关于数字水印在网络安全方面的应用
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发布时间：2022-04-21 17:39
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时间：2023-09-18 00:16
数字水印技术 数字水印（Digital Watermarking）技术是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体(包括多媒体、文档、软件等)当中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统(如视觉或听觉系统)觉察或注意到。通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。
作为数字水印技术基本上具有下面几个方面的特点：
----安全性：数字水印的信息应是安全的，难以篡改或伪造，同时，应当有较低的误检测率，当原内容发生变化时，数字水印应当发生变化，从而可以检测原始数据的变更；当然数字水印同样对重复添加有有强的抵抗性
----隐蔽性：数字水印应是不可知觉的，而且应不影响被保护数据的正常使用；不会降质；
----鲁棒性：是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持部分完整性并能被准确鉴别。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数/模与模/数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。主要用于版权保护的数字水印易损水印（Fragile Watermarking），主要用于完整性保护，这种水印同样是在内容数据中嵌入不可见的信息。当内容发生改变时，这些水印信息会发生相应的改变，从而可以鉴定原始数据是否被篡改。
----水印容量：是指载体在不发生形变的前提下可嵌入的水印信息量。嵌入的水印信息必须足以表示多媒体内容的创建者或所有者的标志信息，或购买者的序列号，这样有利于解决版权纠纷，保护数字产权合法拥有者的利益。尤其是隐蔽通信领域的特殊性，对水印的容量需求很大。
数字水印的分类
----1.按特性划分
----按水印的特性可以将数字水印分为鲁棒数字水印和易损数字水印两类。鲁棒数字水印主要用于在数字作品中标识著作权信息，利用这种水印技术在多媒体内容的数据中嵌入创建者、所有者的标示信息，或者嵌入购买者的标示（即序列号）。在发生版权纠纷时，创建者或所有者的信息用于标示数据的版权所有者，而序列号用于追踪违反协议而为盗版提供多媒体数据的用户。用于版权保护的数字水印要求有很强的鲁棒性和安全性，除了要求在一般图像处理（如：滤波、加噪声、替换、压缩等）中生存外，还需能抵抗一些恶意攻击。
----易损水印（Fragile Watermarking），与鲁棒水印的要求相反，易损数字水印主要用于完整性保护，这种水印同样是在内容数据中嵌入不可见的信息。当内容发生改变时，这些水印信息会发生相应的改变，从而可以鉴定原始数据是否被篡改。易损水印应对一般图像处理（如：滤波、加噪声、替换、压缩等）有较强的免疫能力（鲁棒性），同时又要求有较强的敏感性，即：既允许一定程度的失真，又要能将失真情况探测出来。必须对信号的改动很敏感，人们根据易损水印的状态就可以判断数据是否被篡改过。
----2.按水印所附载的媒体划分
----按水印所附载的媒体，我们可以将数字水印划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印以及用于三维网格模型的网格水印等。随着数字技术的发展，会有更多种类的数字媒体出现，同时也会产生相应的水印技术。
----3.按检测过程划分
----按水印的检测过程可以将数字水印划分为明文水印和盲水印。明文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。一般来说，明文水印的鲁棒性比较强，但其应用受到存储成本的*。目前学术界研究的数字水印大多数是盲水印。
