簡(jiǎn)說(shuō)數(shù)字水印在數(shù)字檔案管理中的應(yīng)用

邵景霞

1??數(shù)字水印的涵義和特點(diǎn)

數(shù)字水印是將一些標(biāo)識(shí)信息直接嵌入數(shù)字載體（多媒體、文檔、軟件等）當(dāng)中，用來(lái)標(biāo)識(shí)版權(quán)或用戶信息，且不影響原載體的使用價(jià)值，也不容易被探知和修改。數(shù)字水印技術(shù)是從信息隱藏技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，是數(shù)字信號(hào)處理、圖像處理、密碼學(xué)應(yīng)用、算法設(shè)計(jì)等學(xué)科的交叉領(lǐng)域。隨著信息技術(shù)和因特網(wǎng)的快速發(fā)展，各種形式的多媒體數(shù)字作品紛紛以網(wǎng)絡(luò)形式發(fā)表，其版權(quán)保護(hù)成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。由于數(shù)字水印是保護(hù)信息安全、實(shí)現(xiàn)防偽溯源、版權(quán)保護(hù)的有效辦法，因此，現(xiàn)今已成為多媒體信息安全研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，也是信息隱藏技術(shù)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。該技術(shù)就是通過(guò)在原始數(shù)據(jù)中嵌入秘密信息——水印，來(lái)證實(shí)該數(shù)據(jù)的所有權(quán)。這種被嵌入的水印可以是一段文字、標(biāo)識(shí)、序列號(hào)等，它與原始數(shù)據(jù)緊密結(jié)合并隱藏其中，并且不破壞原數(shù)據(jù)使用價(jià)值。在數(shù)字水印系統(tǒng)中，隱藏信息一旦丟失，即意味著版權(quán)信息的丟失，從而就失去了版權(quán)保護(hù)的功能。因此，數(shù)字水印除了具備信息隱藏技術(shù)的一般特點(diǎn)外，還有著其固有特點(diǎn)，即較強(qiáng)的魯棒性、安全性和隱蔽性等。

1.1??魯棒性。是指不因圖像文件的某種改動(dòng)而導(dǎo)致隱藏信息丟失的能力。也就是說(shuō)，當(dāng)被保護(hù)的數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)攻擊后，嵌入的水印信息仍能保持好的完整性并能以一定的正確概率被檢測(cè)到。這些可能的攻擊包括噪聲、濾波、剪切、旋轉(zhuǎn)和編碼等。在理論上任何水印都可以去掉，只要對(duì)水印的嵌入過(guò)程有足夠的了解，但是如果對(duì)水印的嵌入只是部分了解，任何破壞或消除水印的企圖勢(shì)必導(dǎo)致載體嚴(yán)重降質(zhì)而不可用。

1.2??隱藏性。也稱不可感知性，即對(duì)于不可見(jiàn)水印處理系統(tǒng)，數(shù)字水印的嵌入不應(yīng)使原始作品發(fā)生可以感知的變化，也不能使被保護(hù)數(shù)據(jù)在質(zhì)量上發(fā)生可以感覺(jué)到的失真。也就是水印在通常的視覺(jué)條件下應(yīng)該是不可見(jiàn)的，水印的存在不會(huì)影響作品的視覺(jué)效果。

1.3??安全性。指隱藏算法有較強(qiáng)的抗攻擊能力，即它必須能夠承受一定程度的人為攻擊，而使隱藏信息不被破壞，確保嵌入信息的保密性和較低的誤檢測(cè)率。換句話說(shuō)，水印安全性就是未經(jīng)授權(quán)的使用者刪除、檢測(cè)估計(jì)、寫入或修改原始水印的不可能性。所有水印都包含一個(gè)水印嵌入系統(tǒng)和水印恢復(fù)系統(tǒng)。

數(shù)字水印有可見(jiàn)數(shù)字水印和不可見(jiàn)數(shù)字水印兩種類型。可見(jiàn)水印就是人眼能看見(jiàn)的水印，其表現(xiàn)形式就像在原數(shù)字圖像或音頻段上蓋上一個(gè)可見(jiàn)的郵戳，比如照片上標(biāo)記的拍照日期或電視頻道上的標(biāo)識(shí)等。不可見(jiàn)水印就是人類視覺(jué)系統(tǒng)難以感知的，也是當(dāng)前數(shù)字水印領(lǐng)域關(guān)注比較多的。不可見(jiàn)數(shù)字水印作為一段信息保存在原始數(shù)據(jù)或圖像上，從某種意義上來(lái)說(shuō)，更有利于標(biāo)識(shí)作品的版權(quán)、所有者等方面的信息。

2??數(shù)字水印在數(shù)字檔案管理中的應(yīng)用

隨著數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字水印的應(yīng)用領(lǐng)域也得到了擴(kuò)展，數(shù)字水印的基本應(yīng)用領(lǐng)域是防偽溯源、版權(quán)保護(hù)、隱藏標(biāo)識(shí)、認(rèn)證和安全隱蔽通信等。在數(shù)字檔案管理中，為了確保檔案的真實(shí)性、可靠性，我們可以運(yùn)用數(shù)字水印技術(shù)對(duì)一些重要的檔案進(jìn)行加密，這樣人們就不能進(jìn)行偽造和非法獲取，確保檔案信息的安全。數(shù)字水印在數(shù)字檔案管理中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：

