電子商務(wù)安全 第五章 數(shù)字水印和數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)

數(shù)字水印和數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)

第五章2主要內(nèi)容信息隱藏技術(shù)；數(shù)字水印技術(shù)；數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)3信息隱藏的概念信息隱藏(InformationHiding)也被稱為“信息隱匿”或“信息隱形”，是信息安全研究領(lǐng)域與密碼技術(shù)緊密相關(guān)的一大分支?，F(xiàn)代信息隱藏技術(shù)是由古老的隱寫術(shù)(Steganography)發(fā)展而來(lái)的，隱寫術(shù)一詞來(lái)源于希臘語(yǔ)，其對(duì)應(yīng)的英文意思是“Coveredwriting”

。

信息隱藏和信息加密都是為了保護(hù)秘密信息的存儲(chǔ)和傳輸，使之免遭敵手的破壞和攻擊，但兩者之間有著顯著的區(qū)別。4信息隱藏與加密的區(qū)別密碼技術(shù)主要是研究如何將機(jī)密信息進(jìn)行特殊的編碼，以形成不可識(shí)別的密碼形式(密文)進(jìn)行傳遞；一般是利用單鑰或雙鑰密碼算法把明文變換成密文通過(guò)公開(kāi)信道送到接收者手中。加密方法有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，那就是它明確地提示攻擊者哪些是重要信息，容易引起攻擊者的好奇和注意，并有被破解的可能性，而且一旦加密文件經(jīng)過(guò)破解后其內(nèi)容就完全透明了。攻擊者可以在破譯失敗的情況下將信息破壞，使得即使是合法的接收者也無(wú)法閱讀信息內(nèi)容。

5信息隱藏與加密的區(qū)別信息隱藏（偽裝）就是將秘密信息秘密地隱藏于另一非機(jī)密的文件內(nèi)容之中。其形式可為任何一種數(shù)字媒體，如圖象、聲音、視頻或一般的文檔等等。密碼僅僅隱藏了信息的內(nèi)容，而信息偽裝不但隱藏了信息的內(nèi)容而且隱藏了信息的存在。信息加密所保護(hù)的是信息的內(nèi)容。而信息隱藏則是隱藏?cái)?shù)據(jù)的存在性。傳統(tǒng)的以密碼學(xué)為核心技術(shù)的信息安全和偽裝式信息安全技術(shù)不是互相矛盾、互相競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)，而是互補(bǔ)的。

6信息隱藏的基本概念嵌入信息(EmbeddedData)：待隱藏的信息，又稱為秘密信息(secretmessage)，它可以是版權(quán)信息或秘密數(shù)據(jù)，也可以是一個(gè)序列號(hào)。掩飾信息：嵌入信息的載體，又稱為載體信息(covermessage)，是公開(kāi)信息，可以采用文字、圖像、聲音以及視頻等，一般采用多媒體數(shù)據(jù)作為載體，因?yàn)槎嗝襟w數(shù)據(jù)本身具有極大的冗余性，具有較大的掩蔽效應(yīng)。隱密對(duì)象(ConcealObject)：隱密對(duì)象=掩飾信息+嵌入信息，指把嵌入信息隱蔽插入到掩飾信息后產(chǎn)生的混合信息。

7數(shù)據(jù)隱蔽過(guò)程

由密鑰(ConcealKey)來(lái)控制，通過(guò)嵌入算法(Embeddingalgorithm)將秘密信息隱藏于公開(kāi)信息中。密鑰K1載體C秘密信息嵌入算法預(yù)處理隱蔽載體8數(shù)據(jù)提取過(guò)程檢測(cè)器

(Detector)利用密鑰從隱蔽載體中檢測(cè)、恢復(fù)出秘密信息。隱蔽載體提取算法秘密信息密鑰K2檢測(cè)器解預(yù)處理9信息隱藏技術(shù)的分類

10特性：

1）隱蔽性

;

