数字水印的相关应用研究

戚娜

（陕西工业职业技术学院 陕西 咸阳 712000）

数字水印的相关应用研究

戚娜

（陕西工业职业技术学院 陕西 咸阳 712000）

随着信息技术的发展，其中信息安全的问题成为学者和用户极为关注的问题。此时数字水印应运而生，它在信息本身嵌入一定的标志，成功解决了诸多信息安全隐患问题，成为信息隐藏技术研究领域的重要分支和研究方向。本文针对数字水印较高的隐蔽性、安全性以及较低的错误率，通过分类研究、对比分析数字水印在解决信息安全问题的多方面应用，得出了数字水印的应用领域以及应用价值，进一步拓宽了数字水印对信息安全的重大意义。

信息安全；数字水印；隐蔽性；安全性；应用领域

信息时代的到来为用户提供诸多便捷享受的同时，也带来了一些安全隐患，每种信息产品都有其创造者、拥有者，在产品传递、使用过程中，如何保护产品的版权不被侵犯，如何证明产品的所有权等成为主要的问题。为了解决这个问题，提出了信息隐藏[1-2]的概念，我们需要将有意义的、能证明版权的信息隐藏在载体信息内部，非法的第三方接收到这个看似普通的信息以后，并不知道其中隐藏了其他的信息，而且即使知道隐藏的信息，也无法了解、提取甚至去除这些隐藏的信息。这样就通过信息隐藏的手段保护了知识产权、实现了隐蔽通信。其中，数字水印[3-4]作为信息隐藏一大分支，以其强鲁棒性与可恢复性受到学者的青睐，作为保护版权等的有效手段。早在1993年，Tirkel等人提出数字水印[5]，在国际学术会议上发表了首篇有关于水印的文章， 题为“Electronic watermark”，该文章指出了数字水印的概念及未来可能领域，并针对灰度图像提出了两种向图像最低有效位中嵌入水印的算法。1996年，第一届国际信息隐藏学术研讨会在英国剑桥牛顿研究所召开，该会议标志着信息隐藏技术的正式诞生。而后，众多学者致力于研究健壮性强的水印算法[6]，水印攻击建模[7-8]，水印应用系统[9]等，使得数字水印的研究更加广泛和成熟。

文中在众多学者研究的基础上，结合近年来众多学者在这方面的深入研究，列出了数字水印的多种经典应用，对每种应用进行分析总结，进一步拓宽数字水印的应用领域，体现其在信息安全中的重要价值。

1 基础知识

任何数字水印的原理均包括两个基本的模块：嵌入水印系统和恢复水印系统。

1）嵌入水印算法中，输入数值、文本、或者图像类型的水印，输入加强安全性的密钥以及载体数据，输出加了水印后的数据，如图1所示。

图1 水印嵌入算法

由图1可知，水印嵌入过程可以表示为D′=E（W，D，K）.

2）恢复水印算法中，由于水印添加的选取方法不同，其基本模型中的输出部分也存在差异，如果能从原始数据中提取到水印数据，那么最终输出关于存在该水印的可能性判定值；如果不能，则恢复出水印值。如图2所示。

图2 水印恢复算法

有原始数据时，W′=D（D′，D，K），验证W=W′是否成立；

有原始水印时，计算S=D（W，D，K）.

任何一种数字水印的算法或应用都是基于该模型的。

2 实现版权保护的数字水印

数字作品不同于纸质作品，纸质作品在传递的过程中仍然会有原始创作者或者拥有者的痕迹证明，如笔迹、姓名等，而对于电脑美工、视频音频等数字作品的复制、修改则比较容易，因此如何保护数字作品的版权问题成为一热点研究内容。

早期保护数字产品的版权采用的是加密的方法，但是这种方法并不能解决图像形式产品的版权所属问题，此时数字水印可以有效解决这类问题，它能够标志数字产品的版权信息，其目的则是在数字作品中嵌入能证明该作品版权的信息，从而制止其他非法的第三方对该作品的占有或篡改[10]。它的基本流程如图3所示。

