数字水印

第七届全国信息隐藏暨多媒体信息安全学术大会论文集

Proceedings of CIHW2007

收稿日期：2007年5月31日；作者简介：赵启阳(1978－)，男，山东滕州人，博士研究生；尹宝林(1951－)，男，河北保定人，教授，博士生导师。基金项目：本文受到国家973计划基金项目支持（G1999032709）。

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针对非参数化水印检测边界的敏感度攻击分析

赵启阳，尹宝林

（北京航空航天大学软件开发环境国家重点实验室，北京 100083）

摘要：敏感度攻击是威胁扩频数字水印机制的一种重要攻击方式，研究者提出非参数化的水印检测边界以减少水印信息的泄漏。本文研究了攻击发起点与检测边界的距离对水印信号估计的影响，发现高检测值发起点能够有效地改进水印估计的准确性。对于具有非参数化检测边界的扩频水印机制，直接从目标信号处展开敏感度攻击，能够有效地削弱检测边界的非参数化对水印信号估计的影响。实验证明改进的敏感度攻击方法能够成功地去除含水印作品中的水印信号。

关键词：数字水印；敏感度攻击；检测边界；非参数化

中图分类号：TP309.2 文献标识码：A 文章编号：DBKHK0601

Analysis on the Sensitivity Attack to Watermarking Schemes

with Nonparametric Detection Boundaries

Zhao Qiyang Yin Baolin

（School of Computer Science and Technology, Beijing University of Aero. and Astro., Beijing, 100083）

Corresponding author: Zhao Qiyang, E-mail: zhaoqiyang@

Abstract ：The sensitivity attack is a main threat to the security of spread spectrum watermarking schemes. The researchers make the detection boundaries nonparametric to prevent the attackers from estimating the watermarks with the detection boundaries. The paper investigated the effect of the distance between the distorted signals from which the sensitivity attack starts and the detection boundaries on the accuracy of watermark estimations. It is turned out to be more accurate to estimate the watermarks from high detection values. Especially for the watermarking schemes with nonparametric detection boundaries, the sensitivity attack directly started from the object signals can eliminate the negative effect of nonparametric detection boundaries. The experiments show the improved attack can remove the watermarks from the watermarked works successfully.

Key words ：Digital Watermarking ，Sensitivity Attack ，Detection Boundary ，Nonparametric

1 引言

随着数字水印技术的发展，越来越多的扩频水印机制被提出和应用于数字作品版权的保护等。在水印检测器可以被公开访问的环境中，攻击者可以发起Oracle 攻击，其中包括著名的敏感度攻击[1,2]及其推广形式牛顿攻击[3]。由于多数扩频水印机制的检测边界是参数化的，具有超平面的特征或二阶可微的性质，敏感度攻击能够有效地根据水印检测边界估计和去除目标作品中的水印信号。针对敏感度攻击，研究者将水印检测边界非参数化以防止攻击者收集水印信息。Linnartz 和Dijk 通过将指定范围内的水印检测值进行随机化来改变水印检测边界[2]，但是仍不是完全安全的[3,4]。Venturini 的方案中限制攻击者对水印检测器的使用[5]，但是增加了大量的存储量和计算量，而且系统的鲁棒性被绑定在相似度比较的正确性上，削弱了水印检测结果的可信性。Mansour 和Tewfik 将扩频水印检测边界变成分形曲线(曲面)，以阻止攻击者精确地估计水印信号[6]。对于非参数化的水印检测边界，部分水印检测结果将被翻转。为了有效地限制非参数化引起的水印检测错误，非参数化检测边界的包络不能太大，因此在粗粒度下检测边界仍具有超平面的特征。现有研究文献认为分形检测边界能够有效地防止敏感度攻击[7,8]。

现有文献中的敏感度攻击及其变种形式均从接近检测边界的置乱信号出发。本文研究了敏感度攻击的发起点与检测边界之间的距离，发现如果从距离检测边界更远处发起攻击，将能够得到更精确的水印估计，而且采用二分搜索法能够在距离的对数级时间内计算敏感度参数，敏感度攻击的整体时间复杂度保持为线性的。特别地，对于具有非参数化检测边界的扩频水印机制，如果敏感度攻击的发起点具有较高的水印检测值，将可以有效地削弱检测边界的非参数化的影响，并且准确地给出水印信号估计。本文的研究结果表明，具有分形检测边界的扩频水印机制对敏感度攻击并不具备安全性。