一種數(shù)字地圖水印的應(yīng)用領(lǐng)域和攻擊方法研究

徐其江

摘 要 所謂數(shù)字地圖，按照空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以分為矢量地圖、柵格地圖和矢柵混合地圖。本文就數(shù)字水印在這方面的應(yīng)用及常用數(shù)字地圖水印的攻擊方法做以下研究。

關(guān)鍵詞 數(shù)字地圖 應(yīng)用領(lǐng)域 攻擊方法

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)式對矢量數(shù)據(jù)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)的組織。它通過記錄實(shí)體坐標(biāo)及其關(guān)系，盡可能精確的表示點(diǎn)、線、多邊形等地理實(shí)體，矢量地圖的坐標(biāo)空間設(shè)為連續(xù)，允許任意位置、長度和面積的精確定義。每一個(gè)元素由一個(gè)可以確認(rèn)的、具有自己的點(diǎn)、線或面的對象組成。在理論上，地圖上的每一個(gè)點(diǎn)和地形中的每一個(gè)點(diǎn)都是可以通過坐標(biāo)系中的兩個(gè)或三個(gè)數(shù)字唯一表示。點(diǎn)、線、面是用于描述地理對象位置和范圍的數(shù)學(xué)化圖形。

一條單一的線所包圍的區(qū)域來表示一個(gè)面，也就是形成一個(gè)閉合的多邊形。外圍的線成為環(huán)，它的起點(diǎn)和終點(diǎn)是同一個(gè)點(diǎn)，以形成封閉的面。因?yàn)槊嫦騼蓚€(gè)方向延伸，因此面是二維的。面是幾何元素中最復(fù)雜的一種。由于內(nèi)部環(huán)所定義的洞具有很多不用的變化，甚至是洞中洞，這就有可能形成很復(fù)雜的面。一個(gè)面不僅在外圍由一個(gè)閉合的線形成界線，而且可以包含很多個(gè)內(nèi)部閉合的界線。

1數(shù)字水印的應(yīng)用領(lǐng)域

數(shù)字水印有著廣闊的應(yīng)用前景。版權(quán)保護(hù)是數(shù)字水印發(fā)展的源動(dòng)力，它也是數(shù)字水印的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。此外數(shù)字水印還應(yīng)用在多個(gè)方面，主要包括：所有者鑒別、所有權(quán)驗(yàn)證、操作跟蹤、內(nèi)容認(rèn)證、拷貝控制、設(shè)備控制、安全通信和廣播監(jiān)視。

（1）所有者鑒別。作品的使用者如果擁有水印檢測器，那么他們就能確定帶水印作品的擁有者，甚至實(shí)在作品被使用了可消除文本版權(quán)標(biāo)識(shí)的方法后。

（2）所有權(quán)驗(yàn)證。數(shù)字水印不僅能夠鑒別版權(quán)所有者，而且能夠證明實(shí)際所有者。為了達(dá)到所有者身份驗(yàn)證所需的安全級(jí)別，可能必須要限制檢測器的使用程度。

（3）操作跟蹤。數(shù)字水印可以記錄水印作品中在復(fù)制過程中發(fā)生過的一步或者更多步的操作。這主要應(yīng)用在文獻(xiàn)跟蹤和電影原始底片。

（4）內(nèi)容認(rèn)證。如果含有認(rèn)證標(biāo)識(shí)的作品被修改，標(biāo)識(shí)會(huì)隨同作品一起被修改。這將幫助版權(quán)所有者更多地了解作品是如何被篡改的。

（5）控制拷貝?？刂瓶截惖闹饕康氖欠乐谷藗冎圃煊邪鏅?quán)內(nèi)容的非法副本。在作品的副本中安裝水印檢測器，無論什么時(shí)候在輸入中檢測到禁止拷貝的水印，設(shè)備都會(huì)禁止拷貝。

（6）設(shè)備控制。設(shè)備控制主要用來實(shí)現(xiàn)根據(jù)在內(nèi)容中檢測到的水印做出相應(yīng)的動(dòng)作。從使用者的觀點(diǎn)來看，設(shè)備控制增加的價(jià)值而不是限制其使用。