2）不可檢測(cè)性

;3）隱藏場(chǎng)所的安全性；

4）免疫性；

5）自恢復(fù)性。信息隱藏的特性11信息隱藏的研究與應(yīng)用數(shù)據(jù)保密；數(shù)據(jù)的不可抵賴性；數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)；防偽；數(shù)據(jù)的完整性；返回12數(shù)字水印隨著數(shù)字技術(shù)和因特網(wǎng)的發(fā)展，多媒體數(shù)字作品(圖像、視頻、音頻等)的版權(quán)保護(hù)成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。數(shù)字水印(digitalwatermarking)是實(shí)現(xiàn)版權(quán)保護(hù)的有效辦法，其被永久地嵌入到多媒體數(shù)據(jù)中用于版權(quán)保護(hù)并檢查數(shù)據(jù)是否被破壞。

13數(shù)字水印技術(shù)的概念

數(shù)字水印如同鈔票中的水印，是指在數(shù)字化的數(shù)據(jù)內(nèi)容中嵌入不明顯的記號(hào)。被嵌入的記號(hào)通常是不可見(jiàn)或不可察的，但是通過(guò)一些計(jì)算操作可以被檢測(cè)或者被提取。主要用于證明原創(chuàng)作者對(duì)作品的所有權(quán)，并作為起訴非法侵權(quán)者的證據(jù)，從而保護(hù)了原作者的合法權(quán)益。水印與源數(shù)據(jù)（如圖像、音頻、視頻數(shù)據(jù)）緊密結(jié)合并隱藏其中，成為源數(shù)據(jù)不可分離的一部分，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)字水印已成為得到廣泛研究和應(yīng)用的信息隱藏技術(shù)，但是與一般的信息隱藏相比，它沒(méi)有那樣強(qiáng)調(diào)不可覺(jué)察性（如可見(jiàn)的數(shù)字水?。?，而往往更注重水印的健壯性，兩者的共同特點(diǎn)是要求隱藏的信息不可以被篡改。

14數(shù)字水印的分類從外觀上分類可見(jiàn)水印(VisibleWatermarking)

不可見(jiàn)水印從水印的載體上分類

靜止圖像水印視頻水印聲音水印文檔水印15數(shù)字水印的分類從魯棒性分類

水印的魯棒性，也稱為健壯性，指加水印后的

文件抗濾波或壓縮等能力。

易碎水印半易碎水印

魯棒水印

數(shù)字水印的分類從水印的嵌入策略上分類

空域水印

變換域水印

離散余弦變換、離散傅里葉變換、小波變換、線性調(diào)頻Z變換等。

數(shù)字水印的分類--

從水印的檢測(cè)方法分類

私有水印：檢測(cè)時(shí)需要原圖，通過(guò)原圖和測(cè)試圖片的比較得到水印。半私有水?。簷z測(cè)時(shí)不需要原圖，但需要原水印來(lái)判斷待測(cè)試圖片中是否包含特定的水印。公有水印：也叫盲水印，檢測(cè)時(shí)既不需要原圖，也不需要原水印，而要求能從可能已被修改的圖像中提取水印。因此，水印的健壯性要求高，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度大，應(yīng)用范圍也最廣。非對(duì)稱水印：指水印的嵌入和檢測(cè)過(guò)程采用不同的算法（非對(duì)稱），使任何用戶都可以讀取水印，但不可以修改和刪除它。

18數(shù)字水印的特性不可見(jiàn)性或透明性

健壯性

多重水印

安全性

無(wú)歧義性

通用性

19數(shù)字水印的嵌入可以表示為：F’=F+f(F,W)常用公式為：Vi′=Vi+aXi或

Vi′=Vi（1+aXi）

信號(hào)嵌入信號(hào)合成視覺(jué)濾波器視覺(jué)、圖像(原始圖像)FF’(嵌入水印的圖像)W(水印)20

數(shù)字水印的嵌入

從圖像處理的角度看，嵌入水印可以視為在強(qiáng)背景（原始圖像）下迭加一個(gè)弱信號(hào)（水印），由于人的視覺(jué)系統(tǒng)分辨率受到一定的限制，只要迭加信號(hào)的幅度低于對(duì)比度門限，就無(wú)法感覺(jué)到信號(hào)的存在，對(duì)比度門限受視覺(jué)系統(tǒng)的空間、時(shí)間和頻率特性的影響。因此，通過(guò)對(duì)原始圖像做一定的調(diào)整，有可能在不改變視覺(jué)效果的情況下嵌入一些信息。

