数字水印与隐写术

 无法感知:将资料隐藏至媒体后不可大幅度降 低原始媒体的质量,藏入的资料必须让人无法 察觉异样情况。换言之,隐藏的信息对原始掩 护媒体具有良好的透明性。

 不可检测:利用隐写技术进行秘密通讯时,嵌 入的信息无法被察觉并不意味着绝对安全。例 如,当掩护媒体嵌入了信息后,其与内容相关 的固有特性可能发生变动,使其无法避过基于 统计方法的检测,从而暴露了秘密通讯行为。

 高安全性:隐藏的秘密信息难以被移除或篡改, 必须能抵御拦截者的检测及分析。

 大容量:在隐蔽能力相同的情况下,能嵌入更多 信息量的隐写方法更好。多数情况下隐蔽性和隐 写容量相互制约:隐写容量越大,则对掩护媒体 的改变愈多,被检测察觉的可能性就越高。

 高效:隐写方法应使用简单,秘密信息的嵌入与 提取操作要快速便捷,系统的执行时间应当尽量 少。

 首先,JPEG图像格式是互联网上图像传 输的事实标准,使用这一图像格式比起 其它格式来更不会引起怀疑。

 其次,JPEG压缩造成的和秘密消息嵌入 带来的图像质量退化是肉眼很难分辨。

 JPEG图像的隐写算法嵌入流程为: 1、对JPEG图像的压缩数据进行解码,得 到量化后的DCT系数。 2、按照某种隐写算法的嵌入规则对DC量 化系数做些微小的修改,将要隐藏的 秘密消息嵌入到量化系数中。 3、对修改后的量化系数表进行熵编码, 重新生成压缩数据,即载密JPEG图像

 Jpeg-steg方法将秘密信息藏在JPEG文件中 DCT系数的LSB里,从而保证在隐写之后人 眼无法分辨隐写图与原图的差别。提取秘密 消息时,只需将载密图像中不等于0、l的量 化DCT系数的LSB取出即。

8×8区块 (2)将每个区块利用离散余弦转换成频率域系数; (3)利用用户选定的量化表对频率域系数进行量化 (4)对秘密信息进行z字形扫描,并对除了0与1之

 Jpeg-steg法的优点在于针对广泛应用的 JPEG图像进行隐写,具有较好的实用性;

 缺点是是利用x2分析可以很容易地检测出 秘密信息的存在,因此,其安全性并不好 。

 F3密写可以对抗x2分析。但由于在隐藏 秘密信息0时,可能产生无效隐藏。相当 于增加了0的隐藏数量,因此,嵌入后 DCT系数直方图中,偶数位置的灰色柱 要比奇数位置上灰色柱突出。分析者可 根据这个特征分析出秘密信息的存在。

 在F4隐写中,用正奇数和负偶数代表1, 负奇数和正偶数代表0,其他同F3隐写算 法相同。经过这样的改进,嵌入秘密比 特1时也会产生无效隐藏,也要重新嵌入 ,所以避免了F3隐写算法的不足,可以 对抗x2分析。

 F5隐写对F4隐写的改进主要有两点:一是 在秘密信息嵌入前混洗DCT系数,混洗的 方法作为密钥。这也是密码术同隐写术结 合的令一种方式。在隐写后,进行逆混洗 ,得到含密图像。另一改进是实施矩阵编 码嵌入。使用矩阵编码可以在只修改一个 数据的情况下,在2k-1个数据中,隐藏k比 特信息,减少对数据的修改,提高嵌入效 率。也就减少了隐藏秘密信息带来的失真

 数字水印(digital watermark)技术,是指在 数字化的数据内容中嵌入不明显的记号。

 被嵌入的记号通常是不可见或不可察的,但是 通过一些计算操作可以检测或者提取。

 水印与源数据(如图象、音频、视频数据)紧 密结合并隐藏其中,成为源数据不可分离的一 部分,并可以经历一些不破坏源数据使用价值 或商用价值的操作而存活下来。

 最重要的应用:版权保护  盗版跟踪:数字指纹  拷贝保护:DVD播放器  图像鉴定:检测数据是否被修改  票据防伪

经过一系列隐藏处理 ,使目标数据没有明显的降质现象,在视觉 或听觉上具有不可感知性。

 通用性:好的水印算法适用于多种文件格式和媒体格式。通用 性在某种程度上意味着易用性。

 鲁棒水印要求嵌入的水印能够经受各种常用的编辑处理,主 要用于在数字作品中标识著作权信息;

 脆弱水印对信号的改动很敏感,根据脆弱水印的状态就可以 判断数据是否被篡改过,主要用于完整性保护 。

 直接在空间域中对采样点的幅度值作出改变,嵌入水印信息 的称为空间域水印;

 非盲水印在检测过程中需要原始数据,而盲水印的检测只需 要密钥,不需要原始数据。

 空域算法:此算法首先把一个密钥输入一个m-序 列发生器来产生水印信号,然后排列成2维水印 信号,按象素点逐一插入到原始图象象素值的最 低位。由于水印信号被安排在了最低位上,它是 不可见的,基于同样的原因,它可以轻易地被移 去,因此不够强壮。

