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数字水印技术在数据安全中的应用研究随着数字时代的到来，人们的生活越来越依赖于数字技术。
这也意味着对数字安全的需求越来越高。
如何保护数字信息的安全已经成为了每个人必须面对的问题。
近年来，数字水印技术在数据安全中的应用越来越广泛，成为数字安全的一个重要组成部分。
数字水印技术是一种隐蔽的加密方法，可以在数字内容中嵌入一些唯一标识符号，以验证数字内容的完整性和版权归属等信息。
数字水印技术可以应用在多个领域，如数字版权保护、信息管理、信用认证等。
数字水印技术在数据安全领域的应用可以解决以下问题：第一，数字内容安全。
数字水印技术可以在数字内容中嵌入唯一标识符号，以确保数字内容的完整性和版权归属信息。
比如，数字版权保护就是数字水印技术应用的重要领域。
通过嵌入数字水印，数字内容的版权可以被有效保护，使得数字内容被他人复制或盗版的概率大大减少。
第二，数字交易安全。
在数字交易中，数字水印技术可以用来确保数字内容的信用认证和交易安全。
数字水印可以嵌入唯一标识符号，以验证数字内容的真实性和版权归属信息。
比如，在汽车交易领域，我们可以将汽车信息的数字水印嵌入到数字文件中，以确保数字文件的真实性和版权归属信息。
这样可以避免数字文件被伪造或篡改，保障数字交易的安全。
第三，信息管理。
数字水印技术可以用来管理信息的安全和隐私。
数字水印可以嵌入唯一标识符号，以确保信息的真实性和版权归属信息。
比如，在医疗领域，我们可以将患者信息的数字水印嵌入到数字文件中，以确保患者信息的安全和隐私。
这样可以有效防止患者信息被泄露或被滥用。
数字水印技术的应用，可以有效提高数字信息的安全性和保真度，保障数字信息的版权和隐私，促进数字信息的高效交流和应用。
然而，数字水印技术的应用也面临着一些问题和挑战。
比如，数字水印技术的隐蔽性、稳定性和抗攻击性等方面需要进一步提高研究和发展。
此外，数字水印技术的标准化和规范化也需要进一步加强，以促进数字水印技术的应用和发展。
数字水印技术在数据隐私保护中的应用研究数字水印技术是一种在数字媒体文件中嵌入可见或不可见的信息的技术。
这些信息被嵌入到数字媒体的内容中，以便在未经授权或意图篡改的情况下，该信息可以被检测出来。
数字水印可以在图像、音频、视频、文本和其他数字媒体中使用。
在保护数据隐私方面，数字水印技术提供了一种有效的方法。
数字水印的种类数字水印主要分为两类：隐写和可见水印。
隐写技术是将信息嵌入到数字媒体中，而不会改变其外观。
例如，在图像中嵌入的信息将不会影响图像本身。
相比之下，可见水印会更改数字媒体的外观。
例如，在图像中添加一个可见的水印意味着该图像现在包括两个不同的图像：原始图像及其水印。
数字水印如何保护数据隐私数据隐私是指个人或机构的敏感信息被未经授权的人访问或使用。
数字水印技术可以帮助保护数据隐私，并有几种不同的应用。
以下是数字水印技术在数据隐私保护方面的应用。
1.版权保护数字水印技术是一种有效的版权保护方法。
通过将数字水印嵌入到图像、音频或视频中，在这些媒体被重复使用时，版权拥有者可以轻松地追踪和保护自己的财产。
这种技术也可以帮助确定哪些媒体是未经授权使用的，并且可以在诉讼过程中为版权侵权提供证据。
2.大规模数据分发在大规模数据分发中，数字水印技术可以帮助确保信息发送到正确的接收方。
例如，在电子邮件中嵌入的数字水印可以帮助确定消息正在发送到正确的接收方。
数字水印也可以用于文档传输，以确保传输过程中没有被篡改或盗用。
3.证据跟踪数字水印技术可以用于跟踪证据。
例如，对于拍摄照片的人来说，数字水印可以用于证明照片确实是他们拍摄的。
这种技术也可以在法庭或犯罪情报方面用于确定特定事件的证据来源。
