浅析数字水印算法与健壮性

摘　要：通过对数字水印的嵌入算法和健壮性的分析，了解了嵌入算法有不同种类，嵌入算法对数字水印加入载体中的效果，以及载体中对数字水印的健壮性要求。

关键词：数字水印；算法；健壮性
　　一、引言
　　数字水印就是通过将数字、序列号、文字、图像标志等信息嵌入到媒体中，在嵌入过程中，对载体进行尽量小的修改，以达到最强的鲁棒性。当嵌入水印后的媒体受到攻击后，仍然恢复水印或者检测水印的存在。当前数字水印主要应用领域包括原始数据的真伪鉴别，数据侦测与跟踪，数字产品的版权保护等。
　　数字水印技术就是把所需要保护的信息在不引起公众注意的前提下，通过隐秘的通道进行传送，但万一隐秘通道暴露，将所有内容将一览无余。攻击者获得水印信息之后就可以对其进行篡改伪装，变成自己的。而把保护的水印信息通过传统加密技术进行加密，然后再使用数字水印技术的隐藏密通道加以传输，这样的水印系统就具有了更好的安全性。
　　二、水印加密提取
　　数字水印都是通过不同的算法把水印信息加入到产品中，数字水印的加入就是通过不同的算法来实现的。水印系统的算法是完全公开的，其安全性完全取决于密钥，而不是对算法进行保密。以取得安全性，算法是完全公开的，这就很容易所到攻击，所以算法都要有很好的隐藏性和鲁棒性。
　　经过对数字水印算法的分析，经过整理，总结一个通用的水印加密、提前的框架，框架有二个部分组成，一部分为水印嵌入过程，一部分为水印提前过程，水印提取的输出结果可以是水印本身，也可以是判断水印是否存在的判决结果，取决于水印的提取算法。                   
　　三、空间域变换域
　　基于安全性，不可感知性，可以证明性和健壮性等原因，对水印加载方法，有空间域水印和变换域水印。
　　空间域水印是直接加载在载体数据上，空间域的信息隐藏方法一般都具有盲提的特性，即不需要拥有覆盖媒体就可以直接从隐秘媒体中提取出秘密数据。但空间域的隐藏方法很容易在传输过程中，由于各种压缩或格式转换处理而丢失秘密数据，并且一旦受到攻击和截获，极易被破坏和侦破。
　　变换域水印，可以嵌入而不会引起感觉上的察觉。变换域的信息隐藏技术则对覆盖信号作正交变换后，利用人体感官对频域数据的感觉冗余，将秘密数据嵌入在较隐藏的频域中，因而具有较强的鲁棒性和较高的安全性。通常有DCT变换、小波变换、傅立叶变换等一些变换。
　　四、健壮性脆弱性
　　水印特性上有健壮性数字水印和脆弱性数字水印。
　　健壮性数字水印嵌入的水印能够经受各种常用的信号处理操作，包括无意的或恶意的处理，如有损压缩、滤波、平滑、信号裁剪、图像增加、重采样、几何变形等等。健壮性水印在经过各种处理后，只要载体信号没有破坏到不可使用的程度，都应该能够检测出水印信息。主要应用于数字作品中标出标著作权信息，如作者、作品序号等。
　　脆弱性数字水印主要用于完整性保护，脆弱性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，客观存在特点是载体数据经过很微小的处理后所加载的水印就会被改变或毁掉。脆弱性水印通常是用在证明图像的真实性、检测或确定图像内容的改动等方向，如图像中的水印被发现受到了破坏，则可证明图像遭到了篡改。
　　五、算法介绍
　　基于现在各种算法，算法各有优缺点，下面介绍几种算法的结果，以对数字水印的鲁棒性、安全性、稳健性，让大家更深的了解各种算法，更好地有创新算法出现。
　　混沌序列的数字图像加密算法通过大量实验证明，提出的基于混沌序列折数字加密新算法能够达到很好的加密效果，与其它加密算法相比，本文设计的加密算法具有以下几个优点：
  ⑴具有通用性，设计的算法跟图像文件的类型无关，没有考虑图像文件的结构。
  ⑵先对原始图像进行压缩，再进行加密，这样可以减少存储空间，有利于加密和传输。
  ⑶利用混沌序列加密，对密钥的判断灵敏性性极高，即使输入与正确密钥相差很小的密钥，也不能得到解密图像。
  ⑷加密后的图像数据保存在文本文件中，这样可以隐藏文件的类型，具有很高的保密性。
　　基于椭圆曲线加密技术的数字水印研究，采用二级离散小波变换方法将水印嵌入到图像小波变换的低频区域，加强了算法的鲁棒性。同时对水印信息本身采用了椭圆曲线加密处理，水印的嵌入位置也由嵌入水印密钥决定，实现了双重安全，对抵御攻击是非常有效的。在安全性方面做到了以下几点：a.利用椭圆曲线加密体制对水印信息进行了预处理，这样即使水印信息被提取，也因攻击者没有加密密钥而无法解密也原始的水印信息，使其它保证了原始信息的安全性。b.利用椭圆曲线生成的嵌入水印密钥，使得攻击者知道加密密钥时因为不知道任意选取的基点嵌入水印密钥也是安全的。c.嵌入水印密钥集的生成中，任意选取的基点使密钥得到了列好的保护，并得到安全。d.在选取嵌入水印信息的过程中，小波系数的选取的随机性加强了水印的安全性。且该算法在提取水印时不需要原始图像的任何信息，这对实际应用意义更大。
　　六、结束语
　　对于数字水印的研究，就是将水印信息嵌入到所保护的数字产品中，又不让数字产品对视觉影响。要让数字水印不对视觉影响，这样，就需要更好的嵌入算法来实现，嵌入算法的正确与否，对数字产品影响与否，就要选择一个合适的算法，现在各种算法很多各有优缺点。所以一个好的嵌入算法，应该是能够嵌入较多的信息而引起视觉感知最小，评价一个算法的优劣，应该建立对水印的评价准则。水印的健壮性就是其中的一个重要指标。健壮性取决于几个因素，嵌入的信息越多，水印的健壮性就低。水印嵌入的强度越大，健壮性越高。
 
参考文献：
钮心忻，信息隐藏与数字水印，北京邮电大学出版社
吕翠英，基于椭圆曲线加密技术的数字水印方案研究，计算机安全2009.4
许  艳，基于混沌序列的数字图像加密算法，计算机安全 2009.4
吕翠英，椭圆曲线加密技术的数字水印研究 计算机安全 2009.5本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/zhinengkeji/242286.html