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1、图像信息隐藏算法三杨榆北京邮电大学信息安全中心yangyu图像水印算法介绍普通图像水印隐蔽性图像鲁棒性水印能够抵抗各种信号处理、攻击图像脆弱性水印完整性验证、篡改定位22015527信息隐藏和数字水印图像（半）脆弱水印的应用32015527信息隐藏和数字水印图像（半）脆弱水印的应用42015527信息隐藏和数字水印内容认证内容认证研究以下几个问题作品是否被改变？作品是否被显著改变？作品哪一部份被改变？被改变的作品能复原吗？2015527信息隐藏和数字水印5内容认证基于密码学的完整性认证方案使用哈希函数生成内容的摘要。使用发送方私钥对摘要签名。发送内容及其签名到接收方。接收方验证签名，判定内容完
2、整性。每一个问题都有水印以外的解决方案，水印解决方案的特点在于：不需要额外的数据存储认证信息。传输过程中，水印经受与载体相同的处理。2015527信息隐藏和数字水印6内容认证完全内容认证完全内容认证系统用于验证作品是否一点没变主要用途医学图像，法庭证物主要方法脆弱水印：水印被设计为，即使作品仅被微小改变，水印也会消失。嵌入签名：用密码技术产生的签名作为水印嵌入到载体中。2015527信息隐藏和数字水印7内容认证完全内容认证基于脆弱水印的认证方法使用LSB将水印嵌入作品。传输过程中，若有噪声、滤波、压缩编码等等环节，水印将消失。这样的作品不能通过接受方的认证。特点：水印与载体无关。2015527
3、信息隐藏和数字水印8内容认证完全内容认证基于脆弱水印的认证方法使用LSB将水印嵌入作品。传输过程中，若有噪声、滤波、压缩编码等等环节，水印将消失。这样的作品不能通过接受方的认证。特点：水印与载体无关。2015527信息隐藏和数字水印9内容认证完全内容认证基于脆弱水印的认证方法的安全问题可以搜集多幅水印图像，拼凑出篡改图像，同时能通过认证。可以修改非水印区域同时通过认证。2015527信息隐藏和数字水印10内容认证完全内容认证基于脆弱水印的认证方法的安全问题2015527信息隐藏和数字水印11内容认证完全内容认证嵌入签名的方法P.W.Wong水印系统基于公钥的图像认证和完整性数字水印系统。利用h
4、ash函数的单向性和“雪崩效应”定位篡改。借助公钥系统的便利性，公钥的用户完成对图像的完整性检测和身份认证。122015527信息隐藏和数字水印内容认证P.W.Wong水印算法的流程水印嵌入过程将原始图像(MN大小)按IJ的大小进行分块，记第r个分块为将水印图像扩充为与原始图像同样大小的尺寸，亦按IJ的大小进行分块，记第r个分块为将的LSB置为零，得到的分块记为，以和MN为参数，进行hash运算，得到将与进行比特位上的异或运算，结果用公钥系统加密（用作者的私钥），将加密后的结果置入的LSB位得到的结果记为将得到的分块重新组合，即可得到嵌入水印后的图像13rXrWrXrXrPrPrWrY2015
5、527信息隐藏和数字水印rXrX内容认证问题接收端如何完成图像认证？与基于LSB的脆弱水印方案的核心区别是什么？替换非水印区域比特是否能通过认证？不使用水印图像能否完成认证？水印图像的用途是？为什么要选用非对称密钥系统？142015527信息隐藏和数字水印内容认证选择认证系统预定义引入合法失真的处理集，和引入非法失真的处理集，当作品经受前者而没有后者处理时，能够通过系统认证。有三类基本方法：半脆弱水印：遭遇合法处理时，水印能够生存，遭遇非法处理时，水印消失。半脆弱签名：以不受合法处理影响，但遭受非法处理时会发生改变的载体的特征为水印嵌入，水印算法可选稳健算法或半脆弱算法。2015527信息隐藏
6、和数字水印15内容认证有三类基本方法：Telltale水印：用于研究载体经受哪些操作。通过研究水印的变化，推断载体经受哪些操作，最终判断载体是否能通过认证。2015527信息隐藏和数字水印16内容认证半脆弱水印算法半脆弱水印主要有以下思路：与JPEG相结合的半脆弱数字水印算法：这类水印认证算法一般是根据JPEG编、解码器的特点而设计的故水印算法通常对JPEG压缩具有较好的鲁棒性而对其他的图像操作反应敏感从鲁棒水印算法演变而来的半脆弱水印算法：该类算法主要是借鉴鲁棒图像水印算法的一些经典方法(如扩频水印、提取图像重要特征生成水印等)来设计相应的认证算法172015527信息隐藏和数字水印内容认证
7、半脆弱水印算法基于视觉掩蔽模型的半脆弱水印算法将人眼视觉掩蔽模型应用于数字水印系统，会使嵌入水印后的图像具有更好的主观视觉质量基于小波域的半脆弱水印算法由于小波变换是一种空间频率分析方法，能同时反映图像的空间位置和频率小波变化的局部化作用能够检测到图像被篡改的区域小波变化的频率域则反映了被篡改的尺度（频带）182015527信息隐藏和数字水印内容认证半脆弱水印二值图像作为水印音频分段做DWT和DCT变化。量化系数嵌入水印，每次嵌入一行。系数做IDCT和IDWT变化。重组所有分段。音频分段做DWT和DCT变化。提取水印W。W与原始水印W做抑或。判决载体是否被篡改。2015527信息隐藏和数字水印
8、19内容认证半脆弱水印认证效果（图片、数据源自参考文献2）2015527信息隐藏和数字水印20内容认证半脆弱签名基于JPEG的半脆弱签名算法原理：系数的大小相对关系经过均匀量化能够得到保存均匀量化时，如果系数首先被一个较大的量化步长量化，则能够使用较小的量化步长将系数无损的恢复出来。若定义量化算子如下则定理2可以表示为：(q2=q1)2015527信息隐藏和数字水印21内容认证半脆弱签名基于JPEG的半脆弱签名算法根据定理1，可以产生签名。把图像分块两两配对，比较每对特定位置DCT系数大小，生成签名。根据定理2，可以嵌入签名。用较大的量化步长，把签名嵌入量化系数的最低比特。当图像经受JPEG压
9、缩时，根据定理2可知，只要量化步长小于嵌入签名时使用的步长，签名信息都能正确地恢复。2015527信息隐藏和数字水印22内容认证半脆弱签名认证效果（图片、数据源自参考文献3）2015527信息隐藏和数字水印23内容认证半脆弱签名认证效果（图片、数据源自参考文献3）2015527信息隐藏和数字水印24参考文献1.IngemarJCoxMathewlMillerJeffreyABloomJessciaFridrichTonKaller.DigitalWatermarkingandSteganography.2.王向阳，祁薇。用于版权保护与内容认证的半脆弱音频水印算法。3.Ching-YungLinShih-FuChangSemi-FragileWatermarkingforAuthenticatingJPEGVisualContent.2015527信息隐藏和数字水印25