数字水印技术的发展数字水印技术不断发展和演变，现在已经可以在不同的数字媒体文件中轻松实现，例如图像、音频、视频和PDF文档等。
新的数字水印技术正在研发和测试中，以提供更高的安全性和更多的保护措施。
例如，一些数字水印技术现在可用于嵌入可变数据，如序列号、时间戳或加密密钥。
目录1.数字水印技术背景及意义 (2)1.1背景 (2)1.2意义 (2)2.图像水印技术概念及特征 (4)2.1概念 (4)2.2特征 (4)3.水印技术的分类及应用 (5)3.1分类 (5)3.2应用 (8)4.图像数字水印系统的组成 (9)4.1图像数字水印系统基本框架 (9)4.2数字水印系统 (11)5.数字图像水印技术的典型算法 (13)5.1典型的算法 (13)5.2其他算法 (14)6.水印技术工作流程 (15)6.1生成水印工作流程 (15)6.2嵌入水印工作流程 (15)6.3提取水印工作流程 (16)6.4水印攻击工作流程 (18)7. 总结 (19)1.数字水印技术背景及意义1.1背景从上世纪90年代初开始，计算机网络通讯技术飞速发展，数字化信息的存取变得非常便捷，计算机、数字扫描仪、打印机等电子设备实现了人们将信息向世界各地迅速而准确传输的理想。
但是，随之而来的负面效应也相当严重，有恶意的个人或团体可以在并没有得到作品所有者许可的情况下拷贝和传播有版权的数字作品，这对数字媒体信息的版权保护和信息安全造成了严重的威胁，由此而显现的盗版问题和版权纠纷已成为日益严重的社会问题。
然而，传统的信息安全技术已经无法在这种新兴的、信息开发性的计算机网络环境下实施知识产权保护及重要信息的保密等工作。
因此，近年来，国内外许多学者提出了一系列新的信息安全技术思想，数字水印技术就是其中最重要的一种，它作为信息隐藏技术在多媒体领域的一项重要应用，为多媒体信息版权保护以及信息的合法使用提供了一种有效的解决办法。
1.2意义数字水印（Digital Watermarking）技术已经成为现代信息安全领域中非常重要且有效的数字信息版权保护手段。
数字水印技术是将具有特定意义的标记（版权标志，用户序列号，产品的相关信息或者是其它有意义的数据）运用一定的嵌入算法隐藏在数字图像、音频和视频等多媒体数字产品中，用以证明数字产品的版权、数字产品的完整性、跟踪盗版行为或者提供产品的附加信息等。
经验与交流 计算机与信息技术 ·91·数字水印技术及应用龚翱 李曾妍 陈刚（湖南人文科技学院 计算机科学系，湖南 娄底 417000）摘 要 随着网络技术和媒体信息数字化的飞速发展，数字水印技术成为目前研究的热点。
本文介绍了数字水印的概念、原理和研究现状，并分析了常见的数字水印算法，最后讨论数字水印的应用领域，并展望了未来发展及研究方向。
关键词 数字水印；信息隐藏；算法1 引言随着信息时代的到来，特别是Internet 的普及，数字技术飞速发展。
数字媒体如图像、视频、音频等作品因其复制、篡改、非法传播非常容易，使得版权保护和信息安全问题日益突出。
为了保护知识产权，以往采用数据加密的方法，只有掌握密钥的授权用户才能解密并使用数据，但这种方法只能控制用户存取数据，与数据本身无关。
因此，人们又提出了数字信息产品版权保护和数据安全维护的新技术——数字水印（Digital Watermarking）。
2 数字水印的概念及原理数字水印技术是一种信息隐藏技术，它是在数字图像、音频和视频等数字作品中嵌入秘密信息，以便保护数字作品的版权、证明产品的真实可靠性、跟踪盗版行为或者提供产品的附加信息，其中的秘密信息可以是版权标志、用户序列号或者是产品相关信息。
一般，该秘密信息需要经过适当变换再嵌入到数字作品中，通常称变换后的秘密信息为数字水印[1]。
数字水印技术以其特定的优势，成为目前的一个研究热点，得到越来越广泛发展和应用。
图1 水印的嵌入、提取过程一个完整的数字水印系统应包含：水印的嵌入和水印的提取或检测。
