图像防篡改技术分析
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图像防篡改技术分析
■ 中国人民银行海口中心支行 邢诒俊 吴 刚 李 涛
随着计算机和 网络技术的飞速发展 ， 信息媒体 的 数字化使得 图像的准确获取、 存储 、 传输 、 复制变成了
一
要对水印进行预处理 （ 如置乱或 加密等 ） 并采用隐蔽 ， 的算法。
３鲁棒性 ．
叵 ，
图 ２ 数 字 水 印 的检 测 和提 取
保 障； ａｈ Ｈ ｓ算法的安全性主要依赖于算法的复杂度， 它 曾经被认为是足够安 全的算法， 但在２ ０ 年 ， ０ ４ 山东大学 的王小云教授已提 出了破解Ｈ ｓ算法 的理论 ， ａｈ 随着计算
以及由一些对象组成的散列数值。
２ 数字水印嵌入 ．
这是水 印技术 的核心， 既要保证 水印嵌 入的安全
性， 又要考虑嵌入 水印的鲁棒性 。 印的嵌入算法很 水 多， 从总的来 看可以分为空间域 算法和变 换域算法， 限于篇幅就不详细介绍了。 字水印的嵌入过程如图１ 数
所示。
或称为透 明性、 不可感知性 、 高保真等， 指嵌入水
个简单的过程 。 人们借助于计算机 、 扫描仪、 印机 打
等电子设备， 可以方便快捷 地将图像信息传达到任何地
方。 在金融领域， 随着银行业务电子化、 动化 的发展， 自
或称为免疫性、 健壮性等， 指嵌入水印后的数字作 品在经过各种有意或无 意的处 理或攻击后， 能成 功 仍 检测出水 印的能力。 可能的处理操作包括几何失真 有
的操作而存活下来 。 一般来讲， 数字水印应具有如下基 本特征。 １隐蔽性 ．
个数字水印方案一般包括 ： 水印的生成 、 水印的
嵌入和水印的提取或检测 、 水印的检测和提取评价。
１数 字水印的生成 ． 生成的水 印应该保证唯一性 、 有效性以及不可逆 性， 因此水印可以用商标图像 、 伪随机序列、 混沌序列
Ｊ●。。。。。。。 。。。。。‘。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。— —
运 算得到的 “ 签名” 信息简单地 附加到图像 信息中， 具
有可见 ｌ 生。
１◆
（ ） 全 性 二 安
数字水印技术的水印嵌入算法属于公开算法， 其安
全 性主要是通过嵌 入水印时所使用的密钥 的安全性来
印后， 水印信号与原始作品数据集成在一起， 不会导致
被保护作品有可感 知的质量变化。
２ 安 全性 ．
３数字水印的检测和提取 ．
指水印信息 隐藏 的位 置及 内容不为人所 知， 这需
按水印的检测过程可以将数 字水印划分为明文水
４ ； ８ Ｉ
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始数据。 一般来说 ， 明文水 印的鲁棒性 比较强 ， 但其应
用受 到存储成 本的限制。目前学术 界研究 的数字水印
大多数是盲水印。
数 字水 印技术在实现 过程中是将水 印信号嵌入 到
原始 图像信息中， 具有不可见ｌ Ｈａｈ 生； ｓ算法则是将经过
数字水印的检测和提取过程如图２ 所示。
栏 梁春丽 ： ６ ＧＯｒ ３ ｅ
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输 的任意信息 ， 就是说 ， 也 明文信息是 一个无限集合， 两个集合之 间其实无 法构成一—对应的关 系， 总会有多
］◆ ，
厂 源自文库
◆ ．． １．． ． ． ．． ．． ．． ．． ．
个 明文信息产生相 同的数字签名 的情况发 生， 就是 这
传统的手工业务逐渐被电子联 网业务代替， 相应 的各银 行业 务所使用的纸质凭 证、 票据的存储 和传递 也逐渐
损压缩、 信息处理等， 可能的攻击包括伪造攻 击、 共谋
攻击等。
４ 确定 性 ．
变成凭证、 票据图像的存储和传递。 如何防止图像信息
在存储和传递的过程中被非法侵权、 盗版和恶意篡改，
（ ） 二 数字水印的基本框架
一
个载体信号 （ 包括图像 、 音频、 视频等） 它从视觉上 中，