----4.按内容划分
----按数字水印的内容可以将水印划分为有意义水印和无意义水印。有意义水印是指水印本身也是某个数字图像（如商标图像）或数字音频片段的编码；无意义水印则只对应于一个序列号。有意义水印的优势在于，如果由于受到攻击或其他原因致使解码后的水印破损，人们仍然可以通过视觉观察确认是否有水印。但对于无意义水印来说，如果解码后的水印序列有若干码元错误，则只能通过统计决策来确定信号中是否含有水印。
----5.按用途划分
----不同的应用需求造就了不同的水印技术。按水印的用途，我们可以将数字水印划分为票证防伪水印、版权保护水印、篡改提示水印和隐蔽标识水印。
----票证防伪水印是一类比较特殊的水印，主要用于打印票据和电子票据、各种证件的防伪。一般来说，伪币的制造者不可能对票据图像进行过多的修改，所以，诸如尺度变换等信号编辑操作是不用考虑的。但另一方面，人们必须考虑票据破损、图案模糊等情形，而且考虑到快速检测的要求，用于票证防伪的数字水印算法不能太复杂。
----版权标识水印是目前研究最多的一类数字水印。数字作品既是商品又是知识作品，这种双重性决定了版权标识水印主要强调隐蔽性和鲁棒性，而对数据量的要求相对较小。
----篡改提示水印是一种脆弱水印，其目的是标识原文件信号的完整性和真实性。
----隐蔽标识水印的目的是将保密数据的重要标注隐藏起来，*非法用户对保密数据的使用。
----6.按水印隐藏的位置划分
----按数字水印的隐藏位置，我们可以将其划分为时（空）域数字水印、频域数字水印、时/频域数字水印和时间/尺度域数字水印。
----时（空）域数字水印是直接在信号空间上叠加水印信息，而频域数字水印、时/频域数字水印和时间/尺度域数字水印则分别是在DCT变换域、时/ 频变换域和小波变换域上隐藏水印。
----随着数字水印技术的发展，各种水印算法层出不穷，水印的隐藏位置也不再局限于上述四种。应该说，只要构成一种信号变换，就有可能在其变换空间上隐藏水印。
按水印的特性可以将数字水印分为鲁棒数字水印和脆弱数字水印。鲁棒数字水印主要用于在数字作品中标识著作权信息，它要求嵌入的水印能够经受各种常用的编辑处理；脆弱数字水印主要用于完整性保护，脆弱水印必须对信号的改动很敏感，人们根据脆弱水印的状态就可以判断数据是否被篡改过。 Enterprise Culture--Its Meaning and Implications for Ecation and Training.
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Self-Employment and Home Ownership after the Enterprise Culture
R Burrows, J Ford - Work Employment & Society, 1998 - wes.sagepub.com 数字水印（或数字水印），是指将特定的信息嵌入数字讯号中，数字讯号可能是音频、图片或是影片等。若要拷贝有数字水印的讯号，所嵌入的信息也会一并被拷贝。数字水印可分为浮现式和隐藏式两种，前者是可被看见的水印（visible watermarking），其所包含的信息可在观看图片或影片时同时被看见。一般来说，浮现式的水印通常包含版权拥有者的名称或标志。右侧的示例图片便包含了浮现式水印。电视台在画面角落所放置的标志，也是浮现式水印的一种。隐藏式的水印是以数字数据的方式加入音频、图片或影片中，但在一般的状况下无法被看见。隐藏式水印的重要应用之一是保护版权，期望能借此避免或阻止数字媒体未经授权的复制和拷贝。隐写术（Steganography）也是数字水印的一种应用，双方可利用隐藏在数字讯号中的信息进行沟通。数字照片中的注释数据能记录照片拍摄的时间、使用的光圈和快门，甚至是相机的厂牌等信息，这也是数字水印的应用之一。某些文件格式可以包含这些称为“metadata”的额外信息。数字水印 scheme 示例 一般常见的数字水印 scheme 定义为：其中 E 定义了嵌入（embedding）功能、D 侦测（detecting）功能、R 恢复（retrieval）功能，M 则是所夹带的消息。