數(shù)字水印技術(shù)及其應(yīng)用前景*

楊永鋒

（隴東學(xué)院信息工程學(xué)院，甘肅　慶陽(yáng) 745000）

數(shù)字水印技術(shù)及其應(yīng)用前景*

楊永鋒

（隴東學(xué)院信息工程學(xué)院，甘肅慶陽(yáng) 745000）

數(shù)字水印技術(shù)已經(jīng)成熟，主要介紹數(shù)字水印算法、數(shù)字水印的應(yīng)用，數(shù)字水印技術(shù)在版權(quán)保護(hù)、內(nèi)容認(rèn)證、票據(jù)防偽等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，同時(shí)隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和電子商務(wù)的興起，數(shù)字水印和電子商務(wù)結(jié)合，形成許多發(fā)展方向，發(fā)展前景廣闊。

數(shù)字水印；版權(quán)保護(hù)；電子商務(wù)

1　概述

在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布的圖像很容易獲取、復(fù)制、編輯、存儲(chǔ)及分發(fā)，在給人們生活帶來(lái)便利的同時(shí)也可能會(huì)損壞其所有者或創(chuàng)作者的合法權(quán)益。篡改、偽造、復(fù)制和非法發(fā)布原創(chuàng)作品所帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)，已經(jīng)威脅到信息產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展，數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)成為當(dāng)前迫切需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。數(shù)字水印技術(shù)是版權(quán)保護(hù)和內(nèi)容認(rèn)證的有效技術(shù)，在圖像這一載體的應(yīng)用最為成熟。

數(shù)字水印技術(shù)是將代表版權(quán)的特定信息，按照某種方式嵌入到數(shù)字媒體中，在產(chǎn)生版權(quán)糾紛時(shí)通過(guò)相應(yīng)的策略提取出這些特定的信息（稱(chēng)為數(shù)字水?。_(dá)到驗(yàn)證版權(quán)歸屬的目的，也可有效地防止惡意拷貝與未經(jīng)授權(quán)的分發(fā)。這項(xiàng)技術(shù)可以在數(shù)字化的數(shù)據(jù)內(nèi)容中嵌入水印。嵌入的水印信息隱藏于宿主文件中，不影響原始文件的可觀性和完整性，但是通過(guò)一些算法可以被檢測(cè)或者被提取。水印與源數(shù)據(jù)（如圖像、音頻、文本、網(wǎng)頁(yè)、視頻數(shù)據(jù)）緊密結(jié)合并隱藏其中，并可以經(jīng)歷一些不破壞源數(shù)據(jù)使用價(jià)值或商用價(jià)值的操作而存活下來(lái)。數(shù)字水印技術(shù)的本質(zhì)是通過(guò)對(duì)數(shù)字對(duì)象微小的改動(dòng)，這些區(qū)域的變動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)值不會(huì)造成較大的影響，即不會(huì)影響作品的原始質(zhì)量。

2　數(shù)字水印算法

數(shù)字水印技術(shù)尤其是圖像數(shù)字水印算法已經(jīng)成熟，圖像數(shù)字水印算法主要分為空間域水印和頻域水印?？臻g域算法是通過(guò)直接在圖像數(shù)據(jù)上修改數(shù)據(jù)達(dá)到隱藏水印信息的目的。比較有代表性的算法就是最低有效位方法（LSB），該方法是利用原始數(shù)據(jù)的最低幾位來(lái)隱藏信息，優(yōu)點(diǎn)是隱藏的信息量較大，缺點(diǎn)是數(shù)字水印很脆弱，經(jīng)受一些常見(jiàn)的數(shù)字圖像處理（如圖像壓縮）數(shù)字水印就可能丟失。另外一個(gè)代表性的數(shù)字水印算法是 Patchwork方法。Patchwork是一種基于統(tǒng)計(jì)的數(shù)字水印，其嵌入方法是任意選擇N對(duì)圖像點(diǎn)，在增加一點(diǎn)亮度的同時(shí)，降低另一點(diǎn)的亮度值。該算法的隱藏性較好，并且對(duì)有損的JPEG壓縮和濾波等操作具有抵抗能力，但是抗攻擊的能力依然不強(qiáng)。