看与原始载体无差别， 而且嵌人的水印信号不影响宿主 信号的感觉效果和使用价值 ， 并且通过特殊的方式 ， 可 以从宿主信号 中提取出水印或检测出它的存在性。 水印 不占用额外的带宽， 是原始数据不可分离 的一部分， 并 且它可以经历一些不 破坏原数据使用价值或商用价值
图１ 数 字水印嵌入
印和盲水印。
三． 数字水 印技术与Ｈ ｓ 算法的对比分析 ａｈ
由以上的介绍可知 ， 字水 印技术和Ｈａｈ 数 ｓ算法均 可应用于图像 防篡改 ， 但是这两种技术在实现方式 、 安
全性和效率方面存在 较大差 别。
（ ） 现 方式 一 实
（） １ 明文水 印： 在检测过程 中需要原始数据。 （） ２ 盲水 印： 在检测过程 中只需要 密钥 ， 不需要原
水印应能 直接反 映数 字水 印经受蓄 意篡 改的能
一
，
数字水印技术
力， 能可靠地检测篡改 ， 而且理想的情况是能够 提供修
改或破坏的程度及位置， 甚至能够分析篡改的类型， 并 对被篡改的内容进行恢复。
（ 数字水印技术的概念及特征 一） 数字水印是利用人类感 觉器官的不敏感性以及数
字信号本 身存在 的冗余 ， 将一定的水 印信号嵌 入到一
所 谓的 “ 碰撞 ” 不过Ｈ ｓ函数的可靠性在概 率上仍可 。 ａｈ 以算法的健壮性 来保证 ， 数字签名类似指纹 ， 只要选择 足够安全 的算法 ， 产生碰撞的概率足够小， 可令现代最
先进 的计算设备 也找不 出 “ 碰撞 ” 这样算法就不会被 ， 破解 。 ５ Ｈ 一 是当前应 用最为广泛的两种 Ｈ ｓ ＭＤ 和Ｓ Ａ １ ａｈ 算法。
已成为一个迫在眉睫的现实问题 。 数字水印技术和Ｈ ｓ算法是 目 ａｈ 前应用较为广泛的
水印应能为受 到保护的数字作品的真伪或归属提 供 可靠 、 唯一确定 的证 据， 而且是具 有法律效 力的证 据， 这是水 印技术 的最基本功力。
５脆弱性 ．
两种 图像 防篡改技 术， 下面将对这两种技术进行简要 的介绍和分析。
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图像防篡改技术分析
■ 中国人民银行海口中心支行 邢诒俊 吴 刚 李 涛
随着计算机和 网络技术的飞速发展 ， 信息媒体 的 数字化使得 图像的准确获取、 存储 、 传输 、 复制变成了
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要对水印进行预处理 （ 如置乱或 加密等 ） 并采用隐蔽 ， 的算法。
３鲁棒性 ．
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图 ２ 数 字 水 印 的检 测 和提 取
保 障； ａｈ Ｈ ｓ算法的安全性主要依赖于算法的复杂度， 它 曾经被认为是足够安 全的算法， 但在２ ０ 年 ， ０ ４ 山东大学 的王小云教授已提 出了破解Ｈ ｓ算法 的理论 ， ａｈ 随着计算
以及由一些对象组成的散列数值。
２ 数字水印嵌入 ．
这是水 印技术 的核心， 既要保证 水印嵌 入的安全
性， 又要考虑嵌入 水印的鲁棒性 。 印的嵌入算法很 水 多， 从总的来 看可以分为空间域 算法和变 换域算法， 限于篇幅就不详细介绍了。 字水印的嵌入过程如图１ 数
所示。
或称为透 明性、 不可感知性 、 高保真等， 指嵌入水
个简单的过程 。 人们借助于计算机 、 扫描仪、 印机 打
等电子设备， 可以方便快捷 地将图像信息传达到任何地
方。 在金融领域， 随着银行业务电子化、 动化 的发展， 自
或称为免疫性、 健壮性等， 指嵌入水印后的数字作 品在经过各种有意或无 意的处 理或攻击后， 能成 功 仍 检测出水 印的能力。 可能的处理操作包括几何失真 有
的操作而存活下来 。 一般来讲， 数字水印应具有如下基 本特征。 １隐蔽性 ．
个数字水印方案一般包括 ： 水印的生成 、 水印的
嵌入和水印的提取或检测 、 水印的检测和提取评价。
１数 字水印的生成 ． 生成的水 印应该保证唯一性 、 有效性以及不可逆 性， 因此水印可以用商标图像 、 伪随机序列、 混沌序列
Ｊ●。。。。。。。 。。。。。‘。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。— —
