数字水印在多媒体信息安全中的应用

数字水印在多媒体信息安全中的应用

樊冯飞

关键词:数字水印信息伪装版权保护信息安全多媒体

0引言

随着信息技术和计算机网络的飞速发展，许多传统媒体都开始向数字化方向发展，数字化的多媒体数据(如电子出版物、音频、视频、动画、图像产品等)为信息的广泛传播提供了极大便利。但是多媒体数据的数字化特点决定了通过网络传输数据文件或作品，使有恶意的个人或团体有可能在没有得到作品所有者的许可下拷贝和传播有版权的内容，从而可以对数字化的艺术或影视作品通过简单的复制牟取暴利，或者轻易的对政府办公文件或者其他机密信息进行篡改和恶意攻击。据美国唱片行业协会(RIAA)估计，全世界每年因盗版而造成的经济损失高达50亿美元。美国电影行业协会(MPAA)则估计，盗版使美国电影业的年收入减少了25亿美元。此如何在网络环境中实施有效的版权保护（copyrightprotection)和信息安全(infor2mationsecurity)手段成为一个迫在眉睫的现实问题。

1数字水印技术原理及现状

数字水印技术是将一种特制的不可见的标记，利用数字内嵌的方法隐藏在数字图像、声音、文档、图书、视频等数字产品中，用以证明原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，同时通过对水印的探测和分析保证数字信息的完整可靠性，从而成为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段。水印信息可以是作者的序列号、公司标志、有特殊意义的文本等，可用来识别文件、图像或音乐制品的来源、版本、原作者、拥有者、发行人、合法使用人对数字产品的拥有权。与加密技术不同，数字水印技术并不能阻止盗版活动的发生，但它可以判别对象是否受到保护，监视被保护数据的传播、真伪鉴别和非法拷贝、解决版权纠纷并为法庭提供证据。

数字水印技术的研究虽然只有短短几年时间，但其软件产业已经有相当的规模。早在1995年，数字水印技术的研究还刚刚开始不久，美国的Digimarc公司就率先推出了世界上第一个商用数字水印软件，而后又以插件形式将该软件集成到AdobePhotoshop4.0和CorelDraw7.0中。数字水印技术的商品化速度如此之快反映出其迫切的市场需求。到目前为止，数字水印从研究对象上看主要涉及图像水印、视频水印、音频水印、文本水印和三维网格数据水印等几个方面，其中大部分的水印研究和论文都集中在图像研究上，其原因在于图像是最基本的多媒体数据，且互联网的发展为图像水印的应用提供了直接大量的应用需求。最近视频水印也有一定程度的研究和发展。由于视频可以看成时-空域上的连续图像序列，所以许多图像水印的研究成果可以直接应用于视频水印上。但后者数量级要高很多，特别是需要考虑实时性问题。

目前数字水印技术主要用于以下几个方面:第一，版权保护。即数字作品的所有者可用密钥产生一个水印，并将其嵌入原始数据，然后公开发布他的水印版本作品。第二，添加指纹。为避免未经授权的拷贝制作和发行，出品人可以将不同用户的ID或序列号作为不同的水印(指纹)嵌入作品的合法拷贝中用以确定其来源。第三，标题与注释。即将作品的标题、注释等内容以水印形式嵌入该作品中。多用于网络图像内容的保护。第四，篡改提示。将原始图像分成多个独立块，再将每个块加入不同的水印。同时可通过检测每个数据块中的水印信号，来确定作品的完整性。多用于法庭、医学、新闻及商业。第五，使用控制。比如CD数据盘中秘密的数字水印信息可以有条件的控制什么样的人可以访问该CD盘中的内容。

2数字水印技术在多媒体信息安全中的具体应用

2.1数字作品的版权保护数字作品的版权所有者可将版权信息作为水印嵌入到作品中成为其不可分离的一部分，在发生盗版行为或版权纠纷时则可从作品中提取出水印以证明对该作品的所有权。

2.2数字指纹当数字作品版权所有者分发其作品时，为避免该作品被非法拷贝及发行，可向分发给不同用户的作品中嵌入不同的水印，一旦发生非法拷贝，即可根据非法作品中的水印信息确定其来源。这样，数字指纹可作为调查非法拷贝和发行的技术手段。

2.3拷贝控制实际上，无论版权保护还是数字指纹都不能彻底阻止非法拷贝，只能作为威摄和调查取证的工具，要杜绝非法拷贝最终离不开硬件上的改进。在生成一个数字作品(如数字音频、视频)时即向其中嵌入一个水印以指明它能否被复制及可以重复拷贝的次数，若要对这样的数字作品进行复制，预置了水印检测电路的复制设备在检测到水印信息后即会做出相应的反应，或不允许复制，或控制复制的次数。要做到这点，所有录制设备都要增加检测水印的电路。目前，制片商和DVD影碟机厂家联手开发利用水印技术阻止非法拷贝机制的行动已经进入起步阶段。

2.4信息正确性保护在电子商务中涉及到交易双方大量信息的传送，由于传输媒介的影响、误操作或受到恶意攻击都可能导致欲传输信息的改变，从而对接收方造成严重的影响。针对这一问题，可在信息中嵌入脆弱水印或半脆弱水印，接收方对嵌入的水印进行检测，如果发现接收数据中不包含水印或水印被破坏，则表明信息在传输过程中发生了变化，可通知发送方重新发送信息并将已收到的错误信息丢弃。通过这种方法可以保证信息的正确性。

2.5电子票据的保护作为交易的凭证，与传统交易一样，电子商务中也需要一定的票据。与传统交易不同的是在电子商务中的票据都是通过网络传递的。如何鉴定这些电子票据的真伪是决定电子商务是否能顺利进行的关键性问题。针对这个问题，可以在交易双方的电子票据中嵌入数字水印形式的签名和日期。这样可以辨别真伪并且同时确定交易双方的身份和交易的时间，从而解决了交易过程中的不可抵赖性问题，而且还可以在发生纠纷时作为证据。为了防止水印被破坏，用于这一领域的水印必须是鲁棒型水印。

数字水印是当前数字信号处理、图像处理、密码学、通信、算法设计等学科的交叉领域。在网络技术迅速发展的今天，数字水印技术的研究更具有明显的意义。随着应用的日益深入，数字水印已不再局限于标注版权信息，它在多媒体作品的销售、播放和使用的各个环节中都产生了新的用途，将对保护各种形式的数字产品起到重要作用。经过短短几年的发展，数字水印的嵌入技术已经取得了长足进步。目前数字水印技术仍有一些尚待解决的问题，如标准的制定、算法分析、数字水印与密码技术的结合、数字水印与压缩算法的统一等，这些问题的解决将会进一步促进数字水印技术的发展和应用。但数字水印潜在的价值是巨大的，特别是在迫切需要解决的版权保护等方面，有着无法代替的前景，相信在未来的信息安全体系中，数字水印技术必将发挥重要作用。

参考文献：

[1]杨义先.信息隐藏技术———隐写术与数字水印[M].北京:人民邮电出版社.2001.

[2]刘彤，裘正定.数字水印技术在多媒体信息安全中的应用[DB/OL].2001.4.

[3]StefanKatzenbeisser,FabienA.P.Petitcolas.InformatioHid2ingTechniquesforSteganographyandDigitalWatermarking[M].ArtechHouse,Boston,London,1999.