图像文件防篡改技术综述

张昊昱 王娟 李良潇 洪兴宇

成都信息工程大学 网络空间安全学院 四川 成都 610200

引言

防篡改技术，主旨是指利用原图片数据和待测图片数据进行对比，判断是否被篡改。图像文件可以分成位图文件和矢量图文件，位图由像素点构成，具有单元素、单层次等特征。矢量图由直线和曲线等元素构成，具有多层次、多元素等特征。本文就此两种主流图片的防篡改技术进行总结和分析，并探讨其未来发展趋势。

1 位图文件的防篡改

位图文件在生产生活中的应用十分广泛，比如相片、彩超以及遥感影像等。位图文件格式很多，如：BMP、JPEG、PNG等。

文献[1]提出将图像块分类并生成各自的图像校验码和特征值，借此生成水印并使用LSB算法进行水印嵌入，从而得到再次生成的水印信息，比较两个水印信息即可获取篡改位置，但其对子块分类之精度仍有不足。文献[2]提出利用密钥生成伪随机二值矩阵作为认证水印，对每个像素最低有效位置零后进行Contourlet变换嵌入认证水印，对待检测图像进行同嵌入过程的Contourlet变换从而提取水印信息，与原认证水印逐位比较即可达到防篡改目的。文献[3]提出，结合格网划分思想和感知哈希技术设计一种对内容操作保持具有鲁棒性，对内容改变操作具有敏感性的DEM感知哈希算法实现防篡改。但此算法仅针对数据高程模型且防篡改精度有限，局限性很大。文献[4]提出利用PCA降维处理DCT系数首位数字特征进行特征抽取，定位JPEG图片的篡改区域。利用RGB颜色空间的B分量嵌入脆弱水印，采用盲提取水印算法提取脆弱水印并利用混沌映射形成脆弱水印矩阵并进行2×2分块，R、G、B分量进行分块计算均值并提取最高4bit组成2×2矩阵，两者的2×2分块进行比较即可达到防篡改目标，但其针对某些篡改方式、如JPEG压缩攻击时性能不高。

综上可知，针对位图文件的防篡改技术的研究十分广泛。其中心原理是：首先将位图文件数据划分成小单元块，以多种傅里叶变换为方式提取出文件特征作为图像校验码，或者采用水印技术把特征值嵌入到文件，需要时提取水印嵌入的特征值进行对比，从而获取被篡改的位置。

2 矢量图文件的防篡改

矢量图文件的应用领域十分广泛，然而针对矢量图文件防篡改技术研究领域鲜有人至。采用基于聚类的实体分组方法，将矢量地图进行数据划分，利用混沌映射为每个实体组产生脆弱水印，采用修改脆弱水印最低有效位方式嵌入水印后，在待检测图像的每个实体组中提取排序后各坐标点水印嵌入位的最低有效位连成二值序列，与原有脆弱水印进行逐位对比即可达到防篡改目标。该技术的主旨为对矢量图的数据进行分块处理产生水印并进行嵌入，需要时提取水印嵌入的特征值进行对比，从而获取被篡改的位置。

该针对矢量图文件的防篡改技术有效保持了矢量地图文件的数据精度，但其泛用性很弱，仅限于使用地理信息系统（GIS）进行处理的矢量地图文件格式（SHP），解码方式不同于使用AutoCAD处理的矢量图文件，如：DXF、DXB和DWG等。若将使用AutoCAD处理的矢量图文件强行转换成SHP格式，会造成要素丢失变形、数据冗余、属性信息不足等问题，从而造成源文件数据大范围失真。

3 研究现状及未来展望

针对图像文件防篡改技术研究现状为：①针对位图文件防篡改技术研究居多，针对矢量图文件防篡改技术研究的文献少有。②现有针对位图文件篡改技术十分成熟，已经可以解决大部分的针对位图文件的篡改攻击问题。③现有针对图像文件篡改技术大多只针对一种或几种格式的图像文件，存在泛用性弱的缺点。

针对图像文件的防篡改技术的研究未来可分为两个方向。一是针对位图文件防篡改技术的优化。现有针对位图文件防篡改技术，其精度和速度方面的研究已硕果累累，甚至对篡改位置的恢复研究也初步见效。然而针对位图文件的防篡改技术的泛用性的研究仍具有很大的研究空间。是否存在一种可以针对所有格式的位图文件的防篡改技术，或者是否存在一种可以防范所有针对某种格式的位图文件的篡改方式的技术等等。现有针对位图文件的防篡改技术的原理大致相同，因此针对位图文件的防篡改技术的泛用性研究是具有一定的研究价值的。

二是针对其他矢量图文件的防篡改技术的研究。现有针对矢量图文件的防篡改技术研究文献稀少，针对矢量图文件的防篡改技术的研究前景十分广阔。针对矢量图文件的防篡改技术研究未来可以分三步进行：首先是针对各种格式的矢量图文件防篡改技术研究，且可以细化为针对不同篡改方式各种格式矢量图文件的防篡改技术研究。第二步是将其数据源分类，各自成为一个研究方向。如针对数据来自人为构造的矢量图文件的防篡改技术研究可以成为一个方向，针对数据来自自然采集的矢量图文件防篡改技术研究为另一个方向。第三步，分析各种针对矢量图文件的防篡改技术原理是否有共同的特点，是否有可能存在一个适用于所有矢量图文件的防篡改技术。针对矢量图文件的防篡改技术研究进行到这一步已然是最为艰难的阶段，进行到这步就说明针对矢量图文件防篡改技术的研究已经有了相当可观的成果。