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1、数字水印在电台加密技术中的研究杜春梅田润兰李秋艳( 空军航空大学航空电子系1 3 0 0 2 2 )摘要：本文介绍了一种新的电台加密技术，即利用数字水印将秘密信息嵌入到普通载体中进行传递，以达到保护秘密信息、迷惑非法拦截者的目的；同时给出了基于离散小波变换( D W T ) 的水印嵌入、检测算法。关键字：数字水印密钥隐蔽通信内容认证载体鲁棒性脆弱性T h eR e a c h e ro fW a t e r m a r kI nT h eF i e l e dO fR a d i oE n c r p 如o nT e c h n o l o g yD U C h u n 。m e iT I A
2、 N R u n l a nL I Q i u y a n( A v i a t i o nU n i v e r s i t yO f A i rF o r c e ，A v i a t i o nE l e c t r o nD p a r t e r m e n tC h a n g c h u n13 0 0 2 2 )A b s t r a c t ：I ti n t r o u d e san e we n c r y p t i o nt e c h n i q u e so fr a d i o I tt r a n s f e r ss e c r e ti n f o r
3、m a t i o ne m b e d d e di nr e g u l a rc a r r i e rf o rp r o f e c t i n gs e c r e ti n f o r m a t i o na n dd e l u d i n gl a w l e s si n t e r c e p t i o n I ti n t r o u d e sw a t e r m a r k - e m b e d i n gb u s i n go nD M Ta n dt e s t i n ga r i t h m e t i c 。K e y w o r d s ：d
4、i g i t a l - w a t e r m a r ks e c r e tk e yc o v e a c o m m u n i c a t i o na u t h e n t i c a t i o nc a r r i e rd u n n yf r a n g i b i l i t y1引言较之单纯的密码加密方法更多了一层保护，使得加电台，特别是军用电台，在通讯中只希望信息密机制从“看不懂”变为“看不见”以不至成为好接受者能收到通讯的内容，即保证通信消息是秘密事者的攻击目标。的。传统的做法是用密码学的加密技术将通信的内例如，将机密资料( 图象、文字、声音) 隐藏容进行加密
5、，没有密钥韵其他接受者不能理解通信在公开的图像中，然后传递，看起来和其他的非机的内容。由于信息在加密后表现为一堆乱码，容易密的图像一样，因而十分容易逃过非法拦截者的注引起拦截者注意和破解欲望。而内容一旦被解密就意或破解。这一点是传统加密通信系统所缺乏的，不再有保护作用了；同时即使拦截者不能破解，也也正是如此，才使隐蔽通信技术在军事通信中有着能成功地拦截秘密信息或干扰通讯的进行。所以，重要应用前景。密码学只能保护传输中的内容。2 数字水印的概念及系统模型因此，迫切需要一种替代技术或是对密码学进所谓数字水印( D i g i t a IW a t e r m a r k i n g ) 技术是 行
6、补充的技术，它应该甚至在内容被解密后也能够指在声音，图像或视频等数字化的数据中嵌入隐蔽 继续保护内容。隐蔽通信技术中的数字水印则有能的信息，这些信息通常是不可见的，不能被人的视 力满足这些要求，因为它把不仅可保护通信的内容，觉感知系统觉察或注意到，只有通过专用的监测器 更重要的是隐藏通信事实的存在，进而迷惑拦截者。或阅读器才能提取。通过这些隐藏在多媒体内容中 秘密信息通过加密后，再进行隐蔽通信，又增加了的信息，可以达到确认内容创建者，购买者或判断 一层保护a 同时在一般的使用中数字水印不会被消内容是否真实完整的目的。 除即使经过解密、再加密、压缩、数模转换和数字水印是信息隐藏技术研究领域的重要
7、分 改变文件格式这些过程，设计巧妙的水印也能继续支。它通过在原始数据中嵌入秘密信息水印，存在来证实该数据的所有权、验证数据的完整性、跟踪 隐蔽通信的最大优点是，除通信双方以外的任数据的来源、控制数据的使用、秘密信息的传递等。 何第三方并不知道秘密通信这个事实的存在，这就根据信息隐藏的目的和要求，数字水印应具有以下6 f ；基本特征：1 隐藏性：水印信息和源数据集成在一起，不改变数据的存储空间；并且源数据必须没有明显的改变现象。2 鲁棒性：指嵌入水印后的数据经过各种处理操作和攻击操作以后，不导致其中的水印信息丢丢失或被破坏的能力。3 安全性：指水印信息新藏的位置及内容不为人所知，这需要采用隐蔽的
8、算法，以及对水印进行预处理( 如加密) 等措施。所有的数字水印系统都是由两个基本部分组成的：水印嵌入系统和水印检测系统。图l 和图2分别表示了一般的水印嵌入和水印检测过程：图1 水印嵌入过程水印嵌入过程中，首先要生产水印。要嵌入的信息可以是各种性质的如数字、图像、文本等。密码是用来增强安全性的，可以防止未经授权者读取信息。水印嵌入过程的输出是嵌入了水印的图像作品。 广 l 水印或原始图卜。咭图2 水印检测过程水印检测过程的输入是被测试的图像，它可能是没有嵌入水印的，也可能是嵌入了水印后又被攻击的图像。由于不同的水印算法，水印检测的输入还可能是密码、原始图像等。水印检测过程的输入或是检测出的水印