图3 版权保护的数字水印

数字产品在发行之后，会受到多种数字媒体的处理甚至是不法第三方的攻击，因此，该数字水印必须要能够抵抗媒体的处理或第三方攻击，比如经过图像几何变换、格式转变等，如果数字水印收到攻击或者损坏，水印检测器必须仍然能够检测出其中的水印信息，进而保护数字产品的版权所属。孙[11]等人根据数字水印的不可感知性，提出一种新的关于数字水印盲检测的方案，在弱信号的情况下，能够快速高效地检测出水印信息，并将这种模式的算法扩展到视频和音频内容，更进一步体现了数字水印在保护版权信息方面的巨大作用。

3 防止票据伪造的数字水印

由于高精度打印机和复印机的出现，使得多种票据的伪造更加容易，这些伪造票据的非法流通会为经济和政治等方面带来极大的损害，那么，在票据上增加唯一的、不可见的数字水印就是解决这一问题的有效方法，孙、候等人在此基础上结合具体算法设计了防止票据伪造的方案[12-13]，均为数字水印的进一步改进及应用做了重要的贡献。防止票据伪造的数字水印产生和检测的流程图如图4所示。

图4 防止票据伪造的数字水印

最后，可以通过扫描带有水印的票据来判断它的真假性，如果检测到与之对应的水印，说明该票据是原始的真票据，反之为假。这种方法准确易行、直观可靠，在此基础之上，产生了多种不同的检测算法[14-16]，这些方案从不同的角度极大程度了控制了伪造票据的肆意流通。

4 其他主要应用

1）标识隐藏信息[17]：在遥感图像中，一些标识信息比如：拍摄时间、地点、经纬度等非常重要，如果缺失这些文件，那么拍摄的图像毫无研究意义。数字水印提供了一种隐藏标识的有效办法，只有通过专门的阅读程序才能看到标识信息，达到了隐藏效果。

2）防止篡改数据：由于数据在传输过程中会遇到不法第三方的截取、篡改，所以根据数字水印的不可感知性，如果数据被更改，隐藏的水印能够有效判断。

3）保证通信的隐蔽性：为确保数据的安全性，传统方法是采用加密数据使之在公共网络中传输，

5 结束语

信息的安全问题是制约整个信息技术乃至信息社会的发展，除了采用传统的密码学解决信息安全问题，另一种方法则是通过数字水印的方法，数字水印具有隐蔽性、鲁棒性、防篡改性、不易去除等特点，通过不破坏原始数字产品的前提下，嵌入肉眼无法看到的水印信息，并结合一系列相应的算法，从而可以进行保护版权、辨识证件及票据的真伪、隐蔽通信、检测数据篡改等。数字水印在政治、经济、医学、军事等方面起着至关重要的作用，对其研究仍需要进一步完善和探索。

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Research on the application of digital watermarking

QI Na
（Department of Information Engineering，Shaanxi Polytechnic Institute，Xianyang 712000，China）

With the development of information technology，the problem of information security has become a concern of scholars and users.At this moment，the digital watermarking has emerged，which is embedded in the information itself.It has successfully solved many problems of information security and become an important branch and research direction in the field of information hiding.In this paper，based on the high security and low error rate of digital watermarking，by analyzing in classification and contrast of digital watermarking in solving the problem of information security in many applications，then we obtain the application of digital watermarking and its application value，further expand the important significance of digital watermarking to information security.

information security，digital watermarking；hide；security，application fields

TN918

：A

：1674－6236（2017）01-0152-03

2015-11-30稿件编号：201511289

陕西工业职业技术学院院级科研课题（ZK14-02）

戚 娜（1981—），女，陕西户县人，硕士，讲师。研究方向：数据和信息安全。