頻域算法是利用變換域的技術(shù)隱藏水印信息，這些變換域的技術(shù)包括離散余弦變換（DCT）、小波變換 （WT）、傅氏變換 （FT或FFT）以及哈達(dá)馬變換（Hadamardtransform）等，其中DCT和WT是最常用的變換?；诜謮KDCT的數(shù)字水印技術(shù)方案最具代表性，在這個(gè)方案中由一個(gè)密鑰隨機(jī)地選擇圖像的一些分塊，每一分塊先變換到頻域上，在頻域系數(shù)上進(jìn)行微小變換以滿足特定的關(guān)系（比如改變兩個(gè)頻域系數(shù)的大?。┮噪[藏二進(jìn)制序列信息。在水印信息提取時(shí)，則選取相同的DCT系數(shù)，并根據(jù)系數(shù)之間的關(guān)系提取比特信息來(lái)回復(fù)水印。頻域水印算法的抗攻擊能力強(qiáng)，不可行性也大大提高。

3　數(shù)字水印的應(yīng)用領(lǐng)域

數(shù)字水印技術(shù)要面向Internet上廣為使用的各種數(shù)據(jù)對(duì)象，包括圖像、視頻、音頻、動(dòng)畫(huà)、文本、網(wǎng)頁(yè)等。數(shù)字水印技術(shù)的運(yùn)用范圍很廣，其主要應(yīng)用包含：

數(shù)字版權(quán)保護(hù)和版權(quán)跟蹤：數(shù)字水印技術(shù)雖然不能阻止盜版活動(dòng)發(fā)生，但這項(xiàng)技術(shù)可以判別對(duì)象是否受到保護(hù)，監(jiān)視被保護(hù)數(shù)據(jù)的傳播、非法拷貝，在遇到版權(quán)糾紛時(shí)為法庭提供證據(jù)。版權(quán)保護(hù)是水印最初的應(yīng)用領(lǐng)域，其目的是嵌入數(shù)據(jù)的來(lái)源信息以及比較有代表性的版權(quán)所有者的信息，從而防止其它組織或個(gè)人對(duì)該數(shù)據(jù)宣稱(chēng)擁有版權(quán)。可以將數(shù)字產(chǎn)品原創(chuàng)者的姓名、身份證號(hào)、作品序列號(hào)、印章、指紋、創(chuàng)作日期等以數(shù)字水印的形式嵌入其中，表明版權(quán)所有，完善作品的著作權(quán)，如果發(fā)現(xiàn)被非法復(fù)制、下載或偽造，可以通過(guò)提取水印證明其合法的著作權(quán)，避免未經(jīng)授權(quán)的拷貝制作和發(fā)行。這樣就可以通過(guò)授權(quán)用戶的信息來(lái)識(shí)別數(shù)據(jù)的發(fā)行拷貝，監(jiān)控和跟蹤使用過(guò)程中的非法拷貝。例如醫(yī)院中有大量的醫(yī)學(xué)影像圖像，這些醫(yī)學(xué)影像圖像是醫(yī)院所有，即醫(yī)學(xué)圖像是醫(yī)院的自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在醫(yī)學(xué)圖像中嵌入數(shù)字水印主要起到版權(quán)保護(hù)的作用。如果他人要使用患者影像必須得到醫(yī)院的允許。醫(yī)院在分發(fā)影像資料時(shí)嵌入帶醫(yī)院信息的水印，當(dāng)版權(quán)被盜用時(shí)便可以以此為憑證。

內(nèi)容認(rèn)證：當(dāng)數(shù)字作品被用于法庭、醫(yī)學(xué)、新聞及商業(yè)時(shí)，常需確定它們的內(nèi)容是否被修改、偽造或篡改。為實(shí)現(xiàn)該目的，通?？蓪⒃紙D像分成多個(gè)獨(dú)立塊，再在每個(gè)塊中加入不同的水印。在需要時(shí)通過(guò)檢測(cè)隱藏水印的狀態(tài)可以判斷聲像信號(hào)是否被篡改，起到篡改提示的作用，同時(shí)能夠定位篡改位置。例如在醫(yī)學(xué)圖像、電子病歷中嵌入數(shù)字水印也可以起到篡改檢測(cè)的作用。嵌入水印的醫(yī)學(xué)圖像或電子病歷可以通過(guò)提取水印認(rèn)證出其原始性，如果被篡改，則水印提取會(huì)失效。