水印嵌入算法利用对称密钥或公开密钥实现把水印嵌入到原始载体信息中，得到隐秘载体。
水印检测或提取算法利用相应的密钥从隐蔽载体中检测或恢复出水印，没有解密密钥，攻击者很难从隐秘载体中发现和修改水印。
水印的嵌入和提取如图1所示。
3 数字水印的主要特性（1）不可感知性。
也称隐蔽性，数字作品嵌入数字水印后，不会引起质量明显的下降，也不容易被察觉，即使采用统计的方法也不能提取或确定水印的存在。
数字水印技术及其应用近年来，随着信息化建设的快速发展和数字媒体技术的不断创新，数字水印技术逐渐受到广泛关注。
数字水印技术是在数字媒体中嵌入一些不可见的标记，以保证其版权、身份认证和完整性等方面的安全性。
本文将探讨数字水印技术的原理、种类以及应用等方面的内容。
一、数字水印技术的原理数字水印技术是一种隐藏在数字媒体数据中的信息标记技术，目的是为了在保持原数据所具有的可用性及质量的基础上，加入一些可以用于识别、验证、追踪等目的的附加信息。
数字水印主要分为可见水印和不可见水印两种。
可见水印是在媒体数据中嵌入一些可见的标记，以证明该数据的所有权和版权等信息，相当于电子版权声明。
而不可见水印则是在媒体数据中插入一些不会影响原数据展示质量的噪声，来隐藏一些附加的信息。
通过在数据中嵌入数字水印，可以对音频、视频、图像等数字媒体进行版权保护，身份认证，完整性检验等，从而保护数字内容的安全。
二、数字水印技术的种类数字水印技术广泛应用于各种数字媒体数据中，包括音频、视频、图像等类型。
主要有以下几种类型：1.时间戳水印时间戳数字水印是将时间信息嵌入到数字数据中，以确保数据不被篡改或变形。
该类型的数字水印通常被应用于照片、音频和视频的版权保护，以便于跟踪和维权。
2.频率水印该类型的数字水印是在数字信号的频谱中嵌入一些特殊的序列，来进行版权保护和完整性检查。
该类型的数字水印被广泛应用于音频和视频数据的保护，以便于验证数据的完整性和身份认证。
3.几何水印几何数字水印是通过对数字媒体的几何形状进行修改，来隐藏附加信息的一种数字水印技术。
该技术主要应用于数字媒体上的版权保护和身份认证。
4.嵌入式水印该类型的数字水印是将一些特殊的序列嵌入到数字图像、视频或音频数据中，以进行身份验证和版权保护等方面的目的。
通过嵌入式水印技术，可以保证媒体数据的原始性和完整性，同时能够有效地防止数据的非法复制。
三、数字水印技术的应用数字水印技术已经广泛应用于数字媒体安全方面，其中主要的应用包括：1.版权保护原始作者可以在数字媒体上嵌入数字水印，以标记作品的所有权。
数字水印技术在图像安全保护中的应用研究数字水印技术是一种可以将信息嵌入到被保护的数字媒体中的技术。
在数字图像领域中，数字水印技术可以用来保护图像版权，防止图像盗版和篡改等。
随着数字媒体的日益普及和应用，数字水印技术在图像安全保护中的应用也越来越广泛。
一、数字水印技术的原理和分类数字水印技术的原理是将二进制数据嵌入到数字媒体中，经过处理后，数据隐藏在数字媒体中，不影响数字媒体的正常使用。
数字水印技术大致分为两类：一类是基于时间域的数字水印技术，即将水印信息嵌入到数字媒体中的时间域数据中，比如像素值、亮度等；另一类是基于频域的数字水印技术，即将水印信息嵌入到数字媒体中的频域数据中，比如小波系数、离散余弦变换系数等。
二、数字水印技术在图像版权保护中的应用数字水印技术在图像版权保护中的应用最为广泛。
数字水印技术可以将图像作者的信息嵌入到数字图像中，防止图像被盗用或者篡改。
数字水印技术在图像版权保护中的具体应用包括以下几个方面：1. 数字图像签名数字图像签名是数字媒体中最常用的数字水印技术之一。
数字图像签名将原始数字图像转换为一组数字，然后将图像作者的信息嵌入到这些数字中。
数字图像签名可以在没有原始数字图像的情况下验证图像的版权和完整性。
