一種完整性驗證的水印嵌入算法

張小梅 唐林海

摘要：數(shù)字水印的嵌入作為數(shù)字作品的版權(quán)保護手段，相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者提出了很多算法，但是面臨各類攻擊時依然難以達到版權(quán)的保護作用，該文提出基于小波變換的水印驗證策略，在水印檢測之前首先做完整性判斷，可以很好的知曉水印數(shù)據(jù)在傳播過程中遇到的攻擊情況。

關(guān)鍵詞：小波變換；Lsb；完整性驗證；檢測；判斷

中圖分類號：TP301文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)01-0121-02

One of the Integrity Verification of the Watermark Embedding Algorithm

ZHANG Xiao-mei, TANG Lin-hai

(Kaili University, Kaili 556011, China)

Abstract: Digital watermark embedding as means of digital copyright protection，Scholars in related fields a lot of algorithms，But when faced with all kinds of attacks are still difficult to achieve copyright protection, in this paper, wavelet-based watermark verification strategy，Before the first to do watermark detection to determine the integrity of, With good knowledge of the watermark data in the dissemination of the situation encountered in the process of attack.

Key words: Wavelet transform; Lsb; Integrity verification; Detect; Judge

數(shù)字水印是目前數(shù)字作品版權(quán)保護的有效手段，在保持圖像的視角效果情況下不需要額外的存儲空間和新的存儲格式,將能夠證明版權(quán)信息作為水印作品的一部分嵌入在宿主數(shù)據(jù)中，要求穩(wěn)健性的同時要求具有隱蔽性。而在這類水印嵌入的研究中靜止圖像的水印嵌入研究最為廣泛和深入。關(guān)于此類水印的嵌入可分為兩類：一類是空間域水印算法，該類算法是將數(shù)字水印信息直接疊加到圖像的空間域上，另一類是變換域水印算法，該類算法是一種先將圖像做某種變換，然后把水印嵌入到圖像的變換域中。一般來說數(shù)字水印在版權(quán)中發(fā)揮作用需要滿足以下兩個方面的特征：(1)透明性：水印在人類的視角下應(yīng)該是透明的，既是嵌入水印之后，圖像的色彩信息沒有被改變，沒有引起質(zhì)量的明顯下降,不影響視角效果，基于HVS的視角模型無法分辨水印標記是否存在。(2)穩(wěn)定性：嵌入的水印要求是穩(wěn)定的，能夠經(jīng)得起如噪聲、濾波處理、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、剪切、位移、文件格式轉(zhuǎn)換等形式的攻擊,而當水印信息無法被準確檢測或者出現(xiàn)版權(quán)信息的模糊不確定時,其嵌入的宿主數(shù)字作品也將失去欣賞或使用價值，水印認為是不可靠的。

1水印受到的攻擊

水印在傳播過程中往往面臨很多有意識和無意識的攻擊，如幾何變換攻擊:將圖像做小角度的變換，使其在檢測時不能得到正確的水印信息；解釋攻擊:在圖像中二次嵌入水印信息，造成版權(quán)的不確定性。系統(tǒng)攻擊：利用水印使用過程中的弱點進行攻擊,而不是水印本身的弱點;還有很多無意的攻擊，在傳播的過程中不是要移除、確定或者隔離數(shù)字水印,而是在網(wǎng)絡(luò)傳播遇到隨機噪聲、打印和掃描等操作,致使數(shù)字水印無法被檢測。這些操作和攻擊干擾圖像信息,容易造成水印在提取或檢測過程中得到模糊不真實的信息,通過改進數(shù)字水印嵌入算法。攻擊的目的在于無法正確恢復(fù)水印信號,或不能檢測到水印信號的存在與混淆水印提供的版權(quán)信息。

許多研究者將水印信息利用小波變換嵌入到低頻子帶來提高水印的魯棒性，優(yōu)點是水印的穩(wěn)定性好，抗攻擊能力強；缺點是低頻子帶嵌入水印容易影響圖像的質(zhì)量，允許嵌入的數(shù)據(jù)量低，為了不改變圖像的視覺特性與色彩信息，許多學(xué)者將水印嵌入到圖像的最不重要的像素位(Least Significant Bits，LSB)上，LSB位的水印嵌入允許量可以稍大，算法相對比較簡單，理論已經(jīng)比較成熟，缺點是在受到攻擊時很容易就失去了正確的水印信息，文獻[1]中的數(shù)字水印方案就是空間域水印方案的代表。

2驗證策略與算法

在本算法中水印嵌入分為2部分，第一部分是版權(quán)信息，即是將能夠證明作者版權(quán)的信息嵌入到宿主圖像經(jīng)小波變換之后的低頻子帶中，第二部分為驗證信息，即是在高頻部分嵌入用于驗證圖像在傳播過程中是否受到攻擊。算法如下：

①將宿主圖像做小波變換，得到低頻系數(shù)序列與高頻系數(shù)序列；

②將版權(quán)信息嵌入到低頻子帶中；

③將驗證信息嵌入到高頻子帶中；

④提取水印時首先提取高頻部分的驗證信息，驗證水印的完整性；

⑤如完整性驗證通過則水印是可信的，如完整性驗證不通過則認為水印在傳播過程中受到了攻擊。

圖1基于驗證的水印嵌入算法與提取

水印信息在嵌入之前首先進行預(yù)處理形成水印信息序列.通過數(shù)字水印的嵌入算法,水印數(shù)據(jù)被加到原始數(shù)據(jù)中形成宿主圖象與水印融合的數(shù)字水印作品,這樣對于具有保密價值的水印起到一定的保護作用，在水印的嵌入和提取/檢測過程中,單項或多項的密碼加入已經(jīng)成為必要的方式,由于在本算法中利用了LSB位作為驗證檢測，因此安全性和可靠性更高。

3結(jié)束語

數(shù)字水印的研究目前已有很多成果，主要集中在水印的嵌入算法與預(yù)防攻擊等當面，而基于完整性驗證的算法較少，在LSB位嵌入驗證信息已保證水印的信息的原始性、唯一性相當重要。

參考文獻：

[1] Pitas I. A method for watermark casting ondigital images.IEEE Transactions on Circuits and Systemsfor Video Technology，1998，8(6).

[2] Cox I J，Kilian J，Leighton F T，et al. Securespread spectrum watermarking for multimedia. IEEETransactions on Image Processing，1997，6(6).

[3]唐林海.張小梅.嵌入式數(shù)字水印圖像仿真研究[J].計算機仿真，2011(2).

[4]黃天云.張傳武.謝靜.數(shù)字圖像水印算法及攻防手段研究[J].信息安全與通信保密,2007(8).