[发明专利]结合密码学的安全性水印算法

说明书

技术领域

本发明属于通信与信息系统领域，涉及信息论、隐秘通信、密码及编码学、图像处理等技术，特别涉及数字图像水印技术。

背景技术

数字媒体作为一种重要的信息传播载体，广泛的传播于互联网上，为社会创造了巨大的经济价值与社会价值。由于数字媒体具有易拷贝、易篡改、易仿制、易分发且操作难以追踪等特点，因此针对数字媒体的侵权事件越来越多，为国家和个人带来了巨大的经济损失。数字水印技术正是在这种环境下应运而生。通常，版权保护水印技术是将标识作品所有者的信息永久的嵌入到作品中，具有不可见，难以去除等特点。而在发生版权纠纷时，可以用水印提取方法提取出嵌入到作品中的水印信息，从而确定作品的真正所有者，保护其合法利益。然而针对水印的安全性攻击往往利用水印系统的设计漏洞或不足，恶意的仿制、嵌入或提取水印，从而阻止水印实现其最初的设计目的。本发明主要是为了应对针对水印的安全性攻击问题，即未经授权的嵌入、未经授权的检测和未经授权的去除。

未经授权的嵌入是指攻击者通过分析含有水印的作品，破解水印系统使用的嵌入密钥或者估计出嵌入的水印模板，将其编辑后重新嵌入到自己的作品中，从而伪装成被攻击者的身份，以欺骗被攻击者的水印检测系统或者利用其为自己提供服务的过程。一般可将这类攻击分为拷贝攻击和解释攻击。拷贝攻击指将一副作品的水印拷贝到另一幅作品中，而解释攻击是通过对已含有水印的作品重新嵌入版权水印达到混淆版权的目的。

未经授权的检测是指攻击者未经授权试图判断水印是否存在进而破解嵌入的信息。判断水印标记存在与否是其他许多攻击的前提，如果嵌入的信息被破解，则会造成信息泄露。应对未经授权的检测的常规做法是对水印信息进行加密，阻止敌手对水印信息进行解码。但是这种做法只能防止敌手得到原始信息，而不能隐藏嵌入了水印的事实，严格来讲，这属于隐写术的范畴。另外一种未经授权的检测时攻击者判断某两幅作品是否嵌入了相同的水印，以达到对作品的来源进行归类的目的。

未经授权的去除是指通过攻击使得现有的水印检测器不能检测出水印信息。通常可分为消除攻击和掩蔽攻击。水印受到消除攻击后，水印信息确实已经从作品中去除了，而受到掩蔽攻击只是使水印不被现有的检测器检测到，而只能被更完善的检测器检测出来。常见的去除攻击有：线性滤波，图像压缩，几何攻击，共谋攻击，Laplace去除攻击等。

本发明针对这三种安全性攻击，即未经授权的嵌入、检测和去除，研究并提出三种相应的应对机制，并在此基础上结合密码学和纠错编码等相关理论提出高安全性的水印算法。

发明内容

本发明的主要目的是结合密码及编码学相关理论提高水印系统的安全性，并提出了三种应对安全性攻击的机制：信息层加密机制、传输层加密机制和双水印嵌入机制。主要原理是在信息层对水印进行了载体相关性加密，用以应对未经授权的检测中的同源检测攻击；在传输层对水印的嵌入位置和强度同样进行了加密，用以应对未经授权的嵌入中的拷贝攻击；而双水印机制确保了水印能够检测到未经授权的去除中的共谋攻击。具体如下：

1.双水印嵌入机制

双水印机制的提出和应用主要是为了解决共谋攻击的问题，它的水印系统模型与传统水印系统模型有所不同。传统水印系统的模型如图1所示，检测器的输出结果有两种：含有水印信息和不含水印信息。因此对于一幅原本不含有水印的图像，检测器的输出应该是不含水印信息。但如果一幅图像原本含有水印信息，经过未经授权的去除攻击后，水印检测器的输出也是不含水印信息，可以看出上述两种情况输出都是不含水印信息。因此，水印系统是无法区分一幅图像是原本就没有水印信息还是经受了去除攻击后去除了水印信息。这种情况在水印用于监控统计的场合时会带来巨大损失。共谋攻击的思路是利用若干幅载体图片相同但每个载体嵌入了不同水印信息的含水印图片合成不含水印的图片，从而骗过检测器。

为了检测这种攻击，本发明提出一种双水印系统，并在水印检测器中引入一个新的输出状态——受到去除攻击，如图2所示。本发明的双水印是指公共水印和私有水印，并将它们同时嵌入到载体图片中。公共水印用于标识图片自身的信息，而私有水印用于标识图片的所有者或来源。具体实施时，首先提取载体图片的特征作为其公共水印，并对载体进行分块，将公共水印嵌入到某些固定分块中，然后将用于标识个人信息的私有水印嵌入到其他分块中。