2. 数字图像层次结构数字图像层次结构是将多个图像级联在一起形成一个整体，保证图像轮廓的完整性和细节的精度。
在数字图像层次结构中，每个图像都带有水印信息，用来验证图像的版权和完整性。
3. 数字图像加密数字图像加密是将图像数据隐藏起来，只有得到解密密钥才能解密出图像数据。
数字图像加密可以保护图像的机密性，以防止非法获取和盗用。
三、数字水印技术在图像篡改检测中的应用数字水印技术不仅可以用来保护图像版权，还可以用来检测图像是否被篡改。
数字水印技术在图像篡改检测中的应用主要包括以下几个方面：1. 图像匹配图像匹配是通过比较被检测图像和原始图像的数字水印来判断图像是否被篡改。
在匹配过程中，数字水印可以帮助识别不同区域的图像是否被更改。
华清学院课程设计（论文）课程名称：图像数字水印技术在信息安全中的应用院（系）：信息与控制工程系专业班级：通信1102 姓名：党浩学号： 201106020211 2014年 12 月 17 日西安建筑科技大学华清学院课程设计（论文）任务书专业班级：通信1102班学生姓名：党浩指导教师（签名）：一、课程设计（论文）题目图像水印技术的在信息安全中的应用二、本次课程设计（论文）应达到的目的通过课程设计让学生较深入地理解信息网技术在通信工程专业系列课程中的地位、作用和意义；加深对基本概念和基本原理的理解和应用，并能够用所学知识分析、初步设计和解决与网络应用相关的现实技术问题，在实践中能够举一反三。
三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等）主要内容：1）掌握图像处理的基本方法和原理2) 掌握水印技术的相关概念及水印技术在信息安全中应用原理；要求：1）掌握图像水印算法；2）写出相应算法的MATLAB程序，并给出仿真结果；四、应收集的资料及主要参考文献：1）《数字图像处理》，王慧琴，北京邮电大学出版社；2）《数字信号处理》，朱光明译，机械工业出版社3）《MATLAB数字信号处理》，王彬，机械工业出版社五、审核批准意见教研室主任（签字）目录摘要 (3)第一章绪论 (4)第二章图像数字水印技术的基本原理及算法 (5)2.1图像数字水印的基本原理 (5)2.1.1水印的生成 (5)2.1.2 水印的嵌入 (5)2.1.3 水印的提取和检测 (6)2.1.4 仿真实验结果 (7)2.1.5 水印的评价标准 (8)2.2图像数字水印具备的特点 (9)2.3图像数字水印算法 (10)第三章MATLAB在图像数字水印技术中的应用 (13)3.1 MATLAB图像处理函数简介 (15)3.2 MATLAB在水印预处理中的应用 (15)3.3 MATLAB在图像数字水印实现中实用、高效的体现 (17)参考文献 (19)内容摘要本文重点研究数字媒体信息隐藏技术的理论与方法,介绍了数字水印的研究背景、基本原理、应用领域以及当前国内外的发展状况。
本论文结合数字水印技术的相关知识,讨论了如下问题:(1)数字水印系统模型。
(2)数字水印的基本要求。
(3)数字水印技术的应用前景。
(4)数字水印的分类,包括各类水印的基本概念,相关算法、性能及发展趋势的分析与讨论。
(5)数字水印的关键技术。
(6)MATLAB在图像数字水印技术中的应用关键词: 数字水印信息隐藏版权保护第一章绪论随着数字媒体技术和Internet技术的快速发展，信息媒体的数字化为信息的存取提供了极大的便利性，同时也显著提高了信息表达的效率和准确性。
Internet 的普及又为数字信息在世界范围内的迅速传递开辟了便捷的途径。
特别是随着计算机网络通讯技术的发达，数据的交换和传输变成了一个相对简单的过程。
现在，数字音频、数字图像和数字视频等各种数字作品在网络上的发布比比皆是。
