數(shù)字水印與數(shù)字簽名辨析

1、數(shù)字水印與數(shù)字簽名辨析 多媒體技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展使得數(shù)字媒體數(shù)據(jù)的廣泛 傳播變得非常容易， 有效保護(hù)這些數(shù)據(jù)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。 對(duì) 多媒體內(nèi)容的保護(hù)可分為兩個(gè)部分： 一是版權(quán)保護(hù)， 二是內(nèi)容完 整性保護(hù)， 即認(rèn)證。 數(shù)字水印技術(shù)是當(dāng)前解決多媒體數(shù)據(jù)版權(quán)保 護(hù)問(wèn)題的最有效、 最有前途的一種技術(shù)， 它是 1993 年由 Caronni 正式提出的。 目前，國(guó)際、國(guó)內(nèi)對(duì)數(shù)字水印技術(shù)的研究非常活躍， 但研究都很不成熟，其應(yīng)用也處于初級(jí)階段。 1 數(shù)字水印 1.1 數(shù)字水印概念。 數(shù)字水印技術(shù)的基本思想源于古代的密寫術(shù)。 古希臘的斯巴 達(dá)人曾將軍事情報(bào)刻在普通的木板上， 用石蠟填平， 收信的一方

2、只要用火烤熱木板，融化石蠟后，就可以看到密信。數(shù)字水印是 嵌在數(shù)字產(chǎn)品中的數(shù)字信號(hào)， 它可以是圖像、 聲音、文字、符號(hào)、 數(shù)字等一切可以作為標(biāo)記、 標(biāo)識(shí)的信息。 它的存在是以不破壞原 數(shù)據(jù)的欣賞價(jià)值、 使用價(jià)值為原則。 數(shù)字水印技術(shù)是利用數(shù)字產(chǎn) 品的信息冗余性， 把與多媒體內(nèi)容相關(guān)或不相關(guān)的一些標(biāo)識(shí)信息 直接嵌入多媒體內(nèi)容中， 并能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ脵z測(cè)電路及時(shí) 地把水印檢測(cè)和提取出來(lái)的技術(shù)。 數(shù)字水印技術(shù)充分利用了人的 知覺(jué)系統(tǒng)、 聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的冗余特性。 通過(guò)隱藏在多媒體內(nèi)容中的水 印信息，可以達(dá)到確認(rèn)內(nèi)容創(chuàng)建者、購(gòu)買者，或者多媒體內(nèi)容是 否真實(shí)完整。 1.2 數(shù)字水印分類。 1、按特性劃分：

3、魯棒數(shù)字水印、脆弱數(shù)字水印。 2、按水印的載體劃分：圖像水印、音頻水印、視頻水印、 文本水印、網(wǎng)格水印 （用于三維網(wǎng)格模型 ） 。 3、按檢測(cè)過(guò)程劃分：明文水印、盲水印。 4、按內(nèi)容劃分：有意義水印、無(wú)意義水印。 5、按水印隱藏的位置劃分：時(shí) （ 空） 域數(shù)字水印、頻域數(shù)字 水印、時(shí)頻域數(shù)字水印時(shí)間尺度域數(shù)字水印。 1.3 數(shù)字水印常用算法。 現(xiàn)在已經(jīng)提出數(shù)字水印有很多種算法， 比較成熟的算法， 具 有一定使用價(jià)值的主要對(duì)于圖像處理的圖像水印， 對(duì)于其它形式 的數(shù)字信號(hào)載體，如文本、軟件、音頻等數(shù)字載體信號(hào)由于其所 含冗余信息較少，國(guó)內(nèi)、外所作的研究工作都較少。當(dāng)前已有算 法總體上可分為： 空

4、間域算法和變換域算法。 空間域典型算法有： 最低有效位方法 （LSB） 、Patch-work 方法及紋理塊映射編碼方法、 文檔結(jié)構(gòu)微調(diào)方法。變換域典型算法有：離散余弦變換（DCT）、 小波變換（WT）、付氏變換（FT或FFT）以及哈達(dá)馬變換（Hadamard transform） 等等。 1.4 數(shù)字水印的基本特點(diǎn)。 嵌入數(shù)字作品中的信息必須具有以下基本特性才能稱為數(shù) 字水印： 1、隱蔽性：在數(shù)字作品中嵌入數(shù)字水印不會(huì)引起明顯的降 質(zhì)，并且不易被察覺(jué)。 2、魯棒性 （ 穩(wěn)健性 ） ：所謂魯棒性是指在經(jīng)歷多種無(wú)意或有 意的信號(hào)處理過(guò)程后， 數(shù)字水印仍能保持完整性或仍能被準(zhǔn)確鑒 別?？赡艿男盘?hào)處