运 算得到的 “ 签名” 信息简单地 附加到图像 信息中， 具
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（ ） 全 性 二 安
数字水印技术的水印嵌入算法属于公开算法， 其安
全 性主要是通过嵌 入水印时所使用的密钥 的安全性来
印后， 水印信号与原始作品数据集成在一起， 不会导致
被保护作品有可感 知的质量变化。
２ 安 全性 ．
３数字水印的检测和提取 ．
指水印信息 隐藏 的位 置及 内容不为人所 知， 这需
按水印的检测过程可以将数 字水印划分为明文水
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用受 到存储成 本的限制。目前学术 界研究 的数字水印
大多数是盲水印。
数 字水 印技术在实现 过程中是将水 印信号嵌入 到
原始 图像信息中， 具有不可见ｌ Ｈａｈ 生； ｓ算法则是将经过
数字水印的检测和提取过程如图２ 所示。
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输 的任意信息 ， 就是说 ， 也 明文信息是 一个无限集合， 两个集合之 间其实无 法构成一—对应的关 系， 总会有多
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个 明文信息产生相 同的数字签名 的情况发 生， 就是 这
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损压缩、 信息处理等， 可能的攻击包括伪造攻 击、 共谋
攻击等。
４ 确定 性 ．
变成凭证、 票据图像的存储和传递。 如何防止图像信息
在存储和传递的过程中被非法侵权、 盗版和恶意篡改，
（ ） 二 数字水印的基本框架
一
个载体信号 （ 包括图像 、 音频、 视频等） 它从视觉上 中，
看与原始载体无差别， 而且嵌人的水印信号不影响宿主 信号的感觉效果和使用价值 ， 并且通过特殊的方式 ， 可 以从宿主信号 中提取出水印或检测出它的存在性。 水印 不占用额外的带宽， 是原始数据不可分离 的一部分， 并 且它可以经历一些不 破坏原数据使用价值或商用价值
图１ 数 字水印嵌入
印和盲水印。
三． 数字水 印技术与Ｈ ｓ 算法的对比分析 ａｈ
由以上的介绍可知 ， 字水 印技术和Ｈａｈ 数 ｓ算法均 可应用于图像 防篡改 ， 但是这两种技术在实现方式 、 安
全性和效率方面存在 较大差 别。
（ ） 现 方式 一 实
（） １ 明文水 印： 在检测过程 中需要原始数据。 （） ２ 盲水 印： 在检测过程 中只需要 密钥 ， 不需要原
水印应能 直接反 映数 字水 印经受蓄 意篡 改的能
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数字水印技术
力， 能可靠地检测篡改 ， 而且理想的情况是能够 提供修
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（ 数字水印技术的概念及特征 一） 数字水印是利用人类感 觉器官的不敏感性以及数
字信号本 身存在 的冗余 ， 将一定的水 印信号嵌 入到一
所 谓的 “ 碰撞 ” 不过Ｈ ｓ函数的可靠性在概 率上仍可 。 ａｈ 以算法的健壮性 来保证 ， 数字签名类似指纹 ， 只要选择 足够安全 的算法 ， 产生碰撞的概率足够小， 可令现代最
先进 的计算设备 也找不 出 “ 碰撞 ” 这样算法就不会被 ， 破解 。 ５ Ｈ 一 是当前应 用最为广泛的两种 Ｈ ｓ ＭＤ 和Ｓ Ａ １ ａｈ 算法。
已成为一个迫在眉睫的现实问题 。 数字水印技术和Ｈ ｓ算法是 目 ａｈ 前应用较为广泛的
水印应能为受 到保护的数字作品的真伪或归属提 供 可靠 、 唯一确定 的证 据， 而且是具 有法律效 力的证 据， 这是水 印技术 的最基本功力。
５脆弱性 ．
两种 图像 防篡改技 术， 下面将对这两种技术进行简要 的介绍和分析。