從數(shù)字通信的角度來(lái)看，水印編碼（嵌入）可理解為在一個(gè)寬帶信道（原始圖像上）用擴(kuò)頻通信技術(shù)傳輸一個(gè)寬帶信號(hào)（水印），盡管水印信號(hào)具有一定能量，但分布到信道中任一頻率上的能量是難以檢測(cè)的，水印譯碼（檢測(cè)）則是一個(gè)有噪信道中弱信號(hào)的檢測(cè)問(wèn)題。

21水印的檢測(cè)

水印檢測(cè)方法通常采用如下假設(shè)檢測(cè)

H0：E=F*-F=N（無(wú)水?。?/p>

H1：E=F*-F=W*+N（有水?。?/p>

F*、F分別代表待測(cè)圖像和原始圖像中用來(lái)隱藏水印的象素或特征值，W*為待測(cè)水印序列；N為噪聲，由于嵌入水印的圖像可能存在失真，從中所檢測(cè)到的水印也將在一定程度上與原始水印有所不同，為了確定圖像中是否含水印需計(jì)算W*與W的相似度。

22水印算法簡(jiǎn)介

空域算法

空域算法主要有最低有效位方法(LSB法)、 Patchwork方法及紋理塊映射編碼方法、

文檔結(jié)構(gòu)微調(diào)方法等變換域算法

離散余弦（DCT）變換、小波（Wavelet）變換、

傅立葉（Fourier）變換、分形或其他變換域等壓縮域算法

NEC算法生理模型算法23基于DCT變換的圖象偽裝及水印算法

設(shè)CI是M×N大小的載體圖象，SI為要想隱藏的P×Q大小的秘密圖象，P=M/2，Q=N/2，通過(guò)下列算法將圖象SI隱藏到圖象CI中：（1）壓縮：首先利用二維小波變換對(duì)SI進(jìn)行變換，為了達(dá)到圖象壓縮的效果，只保留SILL。

[SILL，SIHL，SILH，SIHH]=DWT（SI）（2）隨機(jī)置換：由事先選定的口令K控制生成兩個(gè)分別從1到P/2和從1到Q/2的隨機(jī)置換RProw和RPcol，并按照下式對(duì)SILL進(jìn)行變換：

SILL(i,j)=SILL(RProw(i),RPcol(j))

（3）分塊：將CI分解為（M/8）′（N/8）個(gè)8′8大小的分塊BCIm,n；同時(shí)，將SILL也分解為（M/8）′（N/8）個(gè)2′2大小的分塊BSIm,n

。（4）DCT逆變換：對(duì)每一個(gè)BCIm,n，進(jìn)行DCT變換：

DBCIm,n=DCT（BCIm,n）（5）數(shù)據(jù)隱藏：對(duì)每一個(gè)DBCIm,n和BSILLm，n，將BCIm,n（si）用BSILLm，n（ti）來(lái)代替：DBCIm,n（si）=a′BSILLm，n（ti）（6）DCT變換：對(duì)以上得到的每一個(gè)BCIm,n進(jìn)行逆DCT變換：

IDBCIm,n=IDCT（DBCIm,n）將各分塊IDBCIm,n合并為一個(gè)整圖CI￠，即為隱藏有秘密圖象的新圖象。24

水印提取

設(shè)圖象TCI為已經(jīng)隱藏了秘密圖象的載體圖象。現(xiàn)要根據(jù)使用者輸入的密鑰，將所隱藏的秘密圖象從TCI中提取出來(lái)。其過(guò)程為上述隱藏算法的逆過(guò)程：

（1）

DCT變換：將TCI分解為（M/8）′（N/8）個(gè)8′8大小的方塊

BTCIm,n，并對(duì)每一個(gè)BTCIm,n進(jìn)行二維DCT變換：

BTCI￠m，n=DCT（BTCIm,n）

（2）提取數(shù)據(jù)：對(duì)每一個(gè)BTCI￠m，n，計(jì)算BWSILLm，n：BWSILLm，n（si）=（1/a）′

BTCI￠m，n（ti）（3）逆隨機(jī)變換：將上面得到的所有BWSILLm，n合并為一個(gè)整圖

NWSILL。根據(jù)給定的密鑰K控制生成兩個(gè)分別從1到M/4和從

1到N/4的隨機(jī)置換RProw和RPcol，并變換SILL：NWSILL(RProw(i),RPcol(j))=WSILL(i,j)