此外，嵌入参数 定义了 E 定义嵌入功能使用的参数组， 定义了侦测参数，而 恢复参数。因此，每一个水印 scheme Ω 根据上述的参数不同可能会有不同的结果。[编辑] 性质要求 安全性：水印信息应当难以篡改、难以伪造；隐蔽性：水印对感官不可知觉，水印的嵌入不能影响被保护数据的可用性大大降低。不具备这一特性的水印，称为可见水印（Visible Watermarking）。如电视台播放信号的时候在某个角落经常嵌有它的标志。鲁棒性：水印能够抵御对嵌入后数据的一定操作，而不因为一些细微的操作而磨灭。包括数据的传输中产生的个别位错误，图像或视频、音频的压缩。不具备这一特性的水印，称为脆弱水印（Fragile Watermarking）。水印容量：是指载体可以嵌入水印的信息量。[编辑] 分类 [编辑] 常用技术 [编辑] 数字水印生成技术 伪随机生成扩频水印[编辑] 数字水印嵌入技术 LSBQIMSCS[编辑] 数字水印检测技术 计算自相关[编辑] 数字水印攻击技术 剪切-粘贴攻击[编辑] 图像水印技术 [编辑] 常用水印攻击 数字模拟转换（A/D,D/A conversion）旋转（rotation）放大缩小（scaling）切割（cropping）压缩（compression）再量化（requantization）再取样（resample）[编辑] 功能需求 隐蔽性或透明性（Imperceptible or Transparency）－原始图像在嵌入数字水印后的差异必须是人眼所无法察觉到的，也就是不能降低或破坏原始图像的品质。不易移除性（Non-removable）－水印要设计得不容易甚至不可能被黑客移除。强健性（Robustness）－经过水印技术处理后的图像经由噪声、压缩处理、图像处理以及各种攻击后，所萃取的数字水印仍然可以清楚的体现以便于人眼辨识或判断。明确性（Unambiguous）－萃取的数字水印，经过各种攻击后，失真不会很严重，可以明确的让拥有者辨识或判断。[编辑] 数字水印的发展 [编辑] 图像水印的发展 一般而言，图像水印技术是通过更改图像中的数据来嵌入水印，其作法上有两个主要的领域:空间域（时间域）法早期的图像水印研究主要是发展在空间域中，以灰阶图像而言，每个取样点（pixel）一般是以八个位来表示，且由最高有效位（MSB）开始向右排列至最低有效位（LSB），表示数据位的重要性次序，因此可通过更改每个取样点中敏感度最低的LSB来嵌入水印信息，使得水印具有较高的隐密性，这是信息隐藏技术中最常被用来藏入信息的一个既简单又容易实现的方法。但其缺点是容易被不法人士恶意破坏，且难以抵抗噪声、压缩处理、图像处理以及剪切处理等各种攻击。</dd>变换域法在频域中的水印主要是原始图像转换到频域里，在加入水印数据，将水印嵌入至不同频率成份讯号可满足不同需求，当嵌入至高频讯号，较不容易被人眼视觉系统所察觉，嵌入至低频成份讯号，由于能量较高因而不容易被破坏。</dd>离散余弦转换域离散余弦转换是静态图像压缩技术（如JPEG）以及动态视频压缩技术（如MPEG）中的主要内核，而从图像以8*8的像素区块为单位来做离散余弦转换，转换后仍然以8*8的区块大小来表示频率信息，其目的主要是将区块中各个像素的关系性打散，使得大部分的能量可以集中在少数几个基底函数上。</dd>以离散余弦转换为工具，根据水印所嵌入的频带位置不同又分为:嵌入DC系数的水印技术嵌入低频系数的水印技术</dd>小波域离散小波转换也是一种可将图像的空间域信息转换为频率域信息的技术，其优点除了可以有效的将图像中各个像素的关系性打散之外，还提供了多重分辨率与多频率的特性，使得在处理声音、图像以及视频等信息时的弹性较大，因此近年来被广泛的应用在图像处理、数据压缩以及信息隐藏等研究领域。而离散小波转换可通过相对应的滤波器而分别作用在图像信息中的列与行来实现</dd>以离散小波转换为工具，根据水印所嵌入的频带位置不同又分为: 嵌入频带HL1的水印技术嵌入频带LH2的水印技术[编辑] 参考 [编辑] 参考资料 《音视频处理讲义》，张宝基 著孙圣和，陆哲明，牛夏牧. 数字水印技术及应用，北京, 2004.
