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1、結(jié)合數(shù)字簽名和時間戳機(jī)制的數(shù)字水印算法AWatermarkingSystemBasedonDigitalSignatureandDigitalTimestamp一、數(shù)字水印技術(shù)概述1、引言隨著數(shù)字技術(shù)和因特網(wǎng)的發(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，然而數(shù)字作品的便利性和不安全性是并存的，它可以低成本、高速度地被復(fù)制和傳播，這樣就為創(chuàng)作者和使用者提供了很大便利，但這些特性也容易被盜版者所利用，其版權(quán)保護(hù)成為一個迫切需要解決的問題。數(shù)字水印是新近實現(xiàn)版權(quán)保護(hù)的一種有效辦法，它通過在原始數(shù)據(jù)中嵌入秘密信息——水印，
2、來證實該數(shù)據(jù)的所有權(quán)。2、數(shù)字水印的分類按水印特性劃分可將水印分為魯棒性水印和脆弱性水??；按嵌入結(jié)果可將水印劃分為可見水印和不可見水?。话此捷d的載體數(shù)據(jù)可劃分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印等；按檢測過程可將水印劃分為非盲水印、半盲水印和盲水?。话磧?nèi)容可劃分為有意義水印和無意義水??；按隱藏的位置可劃分為空域水印和變換域水印。本文所研究的是魯棒性的、不可見的、有意義的、變換域的盲圖像水印和半盲圖像水印。3、本文的主要工作針對二值和多灰度級水印圖像分別提出了一種新的水印嵌入和提取算法，并與
3、已有算法進(jìn)行了比較；指出文獻(xiàn)[21]中存在的邏輯錯誤，對其提出的數(shù)字水印系統(tǒng)進(jìn)行了修正，從而真正達(dá)到版權(quán)保護(hù)的目的。注：文獻(xiàn)[21]陳永紅、黃席樾，基于混沌和數(shù)字簽名的圖像數(shù)字水印，計算機(jī)仿真，2005年1月。二、二值圖像水印系統(tǒng)：1、水印的嵌入：假設(shè)載體圖像為256級灰度圖像，大小為M×M,W是二值水印圖像，大小為N×N。不失一般性，設(shè)水印的尺寸小于載體圖像的尺寸，算法的具體步驟如下：Step1：對載體圖像進(jìn)行L級小波分解，對低頻逼近子圖的系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使之取值范圍為[0，255]的整數(shù)，調(diào)整后的結(jié)果記為C。將C劃為互
4、不重疊的P塊，選擇其中的T塊嵌入水印，每塊的大小與水印圖像的大小相同，第t塊記為，計算它的平均值，進(jìn)而計算:IfElse其中Step2：給定初值產(chǎn)生混沌序列，對水印圖像W進(jìn)行置亂得到H。Step3：把H與對應(yīng)，計算,,規(guī)則如下:IfElse將合并成。2、水印的提?。菏紫葘π枰獧z測的圖像做相應(yīng)次數(shù)的小波變換，按同樣的方法得到。將重新分為。根據(jù)計算，IfElse用對進(jìn)行逆置亂變換，得到,最后根據(jù)計算，即為提取出的水印。IfElse3、結(jié)合數(shù)字簽名與時間戳的數(shù)字水印系統(tǒng)：3.1數(shù)字簽名在密碼學(xué)領(lǐng)域，加密算法有對稱加密算法和非對
5、稱加密算法兩種。非對稱加密算法的加密密鑰和解密密鑰是不同的，分別稱為公鑰和私鑰。公鑰可以發(fā)送到Internet等公開地方，私鑰只有用戶私人持有。這兩個密鑰完全不同且不能互相推導(dǎo)，用私鑰加密的數(shù)據(jù)只有用對應(yīng)的公鑰才能解開。數(shù)據(jù)W用A的私鑰加密得到DW，只有用A的公鑰才能將DW解密回W,因而說明DW歸A所有，進(jìn)而W也歸A所有，我們稱DW是A對W的數(shù)字簽名,別人是無法偽造的。那么如何保證A是公鑰的所有者呢？公共密鑰基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)PKI采用證書管理公鑰。通過第三方可信任機(jī)構(gòu)——認(rèn)證中心CA把用戶的公鑰和用戶的其它標(biāo)識信息（如名稱、身份
6、證號等）捆綁在一起，形成數(shù)字證書。數(shù)字證書又叫數(shù)字身份證、數(shù)字ID，在Internet上驗證用戶的合法身份。3.2時間戳?xí)r間戳為用戶數(shù)據(jù)提供一個不可更改不可偽造且具有可鑒別性的時間標(biāo)記。同數(shù)字簽名一樣，可以通過CA中心和數(shù)字證書增加時間戳提供方的可信性。3.3數(shù)字水印系統(tǒng)文獻(xiàn)[21]的數(shù)字水印系統(tǒng)為：載體圖像I嵌入算法初值X0水印圖像WK數(shù)字簽名DW文獻(xiàn)[21]認(rèn)為載體圖像所有者A通過數(shù)字證書證明他對W的所有權(quán)加上A能提供初始值和K，便可證明A對I的所有權(quán)。然而對此系統(tǒng)進(jìn)行分析不難發(fā)現(xiàn)如果D預(yù)先設(shè)計出一個水印圖像WW，通
7、過認(rèn)證中心CA簽名認(rèn)證，當(dāng)產(chǎn)品所有者A將產(chǎn)品I在網(wǎng)上公開后，D可以根據(jù)I，WW和生成，則我們不能得出D不是產(chǎn)品I的所有者的結(jié)論，即文獻(xiàn)[21]提出的數(shù)字水印系統(tǒng)沒有達(dá)到版權(quán)保護(hù)的目的。我們把整個水印系統(tǒng)修改如下：蓋時間戳載體圖像I嵌入算法水印圖像W初值x0K合并M數(shù)字簽名DMTMK是由I、W、和嵌入算法唯一確定的，從某種意義上說，K、W、和嵌入算法也唯一確定I，由于我們將W、以及K合并成M,對M進(jìn)行數(shù)字簽名，因而證明了對M的所有權(quán)，便證明了對I的所有權(quán)。加蓋時間戳是為了標(biāo)記數(shù)字產(chǎn)品I的創(chuàng)作時間，如果有人用I、、WW生成，
8、進(jìn)而生成，則可由時間戳的先后識別版權(quán)所有者。4、計算機(jī)仿真實驗：本文實驗中以Lena（512×512）為載體圖像I，以64×64的二值圖像“吉林大學(xué)”為水印，L=2，P=T=4.NC=1原始水印原始圖像圖1剪切圖2剪切與旋轉(zhuǎn)攻擊攻擊后的載體圖像文獻(xiàn)[21]本文NC=0.7056NC=0.9727旋轉(zhuǎn)5度NC=0.73