（7）安全通信。信息的安全通信也可以使用數(shù)字水印技術(shù)。由于數(shù)字水印所具有不可見性的特點(diǎn)，使其很難在多媒體數(shù)據(jù)中被察覺，因此可以利用其傳輸重要信息，從而避開非法的竊聽和監(jiān)控。

（8）廣播監(jiān)視。與其他廣播監(jiān)視技術(shù)相比，數(shù)字水印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)實(shí)在它存在于被監(jiān)視的內(nèi)容之中，它與廣播設(shè)備的安裝基礎(chǔ)例如數(shù)字轉(zhuǎn)換成模擬和模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字完全協(xié)調(diào)一致。

2數(shù)字水印的攻擊方法

數(shù)字水印的攻擊是指對嵌入的水印進(jìn)行各種操作來削弱、破壞或者移除水印。實(shí)際上，數(shù)字水印的應(yīng)用的過程中會(huì)遇到各種各樣的攻擊。研究數(shù)字水印的攻擊方法，不但可以評估、分析水印系統(tǒng)的安全性，找到安全漏洞，而且能夠根據(jù)所發(fā)現(xiàn)的漏洞，完善水印系統(tǒng)，從而進(jìn)一步提高水印系統(tǒng)性能。

根據(jù)攻擊方式不同，將水印攻擊分為四類：系統(tǒng)攻擊、未經(jīng)授權(quán)的嵌入、未經(jīng)授權(quán)的檢測和未經(jīng)授權(quán)的去除。

2.1未經(jīng)授權(quán)的檢測

未經(jīng)授權(quán)的檢測是指未經(jīng)授權(quán)試圖檢測水印是否存在或者解碼水印信息。這種攻擊也稱為隱寫分析。

在沒有檢測器和水印密鑰的情況下，攻擊者即使不能解碼水印信息，只要能檢測水印是否存在，就已經(jīng)對水印系統(tǒng)的安全構(gòu)成威脅。攻擊者可以有目標(biāo)的破壞載體圖像信息，使得合法接受者也沒法回復(fù)正確圖像信息。同樣，在沒有檢測器和水印密鑰的情況下，根據(jù)含水印作品在特征子空間會(huì)暴露水印信息的思想，解碼水印信息也是可能的。在水印算法的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該能防止未經(jīng)授權(quán)的檢測和解碼水印信息，使得所設(shè)計(jì)的水印系統(tǒng)能夠安全的抵抗這種類型的攻擊。

2.2未經(jīng)授權(quán)的嵌入

未經(jīng)授權(quán)的嵌入是指攻擊者在他人的含水印作品中嵌入自己的信息或者將他人合法的水印嵌入到另外的圖像中。嵌入他人合法的水印實(shí)現(xiàn)步驟：首先從他人合法的水印作品中提取水印，然后嵌入到另外的圖像中，并且聲稱該圖像也是合法的含水印作品，這種攻擊方式也稱為拷貝攻擊。

2.3未經(jīng)授權(quán)的去除

未經(jīng)授權(quán)的去除是指試圖去除水印或者使檢測器檢測不到水印，例如去除攻擊、幾何攻擊和密碼攻擊。一般情況下，這種攻擊方式包括兩種：一種是水印已經(jīng)被去除；另一種是水印還存在，但是當(dāng)前的檢測器無法檢測到水印，只能通過改進(jìn)檢測器后才能檢測出水印。

2.4系統(tǒng)攻擊

水印應(yīng)用系統(tǒng)除了水印嵌入和檢測算法外，還包括水印協(xié)議、軟/硬件環(huán)境等應(yīng)用環(huán)境。如果攻擊者攻擊水印應(yīng)用環(huán)境，也能使水印是去效能。系統(tǒng)攻擊對水印系統(tǒng)的安全性是非常重要的，但是對于這方面的研究并沒有引起足夠的重視。