信息隐藏与数字水印的研究及展望

信息与电脑

China Computer&Communication

2011年3月刊

信息隐藏与数字水印的研究及展望

刘昌明

（重庆电子工程职业学院软件工程系，重庆 401331）

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2011）03-0140-02

随着计算机信息技术和网络技术的快速发展，多媒体信息在网络上的传输、发布和流通带来了一系列问题和应用需求。通过网络或物理介质传输数据文件或作品使恶意的个人和团体有可能在没有得到作品所有者的许可就任意删改、拷贝或传播有版权的内容，从而严重损害到版权所有者的利益。因此如何在网络环境中实施有效的版权保护和信息安全成为一个迫在眉睫的现实问题。原有的版权保护和信息安全主要是基于传统的密码学，但随着计算机技术的发展，传统密码学在安全性和流通性上日益暴露出缺点和不足，信息隐藏和数字水印技术则为上述问题提供了一套解决方案。

数据中。水印检测与提取模块用来判断某一数据中是否含有水印或者将水印提取出来。在某些情形(如盲水印系统)中，原载体数据是不需要的。

2.2数字水印的应用领域

(1) 版权保护是数字水印技术最重要的应用领域。在网络环境中，人们提供的数字服务将越来越多，如数字图书馆、数字电视、数字新闻等，这些服务提供的都是数字作品，其具有易修改、易复制的特点。服务提供商在向用户发放数字作品时，将双方的信息代码以水印的形式隐藏在作品中。“数字水印”利用信息隐藏原理使版权标志不可见或不可听，既不损害原作品，又达到了版权保护的目的。目前，用于版权保护的数字水印技术已经进人了初步实用化阶段，IBM公司在其“数字图书馆”软件中就提供了数字水印功能，Adobe公司也在其著名的Photoshop软件中集成了Digimarc公司的数字水印插件。

(2) 叛徒追踪是指数字指纹的应用，主要是为了识别数据的单个传播拷贝。如将标识版权信息和原创者的一些序列号嵌入到被保护的数据中以达到产品跟踪和监视的作用。所以也常把数字水印的这种应用称为“数字指纹”，它涉及到在每个传播的数据拷贝中分别嵌入不同的水印。因为单独水印拷贝的传播容易受到共谋攻击，嵌人的水印必须设计成共谋安全的，同样，在一些数字指纹的应用中，需要容易和简单地提取水印，例如在互联网应用中搜索被盗版的水印图像需要有较好的实时性和效率。针对标准数据处理和蓄意攻击也需要具有较高的稳健性。

(3) 拷贝保护是多媒体传播系统中一个有价值的特征，它禁止对媒体的非授权拷贝。在开放系统中，要实现拷贝保护是非常困难的。然而在封闭的或私有系统中则是可行的。在那种状态下可以利用数字水印来指示数据的拷贝状态。一个典型的例子是DVD系统，其数据中包含嵌入水印的拷贝信息，一个相应的DVD系统对含有“拷贝一次”水印的数据可以被拷贝，但接下来的连续再拷贝则被禁止。

(4) 认证和完整性校验优点在于认证同内容是密不可分的，因而简化了处理过程。当对嵌人水印的数字内容进行检验时，必须用惟一的与数据内容相关的密钥提取出水印，然后通过检验提取出的水印完整性来检验数字内容的完整性。其主要应用集中在：电子商务、网上银行交易、数字签名和个人隐私等。数字水印在网上交易中，交易体系的任何一方发送或接收信息时，将各自的特征标记以水印的形式加入到传递的信息中，这种水印是不能被去除的，以达到确认其行为的目的。对于数据完整性的验证是要确认数据在网上传输或存储过程中并没有被篡改。通过使用脆弱水印技术保护的媒体一旦被篡改就会破坏水印，将很容易被识别。

(5) 隐蔽通信及其对抗引发了信息战尤其是网络情报战的革命，产生了一系列新颖的作战方式，引起了许多国家的重视。网络情报战是信息战的重要组成部分，其核心内容是利用公用网络进行保密数据传送。迄今为止，学术界在这方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思维模式，然而，经过加密的文件往往是混乱无序的，容易引起攻击者的注意。网络多媒体技术的广泛应用使得利用公用网络进行保密通信有了新的思路，利用数字化声像信号相对于人的视觉、听觉冗余，可以进行各种时(空)域和变换域的信息隐

1. 信息隐藏技术

信息隐藏不同于传统的密码学技术。密码学技术主要是研究如何将机密信息进行特殊的编码，以形成不可识别的密码形式(密文)进行传递，监测者或非法拦截者可通过截取密文，并对其进行破译，或将密文进行破坏后再发送，从而影响机密信息的安全。而信息隐藏则主要研究如何将某一机密信息秘密隐藏于另一公开的信息中，然后通过公开信息的传输来传递机密信息，监测者或非法拦截者则难以从公开信息中判断机密信息是否存在，难以截获机密信息，从而能保证机密信息的安全。信息隐藏技术是利用载体信息的冗余性，将秘密信息隐藏于普通信息之中，通过普通信息的发布而将秘密信息发布出去。信息隐藏的特征：鲁棒性、不可感知性、透明性、安全性和自恢复性。

(1) 鲁棒性指不因封面信息的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力。这里所谓的“改动”包括传输过程中的信道噪音、滤波操作、重采样、有损编码压缩、D/A或A/D转换等。