5、理過(guò)程包括信道噪聲、濾波、數(shù)模與模數(shù) 轉(zhuǎn)換、重采樣、剪切、位移、尺度變化以及有損壓縮編碼等。 3、隱藏位置的安全性冰印信息隱藏于數(shù)據(jù)而非文件頭中， 文件格式的變換不應(yīng)導(dǎo)致水印數(shù)據(jù)的丟失。 2 數(shù)字簽名 2.1 數(shù)字簽名概念。 數(shù)字簽名是密碼學(xué)應(yīng)用研究領(lǐng)域的技術(shù)， 可用于保護(hù)電子文 件的真實(shí)性、完整性，防止偽造、抵賴、冒充和篡改。在ISO7498 中對(duì)于數(shù)字簽名的定義如下： 附加在數(shù)據(jù)單元上的一些數(shù)據(jù)， 或 者是對(duì)數(shù)據(jù)單元所作的密碼變換， 這種數(shù)據(jù)或者變換允許數(shù)據(jù)單 元的接收者用以確認(rèn)數(shù)據(jù)單元來(lái)源和數(shù)據(jù)單元的完整性， 并保護(hù) 數(shù)據(jù)，防止被人 （ 例如接收者 ） 進(jìn)行偽造。美國(guó)的數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn) DS

6、S（FIPSl86-2） 對(duì)數(shù)字簽名做了如下解釋： 利用一套規(guī)則和一個(gè) 參數(shù)機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算所得到的結(jié)果， 用此結(jié)果能夠確認(rèn)簽名者的身 份和數(shù)據(jù)的完整性。 無(wú)論這些定義如何， 數(shù)字簽名的本質(zhì)是通過(guò) 密碼變化對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算以確認(rèn)數(shù)據(jù)的來(lái)源 （ 或者簽名者的身份 ） 和數(shù)據(jù)的完整性。 2.2 數(shù)字簽名基本算法 數(shù)字簽名是數(shù)據(jù)在公開(kāi)信道中傳輸?shù)陌踩Ｕ希?能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù) 據(jù)的公開(kāi)、 公正不可偽造和不可抵賴等特點(diǎn)的方法， 只能是公開(kāi) 密鑰、密碼簽名方法。 國(guó)際公認(rèn)的公開(kāi)密鑰簽字算法主要有 lISA 算法ELGAma算法或其變形的其他簽名算法。應(yīng)用最為廣泛的3 種是：Hask簽名、簽名和 DSS簽名。 a、Ha

7、sh簽名方法哈希算法是一類符合特殊要求的散列函數(shù) (Hash)函數(shù)。Hash簽名不屬于強(qiáng)計(jì)算密集型算法，應(yīng)用較廣泛。 它可以降低服務(wù)器資源的消耗，減輕中央服務(wù)器的負(fù)荷。 Hash 的主要局限是接收方必須持有用戶密鑰的副本以檢驗(yàn)簽名， 因?yàn)?雙方都知道生成簽名的密鑰， 較容易攻破。 存在偽造簽名的可能。 b、RSA簽名方法RSA簽名方案是基于分解大整數(shù)的困難性 提出的一個(gè)簽名方案。值得注意的是RSA簽名算法存在若干缺 點(diǎn)。為了克服這些缺陷，在對(duì)消息進(jìn)行簽名之前，通常先將要簽 的消息進(jìn)行雜湊變換，然后再簽名。 c、DSS簽名方法美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所 (NIST)1994年5 月19日公布了數(shù)字簽

8、名標(biāo)準(zhǔn)(DSS)，標(biāo)準(zhǔn)采用的算法便是 DSA DSA是 Sehnorr和ELGAma算法的變型。密鑰長(zhǎng)度為 5121024 位。密鑰長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，簽名速度愈慢，制約運(yùn)算速度的主要因素是 大數(shù)的模指數(shù)運(yùn)算。 2.3 數(shù)字簽名的局限性。 數(shù)字簽名技術(shù)的缺點(diǎn)在于： 由于需要在文件頭中附加簽名信 息，一方面增加了文件傳輸過(guò)程中的額外帶寬， 另一方面簽名信 息有可能在文件格式轉(zhuǎn)化過(guò)程中丟失， 進(jìn)而喪失了內(nèi)容驗(yàn)證的功 2.4 數(shù)字水印與數(shù)字簽名區(qū)別。 數(shù)字水印技術(shù)也彌補(bǔ)了數(shù)字簽名技術(shù)的缺陷， 因?yàn)樗梢栽?原始數(shù)據(jù)中一次性嵌入大量的秘密信息； 同時(shí)它還彌補(bǔ)了數(shù)字標(biāo) 簽容易被修改和剔除的缺陷； 彌補(bǔ)了數(shù)字指紋僅能給出出版權(quán)破 壞者信息的局限。人們可設(shè)計(jì)某種水印，它在解密、再加密、壓 縮、轉(zhuǎn)化以及文件格式變化等操作下保持完好。因此，數(shù)字水印 技術(shù)成為當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)信息安全和數(shù)字媒體版權(quán)保護(hù)研究的熱點(diǎn)。 3 結(jié)論