人们借助于计算机、数字扫描仪、打印机等电子设备可以方便、迅速地将数字信息传输到所期望的地方，数字信息存储与传输技术的不断进步，带动了数字媒体应用的飞快发展。
然而，开放的网络环境和便捷的信息处理技术，也导致信息安全和数字作品版权保护的问题日趋严重，这些数字形式的文件或作品使有恶意的个人和团体在没有得到作品所有者的许可下拷贝和传播有版权的内容，例如，盗版者利用便利的网络信息制造出和原版一样复制品来获取暴利；一些重要的文件信息遭到篡改伪造和恶意攻击等等。
这一系列便于我们使用的数字化特性所带来的负面效应，已成为信息产业健康、持续发展的一大障碍。
对数字化信息产品实施有效的版权保护，成为迫在眉睫的研究课题。
数字水印技术是信息隐藏技术研究领域的重要分支，作为传统加密技术的有效补充，近年来引起人们的高度重视，被认为是解决上述问题的最具潜力的技术之一，已成为信息安全领域的一个研究热点。
在多媒体信息中加入数字水印可以确认版权所有者、认证多媒体信息来源的真实性、识别购买者、提供有关数字内容的其它附加信息、确认所有权认证和跟踪侵权行为等等。
它在篡改鉴定、数据的分级访问、数据跟踪和检测、商业和视频广播、Internet数字媒体的服务付费、电子商务认证鉴定等方面具有十分广阔的应用前景。
第二章 图像数字水印技术的基本原理及算法2.1图像数字水印的基本原理数字水印技术是通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌到多媒体内容当中, 但不影响原内容的价值和使用, 并且不能被人的知觉系统觉察或注意到。
水印信息可以是作者的序列号、公司标志、有特殊意义的文本等, 可用来识别文件、图像或音乐制品的来源、版本、原作者、拥有者、发行人、合法使用人对数字产品的拥有权。
与加密技术不同,数字水印技术并不能阻止盗版活动的发生, 但它可以判别对象是否受到保护, 监视被保护数据的传播、真伪鉴别和非法拷贝, 解决版权纠纷并为法庭提供证据。
为了给攻击者增加去除水印的难度, 目前大多数水印制作方案都采用密码学中的加密(包括公开密钥、私有密钥) 体系来加强, 在水印的嵌入、提取时采用一种密钥, 甚至几种密钥联合使用。
2.1.1水印的生成水印可由多种模型构成，如随机数字序列、数字标识、文本以及图像等。
从鲁棒性和安全性考虑，常常需要对水印进行随机化以及加密处理。
设I 为原始图像，W 为水印信号，K 为密钥，那么加密处理后的水印W ~由函数F 定义如下：W ~=F （I ，W ，K ） （2-1）如果水印所有者不希望水印被其他人知道，那么函数F 应该是非可逆的，如经典的DES 加密算法等。
这是将水印技术与加密算法结合起来的一个通用方法，目的是为了提高水印的可靠性、安全性和通用性。
2.1.2 水印的嵌入本文算法利用Watson 提出的小波域人眼视觉系统的可见度阈值（JND ），将宿主图像的小波系数量化为{0,1}序列，将此作为该图像的水印，并以稀疏矩阵的形式存储下来。
为了在不损坏原始图像质量的情况下，把能量尽可能大的水印信息嵌到图像中，使认证水印具有对有损压缩等一般性操作最大的鲁棒性，本算法采用可见度阈值（JND ）作为量化间隔。
水印嵌入过程如图1所示。
算法步骤如下：2.1.3 水印的提取和检测水印提取和检测过程分别如图2-2和2-3所示。
水印的提取和检测可以作用于任何产品，提取和检测可以需要原始产品的参与，也可以不需要原始产品的参与。
若将这一过程定义为解码函数D ，那么输出可以是一个判定水印存在与否的0-1决策，也可以是包含各种信息的数据流，如文本、图像等。
如果己知原始图像I 和有版权疑问的图像W I ˆ，则有： ()I I D W W ,ˆ=∙ （2-5）图2-2 水印提取框图在某些水印系统中，水印可以被精确地抽取出来，这一过程被称作水印提取。
比如在完整性认证应用中，必须能够精确地提取出插入的水印，并且通过水印的完整性来确认多媒体数据的完整性。