(2) 不可感知性指隐蔽载体与原始载体具有一致的特性。如具有一致的统计噪声分布等，以便使非法拦截者无法判断是否有隐蔽信息。

(3) 透明性指利用人类视觉系统或人类听觉系统属性，经过一系列隐藏处理，使目标数据没有明显的降质现象，而隐藏的数据却无法人为地看见或听见。

(4) 安全性指隐藏算法有较强的抗攻击能力，即它必须能够承受一定程度的人为攻击，而使隐藏信息不会被破坏。

(5) 自恢复性指只从留下的片段数据，仍能恢复隐藏信号，而且恢复过程不需要宿主信号。

2. 数字水印技术

数字水印是信息隐藏技术研究领域的一个重要分支，是实现版权保护的有效办法。它是通过一定的算法将具有特定意义的标志性信息(水印)利用数字嵌入的方法隐藏在数字图像、声音、文档、视频等要保护的数字产品中，这种被嵌入的水印可以是一段文字、标识、序列号等，用以证明创作者对其作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的证据，同时通过对水印的检测和分析来保证数字信息完整性和可靠性。在数字水印系统中，隐藏信息的丢失即意味着版权信息的丢失，从而也就失去了版权保护的功能，说明这一系统就是失败的。由此可见，数字水印技术必须具有较强的鲁棒性、安全性和透明性。

2.1典型数字水印系统模型

一个完整的数字水印系统由两个基本模块组成:水印嵌人模块和水印检测与提取模块。水印嵌入模块负责将水印信号加入到原始载体

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藏，从而实现隐蔽通信。

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提高效率，也间接增强了水印的安全。

(4)数字水印代理其核心思想是将数字水印技术与TSA相结合。这种数字水印代理在网络上的服务器之间漫游，扮演着基于数字水印检测、验证和追踪非法拷贝的侦探角色。

(5)网络应用：对于实际网络环境下的数字水印应用，应重点研究数字水印的网络快速自动验证技术，这需要结合计算机网络技术、密码学技术、认证技术和数字签名技术;研究动态水印或具有交互性质的数字水印技术，这要求在水印中有可执行的内容，在网络环境下可以通过在水印中加入Java模块或特定的URL等方法来实现。

3. 展望

信息隐藏与数字水印技术的研究涉及不同学科研究领域的思想和理论，是近几年来国际学术界兴起的一个前沿研究领域，得到了迅速的发展。但在信息技术和网络技术迅速发展的今天，信息隐藏与数字水印技术的研究还有很多问题需要解决。

(1)基本原理和评价方法:目前数字水印技术的研究中的模型和基础理论尚处于雏形阶段，未来需要继续修改和完善水印的基本理论，包括水印理论模型、水印结构、水印嵌入对策、水印检测方法、水印性能评价标准和水印的标准化等。

(2)算法分析及新算法：研究顽健性更好的水印算法仍是数字水印的重点发展方向。但在提高算法稳健性的同时应结合人类视觉特点和听觉特点，以保持较好的不可见性和较大的信息容量。同时引入其他领域的先进思想和技术到水印领域。例如混沌理论、神经网络理论和分形理论等。

(3)分级水印：根据不同的数字产品分等级插人水印，即对较重要的内容和对安全性要求高的内容插人强度大、安全性好的水印，而对不太重要的内容和对安全性要求不高的内容插入强度小、安全性一般的水印，以适应实际应用的要求，这种分安全等级的水印方案有助于

参考文献：

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[3] 吴建军，杨格兰.信息隐藏与数字水印的研究及发展.山西:山西科技.2006.1.

[4] 潘志红，李志娟，龚自霞．数字水印技术综述[J]．计算机与数字工程，2008，36(4)：119-121．

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划，为图书馆专业毕业的人员创造提高的机会，使培训工作制度化、规范化、经常化。

3.2 自学是最切实可行而且有效的学习方式。考虑到人员普遍紧缺的现实情况，自学就成为最便利和可靠的提高方法。图书馆是一个造就人才的好地方，它是人类知识财富汇集和辐射中心。作为图书馆工作人员有着得天独厚的优越条件，可谓是“近水楼台先得月”。

3.3 岗位技能培训，在岗练兵，是我国在长期实践中形成的一种好形式。图书馆应当经常开展馆内经验交流，让技术娴熟的工作人员举办业务讲座，同事之间应当经常交流学习并写出工作心得、体会。

3.4 “走出去”。图书馆可以派人外出参加脱产学习（包括攻读图书馆专业、管理学专业学位和访问学者），也可以组织人员外出参观、考察，参加学术研讨会进行学术交流。

3.5“请进来”。定期或不定期地邀请国内外同行专家来馆举办专题讲座。

总之，图书馆工作人员的继续教育在形式上应当是灵活多样，在内容上应当是丰富多彩和有针对性的，同时必须是制度化和经常化的，使之形成一种良好的风气。

参考文献：

[1] 邓胜利.我国数字图书馆的发展现状调查[J].北京：情报资料工作.2003（6），14-17.

[2] 田慧梅.浅谈数字图书馆的发展[J].呼和浩特：内蒙古科技与经济.2009(5)，140-141.

[3] 朱红艳.提高高校图书馆外文图书的利用率[J].西安：新西部.2008(12),244,241.

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[5] 赵永森.数字图书馆及其工作人员素质[J].郑州：河南图书馆学刊.2002（5），58-60.

作者简介：李英珍，女，1966年生，硕士，河南师范大学图书馆馆员，主要从事图书馆理论与实践研究。

【基金项目】：2011年度河南省政府决策研究招标课题《河南省高校图书馆服务中原经济区建设作用途径研究》的阶段性成果

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