 .文本水印算法:它们主要是通过轻微改变字符 间距,行间距或是增加、删除字符特征如底纹线 等方法来嵌入水印。或是在符号级或语义级加入 水印。例如,可以用big替换文本中的large。

 压缩域算法:把水印信号加到表示视频帧的数据流中 去。对于输入的MPEG-2数据流而言,可分为数据头信 息、运动向量和DCT编码信号块三部分,对DCT编码数 据块中每一输入的Huffman码进行解码和逆量化,把得 到的DCT系数与相应水印信号块的变换系数相加,对新 的DCT系数重新进行量化和Huffman编码。然后比较新 的Huffman码字的位数n1与原来的无水印系数的码字n0, 只在n1不大于n0的时候才传输水印码字,否则传输原 码字。这就保证了不增加视频数据流的位率。

 NEC算法:NEC实验室的COX等人提出的基于扩展 频谱的水印算法,原则为:

1)水印信号应该嵌入源数据中对人的感觉最重要 的部分。在频谱空间中,这种重要部分就是低频 分量。这样,攻击者在破坏水印的过程中,不可 避免地会引起图象质量的严重下降。

2)水印信号应该由具有高斯分布的独立同分布随 机实数序列构成。这使得水印经受多拷贝联合攻 击的能力大大增强。

3)实现方法是:对整幅图象做DCT变换,选取除 DC分量外的1000个最大的DCT系数插入由N(0,1) 所产生的一个实数序列水印信号。

 生理模型算法:利用人的生理模型的特 性,包括HVS和HAS来提高多媒体数据压 缩系统质量和效率。它们的基本思想是 利用从视觉模型导出的JND描述来确定在 图象的各个部分所能容忍的数字水印信 号的最大强度,从而避免破坏视觉质量。 这一方法同时具有好的透明性和强壮性。

 鲁棒性攻击 它包括常见的各种信号处理操作,如图象 压缩、线性或非线性滤波、叠加噪声、图 象量化与增强、图象裁剪、几何失真、模 拟数字转换以及图象的校正等。

这是针对可逆、非盲(non-oblivious) 水印算法而进行的攻击。其原理为设原始 图象为I,加入水印WA的图象为IA=IWA。 攻击者首先生成自己的水印WF,然后创建 一个伪造的原图IF=IA-WF,也即 IA=IFWF。这就产生无法分辨与解释的 情况。防止这一攻击的有效办法就是研究 不可逆水印嵌入算法,如哈希过程。

Stirmark是英国剑桥大学开发的水印攻击软 件,它采用软件方法,实现对水印载体图象进行 的各种攻击,从而在水印载体图象中引入一定的 误差,我们可以以水印检测器能否从遭受攻击的 水印载体中提取/检测出水印信息来评定水印算法 抗攻击的能力。如StirMark可对水印载体进行重 采样攻击,它可模拟首先把图象用高质量打印机 输出,然后再利用高质量扫描仪扫描重新得到其 图象这一过程中引入的误差。

其攻击方法是首先把图象分割成为 许多个小图象,然后将每个小图象放在 HTML页面上拼凑成一个完整的图象。一 般的Web浏览器都可以在组织这些图象 时在图象中间不留任何缝隙,并且使其 看起来这些图象的整体效果和原图一模 一样,从而使得探测器无法从中检测到 侵权行为。

所谓串谋攻击就是利用同一原始多 媒体数据集合的不同水印信号版本,来 生成一个近似的多媒体数据集合,以此 来逼近和恢复原始数据,其目的是使检 测系统无法在这一近似的数据集合中检 测出水印信号的存在。

跳跃攻击主要用于对音频信号数字水印系统的攻击,其一般 实现方法是在音频信号上加入一个跳跃信号,即首先将信号数据 分成500个采样点为一个单位的数据块,然后在每一数据块中随机 复制或删除一个采样点,来得到499或501个采样点的数据块,然 后将数据块按原来顺序重新组合起来。实验表明,这种改变对古 典音乐信号数据也几乎感觉不到,但是却可以非常有效地阻止水 印信号的检测定位,以达到难以提取水印信号的目的。类似的方 法也可以用来攻击图象数据的数字水印系统,其实现方法也非常 简单,即只要随机地删除一定数量的象素列,然后用另外的象素 列补齐即可,该方法虽然简单,但是仍然能有效破坏水印信号存 在的检验。

 数字图像处理的编码与压缩原理  数字图像相关的概率统计特征  数字图像的DFT、DCT、DWT变换  计算机密码学作为前处理和后处理  各种攻击算法的原理  VC的编程环境或MATLAB软件等

 数字水印系统所隐藏的信息总是与被保护的数字对 象或它的所有者有关, 而信息隐写系统可以隐藏任何 信息

 在发送者与接收者之间的通信方式不同。隐写术通 常是点对点的, 而数字水印技术通常是一点对多点的

 隐写术时信息隐藏的一个重要分支,专门研究如何 隐藏实际存在的信息隐藏信息可以与被保护信息无 任何关联水印并不总需隐藏,如可见水印,隐藏信 息与被保护信息间由密切关系

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