9、，或是一个关于水印是否存在于被检测的信号的置信度值。当电台要传递秘密信息时，将秘密信息作为水印嵌入到一个可以公开的载体上。此载体可以是文本、图片、声音等数字信号。在电台的水印加密方案中，应使用双重或多重水印机制：在载体中除了嵌入鲁棒性水印用于隐藏信息外，还嵌入与内容不相关的半脆弱水印、脆弱水印，用于识别敌我方以及是否遭到攻击或篡改。一旦检测不出水印，就可以判断原内容遭到了攻击或不是自己方。这样就可以有效的防止鲁棒性水印不能抵抗的统计攻击。3 水印算法数字水印有一个重要的应用方面就是用于内容认证，即使用水印技术帮助保持和验证作品的完整性。在军事通讯实践中，敌对双方都试图截获、利用、破坏对方的信息
10、，甚至用一些假信息来欺骗对方，因此，在这种场合下需要明确地知道该信息( 消息) 是我方发送的，这就产生了对作品( 消息) 内容进行认证的技术要求。能够实现内容认证的算法有很多，这里我们给出基于D W T 的水印算法。3 1 基本思想我们将图像从R G B 色彩模式转换为Y U v 色彩模式，按着公式进行转换：睦Hf 1 6 ( 1G | + | 1 2 8 l B 儿1 2 80 2 5 70 5 0 40 0 9 8- 0 1 4 8 - 0 2 9 10 4 3 9木0 4 3 9- 0 3 6 8- 0 0 71)然后对Y 分量进行3 级小波分解，在高频块和中频块都嵌入水印。由于基于I
11、) W T 中频域的数字图像水印方案与基于D W T 高频域的数字图像水印方案思路差不多，这里我们先给出在高频域嵌入和提取水印的算法。3 2 高频水印嵌入算法对Y 分量进行L 级的小波分解，可以得到一个序列J 1 5 ：f ) 玛，肠l ，_ 舰，可以计算得到每个高频块1 t l t , 里面所含的系数个数阿i - H e i g h _ t * W i d t h 。我们将一个水印分段嵌入 4 到各个高频块中。算法的基本思路如下：首先产生一个长度Lc 盯 L e n g t h = f的满足N ( o ，1 ) 分布的实数伪随机6 7序列X = X 。，X 2 ，x 咖。“) 作为水印信息，
12、然后将水印信息嵌入到蹦中每一块对应的系数一，嵌入公式如下：f i 产f l + 伐粤f 声X P其中一表示瑚。，对应的第J 个系数，口为水印嵌入强度系数，水印序列的下标P 和i ，j 之间存在如下关系：三c o f 1 ： - - 以吖 K 皇ln 是嵌入水印后的系数。3 3 高频水印提取算法算法的基本思想如下：设，。，是可能受到攻击后得到小波系数，按下式计算相关性大小：然后按如下公式计算阈值大小；4 结束语数字水印技术的发展只有短短的几年，利用数字化媒体进行数据隐藏还是一个崭新的研究领域，同时它又是一种与具体应用结合比较紧密的实用技术。利用数字水印技术实现对电台秘密信息进行加密也是一种新的尝
13、试，该技术与电台现有的密钥加密和调频技术相结合，效果更加。相信在不久的将来会出现利用数字水印技术制成的新型电台保密机。参考文献【l 】P e t i t c o l a sFAP , A n d e r s o nRJ , K u h n MC I n f o r m a t i o nh i d i n g as u r v e y P r o c e e d - i n g so f I E E E ，1 9 9 9 ，8 7 ( 7 ) ：1 0 6 2 1 0 6 8 【2 】数字水印技术王炳锡等编西安电子科技大学出版社2 0 0 3最后按如作者简介：杜誊梅女1 9 6 5 年生，西北
14、工业大学硕士，现为空军航空大 下规则进行判别水印是学航空电子系教员，主要研究方向为通信、导航及图像处理 水印存在如果C O V t h rE - m a i l ：c h u n m e i d u 1 2 6 c 鲫 水印不存在如果C O V 一 t h r田润兰女，1 9 7 3 年生，吉林大学硕士，现为空军航空大学航 3 4 在D W T 中频域嵌入和提取水印空电子系教员，主要研究方向为雷达及图象处理。E - m a i l ： 在D W T 中频域嵌入提取水印的思路和在D W T 高频r u n l a n t t 1 6 3 I c o m 域嵌入提取水印的思路类似，不同的只是：中频
15、域李秋艳女，1 9 6 4 年生，吉林大学硕士，现为长春装甲兵技术 嵌入水印是将水印信息嵌入至UH L t 和L H t ，所对应的学院教员，主要研究方向为计算机应用及图象处理等。 小波系数中。可以嵌入的水印信息量是高频的两倍。3 5 实验结果这里用P S N R 和M S E 作为衡量的标准。透过大量实验，在本系统中，我们采用L = 3 ，口= 0 0 5 作为默认值，下面我们给出针对口= O 0 5 iL = 3 时得到的加水印前后图像的峰值信嗓比和均方差来说明采用此默认值的合理性。我们使用B e a r 2 a v i ，提取其中的部分来测试效果，大小为5 1 2 7 6 8 。从加水印前后的图像可以看到，从主观上基本上看不到区别。当L = 3 ，口= O 0 5 时对应的P S N P 和M S E 值口ZS 2P S N RM S E判断0 0 5高频：高频：Y3 1 Y3 5 2 7 6 8存0 0 7 4 500 4 0 37 9 7 3在中频：中频：U3 1 U3 9 3 8 1 46 8昂乃 旷芦。瑚去F旷一。鲥南
