藏技術的正式誕生。而后，眾多學者致力于研究健壯性強的水印算法[6]，水印攻擊建模[7-8]，水印應用系統[9]等，使得數字水印的研究更加廣泛和成熟。

文中在眾多學者研究的基礎上，結合近年來眾多學者在這方面的深入研究，列出了數字水印的多種經典應用，對每種應用進行分析總結，進一步拓寬數字水印的應用領域，體現其在信息安全中的重要價值。

1 基礎知識

任何數字水印的原理均包括兩個基本的模塊：嵌入水印系統和恢復水印系統。

1）嵌入水印算法中，輸入數值、文本、或者圖像類型的水印，輸入加強安全性的密鑰以及載體數據，輸出加了水印后的數據，如圖1所示。

圖1 水印嵌入算法

由圖1可知，水印嵌入過程可以表示為D′=E（W，D，K）.

2）恢復水印算法中，由于水印添加的選取方法不同，其基本模型中的輸出部分也存在差異，如果能從原始數據中提取到水印數據，那么最終輸出關于存在該水印的可能性判定值；如果不能，則恢復出水印值。如圖2所示。

圖2 水印恢復算法

有原始數據時，W′=D（D′，D，K），驗證W=W′是否成立；

有原始水印時，計算S=D（W，D，K）.

任何一種數字水印的算法或應用都是基于該模型的。

2 實現版權保護的數字水印

數字作品不同于紙質作品，紙質作品在傳遞的過程中仍然會有原始創作者或者擁有者的痕跡證明，如筆跡、姓名等，而對于電腦美工、視頻音頻等數字作品的復制、修改則比較容易，因此如何保護數字作品的版權問題成為一熱點研究內容。

早期保護數字產品的版權采用的是加密的方法，但是這種方法并不能解決圖像形式產品的版權所屬問題，此時數字水印可以有效解決這類問題，它能夠標志數字產品的版權信息，其目的則是在數字作品中嵌入能證明該作品版權的信息，從而制止其他非法的第三方對該作品的占有或篡改[10]。它的基本流程如圖3所示。

圖3 版權保護的數字水印

數字產品在發行之后，會受到多種數字媒體的處理甚至是不法第三方的攻擊，因此，該數字水印必須要能夠抵抗媒體的處理或第三方攻擊，比如經過圖像幾何變換、格式轉變等，如果數字水印收到攻擊或者損壞，水印檢測器必須仍然能夠檢測出其中的水印信息，進而保護數字產品的版權所屬。孫[11]等人根據數字水印的不可感知性，提出一種新的關于數字水印盲檢測的方案，在弱信號的情況下，能夠快速高效地檢測出水印信息，并將這種模式的算法擴展到視頻和音頻內容，更進一步體現了數字水印在保護版權信息方面的巨大作用。

3 防止票據偽造的數字水印

由于高精度打印機和復印機的出現，使得多種票據的偽造更加容易，這些偽造票據的非法流通會為經濟和政治等方面帶來極大的損害，那么，在票據上增加唯一的、不可見的數字水印就是解決這一問題的有效方法，孫、候等人在此基礎上結合具體算法設計了防止票據偽造的方案[12-13]，均為數字水印的進一步改進及應用做了重要的貢獻。防止票據偽造的數字水印產生和檢測的流程圖如圖4所示。

圖4 防止票據偽造的數字水印

最后，可以通過掃描帶有水印的票據來判斷它的真假性，如果檢測到與之對應的水印，說明該票據是原始的真票據，反之為假。這種方法準確易行、直觀可靠，在此基礎之上，產生了多種不同的檢測算法[14-16]，這些方案從不同的角度極大程度了控制了偽造票據的肆意流通。

4 其他主要應用

1）標識隱藏信息[17]：在遙感圖像中，一些標識信息比如：拍攝時間、地點、經緯度等非常重要，如果缺失這些文件，那么拍攝的圖像毫無研究意義。數字水印提供了一種隱藏標識的有效辦法，只有通過專門的閱讀程序才能看到標識信息，達到了隱藏效果。

2）防止篡改數據：由于數據在傳輸過程中會遇到不法第三方的截取、篡改，所以根據數字水印的不可感知性，如果數據被更改，隱藏的水印能夠有效判斷。

3）保證通信的隱蔽性：為確保數據的安全性，傳統方法是采用加密數據使之在公共網絡中傳輸，

5 結束語

信息的安全問題是制約整個信息技術乃至信息社會的發展，除了采用傳統的密碼學解決信息安全問題，另一種方法則是通過數字水印的方法，數字水印具有隱蔽性、魯棒性、防篡改性、不易去除等特點，通過不破壞原始數字產品的前提下，嵌入肉眼無法看到的水印信息，并結合一系列相應的算法，從而可以進行保護版權、辨識證件及票據的真偽、隱蔽通信、檢測數據篡改等。數字水印在政治、經濟、醫學、軍事等方面起著至關重要的作用，對其研究仍需要進一步完善和探索。

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Research on the application of digital watermarking

QI Na
（Department of Information Engineering，Shaanxi Polytechnic Institute，Xianyang 712000，China）

With the development of information technology，the problem of information security has become a concern of scholars and users.At this moment，the digital watermarking has emerged，which is embedded in the information itself.It has successfully solved many problems of information security and become an important branch and research direction in the field of information hiding.In this paper，based on the high security and low error rate of digital watermarking，by analyzing in classification and contrast of digital watermarking in solving the problem of information security in many applications，then we obtain the application of digital watermarking and its application value，further expand the important significance of digital watermarking to information security.

information security，digital watermarking；hide；security，application fields

TN918

：A

：1674－6236（2017）01-0152-03

2015-11-30稿件編號：201511289

陜西工業職業技術學院院級科研課題（ZK14-02）

戚 娜（1981—），女，陜西戶縣人，碩士，講師。研究方向：數據和信息安全。