票據(jù)防偽：主要用于打印票據(jù)和電子票據(jù)的防偽。一方面，在彩色打印機(jī)、復(fù)印機(jī)輸出的每幅圖像中加入唯一的、不可見(jiàn)的數(shù)字水印，在需要時(shí)可以實(shí)時(shí)地從掃描票據(jù)中判斷水印的有無(wú)，快速辨識(shí)真?zhèn)?。另一方面，在從傳統(tǒng)商務(wù)向電子商務(wù)轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)大量過(guò)度性的電子文件，如各種紙質(zhì)票據(jù)的掃描圖像等。各種電子票據(jù)也還需要一些非密碼的認(rèn)證方式，數(shù)字水印技術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見(jiàn)的認(rèn)證標(biāo)志，從而大大增加了偽造的難度。標(biāo)題與注釋?zhuān)杭磳⒆髌返臉?biāo)題、注釋等內(nèi)容以水印形式嵌入該作品中，這種隱式注釋不需要額外的帶寬，且不易丟失。數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)信息往往比數(shù)據(jù)本身更具有保密價(jià)值，如在遙感圖像等信息中隱藏日期、經(jīng)緯度等。數(shù)字水印技術(shù)提供了一種隱藏標(biāo)識(shí)的方法，標(biāo)識(shí)信息在原始文件上是看不到的，只有通過(guò)提取程序才可以讀取。

隱蔽通信：數(shù)字水印也被稱(chēng)為信息隱藏技術(shù)，可以利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密數(shù)據(jù)傳送，達(dá)到實(shí)現(xiàn)隱蔽通信的目的而不會(huì)引起他人的注意，在網(wǎng)絡(luò)情報(bào)站中意義重大。

訪問(wèn)控制：將水印信息加入影片數(shù)據(jù)中，在播放影片時(shí)可通過(guò)影片數(shù)據(jù)中的水印信息而判斷觀看者是否有權(quán)欣賞電影的權(quán)利，從而保護(hù)制造商的合法權(quán)益。數(shù)據(jù)庫(kù)中也存在一部分?jǐn)?shù)據(jù)（如照片），通過(guò)修改這些數(shù)據(jù)嵌入訪問(wèn)者的合法用戶的用戶名或ID號(hào)。用戶在訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)要和數(shù)據(jù)庫(kù)中存在的水印信息進(jìn)行比對(duì)，如果相同就獲取訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的權(quán)利，否則就不得進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)。

4　數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展前景

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用迅速發(fā)展的今天，數(shù)字水印技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。如今數(shù)字水印技術(shù)在商品化道路上邁開(kāi)步伐，呈現(xiàn)出面向Internet、多種技術(shù)集成的發(fā)展趨勢(shì)：

1）開(kāi)發(fā)水印Agent，自動(dòng)追蹤版權(quán)標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)版權(quán)跟蹤。

2）面向電子商務(wù)，開(kāi)發(fā)基于數(shù)字水印技術(shù)的數(shù)字作品電子銷(xiāo)售系統(tǒng)，提供完整的版權(quán)保護(hù)機(jī)制。

3）建立水印認(rèn)證中心，提供服務(wù)器端的完整性保護(hù)和客戶端的數(shù)據(jù)認(rèn)證。

4）構(gòu)造綜合的數(shù)據(jù)庫(kù)安全系統(tǒng)，使用各種生物認(rèn)證技術(shù)構(gòu)造專(zhuān)人標(biāo)識(shí)水印，保障數(shù)據(jù)庫(kù)安全訪問(wèn)。

5）面向更廣泛的數(shù)字媒體開(kāi)發(fā)數(shù)字水印安全保護(hù)產(chǎn)品。

6）電子文檔、電子票據(jù)的防偽，機(jī)密文檔的保護(hù)。

7）服務(wù)付費(fèi)點(diǎn)播，提供基于流技術(shù)的數(shù)字水印產(chǎn)品，起到訪問(wèn)控制的作用。

當(dāng)然應(yīng)該注意到，數(shù)字水印要得到更廣泛的應(yīng)用必須建立一系列的標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議，例如水印版權(quán)保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)、水印認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)、嵌入水印的標(biāo)準(zhǔn)、提取或檢測(cè)水印的標(biāo)準(zhǔn)、水印測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)椴煌乃∷惴ㄈ绻痪邆浼嫒菪裕@然不利于水印的推廣。而這些標(biāo)準(zhǔn)的建立將會(huì)大大促進(jìn)數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

5　結(jié)論

數(shù)字水印技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。從應(yīng)用角度看，以數(shù)字電影、數(shù)字動(dòng)漫、數(shù)字電視、網(wǎng)絡(luò)游戲等為代表的數(shù)字內(nèi)容產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)字水印已經(jīng)成為各種數(shù)字媒體的最有效的保護(hù)手段之一，數(shù)字水印技術(shù)與其它DRM技術(shù)的結(jié)合，將徹底解決數(shù)字內(nèi)容的管理和保護(hù)問(wèn)題。

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TP391

甘肅省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃項(xiàng)目（GS［2015］GHB0964）甘肅省檔案科技項(xiàng)目計(jì)劃（2014-07）