（4）逆DWT變換：對(duì)NWSILL進(jìn)行二維逆小波變換：NSI=IDWT

（NWSILL，0HL，0LH，0LL）

0HL，0LH，0LL是與NWSILL同樣大小的零矩陣。25數(shù)字水印的攻擊方法

魯棒性攻擊

IBM攻擊

StirMark攻擊

馬賽克攻擊串謀攻擊26數(shù)字水印的應(yīng)用

數(shù)字作品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)商務(wù)交易中的票據(jù)防偽標(biāo)題與注釋篡改提示使用控制隱蔽通信及其對(duì)抗

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數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)

數(shù)字產(chǎn)品的特點(diǎn)低廉的復(fù)制代價(jià)司法鑒定的困難

篡改方便

網(wǎng)頁(yè)保護(hù)的難題

28數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)的種類

數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)大致可以分為：鎖定法、標(biāo)記法

數(shù)據(jù)鎖定法鎖定法是對(duì)數(shù)字產(chǎn)品進(jìn)行加密，只有利用授權(quán)者分配的密鑰才能解密，這是一種防擴(kuò)散的有效方法，但安全性依賴于密碼。

如果能做到破譯密碼的代價(jià)高于被保護(hù)數(shù)據(jù)的價(jià)值，那么就有理由認(rèn)為數(shù)據(jù)鎖定技術(shù)能夠使出版商的利益得到可靠的加密保護(hù)。

29數(shù)據(jù)鎖定法應(yīng)用CD-ROM：盤上所有的內(nèi)容均被分別進(jìn)行加密鎖定，不同的用戶買到的均是相同的光盤，每個(gè)用戶只需付款買他所需內(nèi)容的相應(yīng)密鑰，即可利用該密鑰對(duì)所需內(nèi)容解除鎖定，而其余不需要的內(nèi)容仍處于鎖定狀態(tài)，用戶看不到。

文本盒：一個(gè)單位可以設(shè)置文本盒鎖定，當(dāng)用戶需要時(shí)，與服務(wù)中心聯(lián)系，獲取所需的文件密鑰。

特制帶卡：影視、音樂(lè)制品需要利用版權(quán)保護(hù)技術(shù)來(lái)限制復(fù)制，可以在帶卡中設(shè)置特殊的“監(jiān)視器”，能夠發(fā)出不許復(fù)制的警告。

收費(fèi)電視：收費(fèi)電視對(duì)節(jié)目信號(hào)進(jìn)行加密，用戶必須付費(fèi)購(gòu)買裝有解密鑰匙的卡，才能正常收看節(jié)目。

30隱匿標(biāo)記法

在視聽(tīng)數(shù)字產(chǎn)品中嵌入標(biāo)記數(shù)字段，標(biāo)明版權(quán)所有者或一個(gè)特定合法用戶的身份，除了可以用于版權(quán)保護(hù)外，標(biāo)記還可以用于對(duì)圖片進(jìn)行分類、檢索，還可以用于保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性，檢測(cè)對(duì)數(shù)據(jù)的修改，如一些軟件項(xiàng)目管理軟件也是利用標(biāo)記實(shí)現(xiàn)版本控制。

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嵌入標(biāo)記法主要方法數(shù)字水印

語(yǔ)義等價(jià)替代法，利用一些同義詞相互替代

利用文字間隔的改變來(lái)嵌入隱匿標(biāo)記字與字間、行與行間均有一定的空白間隔可以利用激光打印機(jī)具的解析度，人眼空間微小差別不敏感，掃描儀高精度檢測(cè)利用ASCII字符的顯示特性32數(shù)字版權(quán)主要軟件Digimarc

公司的利用媒體橋技術(shù)開(kāi)拓了訪問(wèn)Internet的新途徑。用來(lái)讀取電子水印數(shù)據(jù)的“Digimarc