2.1??版權(quán)保護(hù)。即數(shù)字作品的所有者可用密鑰產(chǎn)生一個(gè)水印，并將其嵌入原始數(shù)據(jù)，然后公開(kāi)發(fā)布其水印版本作品。當(dāng)該作品被盜版或出現(xiàn)版權(quán)糾紛時(shí)，所有者即可從盜版作品或水印版作品中獲取水印信號(hào)作為依據(jù)，從而保護(hù)所有者的權(quán)益。版權(quán)保護(hù)是當(dāng)前數(shù)字水印技術(shù)最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，這種應(yīng)用要求其水印具有非常高的魯棒性。

2.2??加指紋。為了避免偽造信息的發(fā)行，出品人可以將不同用戶的ID或序列號(hào)作為不同的水印（指紋）嵌入作品的合法拷貝中。一旦發(fā)現(xiàn)未經(jīng)授權(quán)的拷貝，就可以根據(jù)此拷貝所恢復(fù)出的指紋來(lái)確定它的來(lái)源。

2.3??標(biāo)題與注釋。即將數(shù)字檔案的標(biāo)題、注釋等內(nèi)容（如，一幅照片的拍攝時(shí)間和地點(diǎn)等）以水印形式嵌入其中，這種隱式注釋不需要額外的帶寬，且不易丟失。使用時(shí)更為方便，甚至注釋信息可以用于資源檢索。

2.4??篡改提示。當(dāng)檔案信息被用于法庭、醫(yī)學(xué)、新聞及商業(yè)時(shí)，常需確定它們的內(nèi)容是否被修改、偽造或特殊處理過(guò)。為此，可將原始圖像分成多個(gè)獨(dú)立塊，再將每個(gè)塊加入不同的水印。通過(guò)檢測(cè)每個(gè)數(shù)據(jù)塊中的水印信號(hào)，來(lái)確定作品的完整性。與其他水印不同的是，這類水印必須是脆弱的，并且檢測(cè)水印信號(hào)時(shí)，不需要原始數(shù)據(jù)。

2.5??使用控制。這種應(yīng)用的一個(gè)典型例子是DVD防拷貝系統(tǒng)，即將水印信息加入DVD數(shù)據(jù)中，這樣DVD播放機(jī)即可通過(guò)檢測(cè)DVD數(shù)據(jù)中的水印信息而判斷其合法性和可拷貝性，從而保護(hù)制造商的商業(yè)利益。利用這一特點(diǎn)，可以控制檔案信息只能在特定的機(jī)器上閱讀。

3??幾點(diǎn)思考

雖然近幾年數(shù)字水印技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了許多有效的水印方案，如，IBM公司在“數(shù)字圖書館”軟件中提供的數(shù)字水印功能;Adobe公司在其著名的Photoshop軟件中集成Digimarc公司數(shù)字水印插件等。但實(shí)事求是地說(shuō)，目前數(shù)字水印產(chǎn)品在技術(shù)上還不夠成熟，很容易被破壞或破解，只有用于版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印技術(shù)進(jìn)入了初步實(shí)用化階段，距離真正的實(shí)用還有很長(zhǎng)的路要走。筆者認(rèn)為，今后數(shù)字水印技術(shù)可能會(huì)在以下幾個(gè)方面得到更好的發(fā)展：新的水印方案能夠抵抗各種各樣的攻擊;對(duì)數(shù)字水印算法的性能評(píng)價(jià)有更標(biāo)準(zhǔn)的方法，可以預(yù)見(jiàn)數(shù)字水印技術(shù)將成為多媒體安全領(lǐng)域的技術(shù)基礎(chǔ)。重點(diǎn)在于真?zhèn)舞b別、版權(quán)保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)驗(yàn)證等，并將與數(shù)據(jù)加密技術(shù)緊密結(jié)合，特別是健壯性和可證明性。水印的健壯性體現(xiàn)了水印在數(shù)字文件中的生存能力，當(dāng)前絕大多數(shù)水印算法雖具有一定的健壯性，但如果同時(shí)施加各種圖像攻擊，這些算法均會(huì)失效。如何尋找更加健壯的水印算法，是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

檔案數(shù)字化工作是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，用數(shù)字水印對(duì)數(shù)字檔案產(chǎn)權(quán)和內(nèi)容進(jìn)行安全保護(hù)尚處于探討階段。如何把文本、圖像、音頻、視頻、三維模型的水印算法整合到一個(gè)系統(tǒng)下;怎樣充分發(fā)揮用于版權(quán)保護(hù)的認(rèn)證水印和用于內(nèi)容完整性控制的封條水印優(yōu)點(diǎn)，避免多重水印之間相互干擾等，都有待深入研究。