如果提取出的水印发生了部分的变化，最好还能水印信号 原始信号 密 匙 水印嵌入算法 嵌入水印后的信带水印信号 原始信号 密 匙 水印嵌入算法 提取的水印信号够通过发生变化的水印的位置来确定原始数据被篡改的位置。
对于强壮水印，通常不可能精确地提取出插入的原始水印，因为一个应用如果需要强壮水印，说明这个应用很可能遭受到各种恶意的攻击，水印数据历经这些操作后，提取出的水印通常已经面目全非，这时需要一个水印检测过程。
水印检测框图如图2-3所示：图2-3 水印检测框图 从以上论述可以看出，水印提取的任务是从嵌入水印的数据中提取水印信号，而水印检测的任务是判断某一数据内容中是否存在指定的水印信号。
另外，水印检测的结果依赖于一个阐值，当相关性检测的结果超过这个闽值时，给出含有指定水印的结论。
通常水印检测的第一步是水印提取，然后是水印判决。
水印判决的通行做法是相关性检测。
选择一个相关性判决标准，计算提取出的水印与指定的水印的相关值，如果相关值足够高，则可以基本断定被检测数据含有指定的水印。
检测器的输出结果如充分可信则可在法庭上作为版权保护的潜在证据。
2.1.4 仿真实验结果为验证本文所提出的认证方法是否能够满足对一般性操作具有鲁棒性、对篡改操作具有敏感性的要求，我们对标准图像进行了测试。
图像分解层数L=4。
采用峰值信噪比客观评价水印图像的质量。
待检测信号 原始信号 密 匙 水印检测 判断 含水印 无水印Y N2.1.5 水印的评价标准不同的应用对水印的特性要求是不同的。
水印的特性对水印系统的性能提供了准确的评估,如何在多种性能评价标准下选择性能的指标,则是由具体的应用来决定的。
同时,也可以根据应用的需求调整水印系统的特性,使各个特性在调整的过程中获得平衡。
某个特性的改善,通常是通过牺牲其他特性得到的。
水印的特性可以从以下几个方面来研究:1.嵌入水印的有效性:成功地将水印信息嵌入到随机载体的概率。
2.失真率:嵌入水印后宿主与原宿主的差别。
3.盲检测:不需要宿主信息就可以检测出水印信息。
4.带辅助信息检测:需要原始载体有关的信息,才能检测出水印。
5.鲁棒性:水印系统承载常规处理的能力。
6.安全性:水印系统抵抗恶意攻击的能力。
7.密钥:水印信息的加密解密或者通过密钥来控制水印的嵌入和提取。
8.多水印:同一载体中是否可以嵌入多个水印(互不干扰)。
9.水印容量:水印系统可以携带的最大有效载荷数据量。
10.计算量:嵌入算法与提取算法的计算成本。
2.2图像数字水印应具备的特点(1) 不可感知性(unperceptivity) 。
不可感知包含两方面的意思, 一个指视觉上的不可感知性(对听觉也是同样的要求) , 即因嵌入水印导致图像的变化对观察者的视觉系统来讲应该是不可察觉的,最理想的情况是水印图像与原始图像在视觉上一模一样, 这是绝大多数水印算法所应达到的要求; 另一方面水印用统计方法也是不能恢复的, 如对大量的用同样方法和水印处理过的信息产品即使用统计方法也无法提取水印或确定水印的存在。
(2) 鲁棒性( robustness) 。
加入水印的图像在传播过程中必然会受到各种有意或无意的干扰。
一个数字水印应该能够承受大量的、不同的物理和几何失真, 包括有意的如: 恶意攻击、移去水印和使水印无法提取, 无意的如: 图像压缩、滤波、扫描与复印、边缘增强、抖动、APD、DPA 转换等信号处理、噪声污染、尺寸变化等。
(3) 安全性( safty) 。
即使水印算法公开, 它同样能防止未授权团体移去水印或加入一个假的水印。
(4) 透明性(invisibility) 。
利用人类视觉系统或人类听觉系统属性, 经过一系列隐藏处理, 使目标数据没有明显的降质现象, 而隐藏的数据却无法人为地看见或听见。
(5) 可证明性(justification) 。
