数字产品防伪的有效手段——数字水印

    随着数字技术和因特网的发展，各种形式的多媒体作品(图像、视频、音频等)纷纷以网络形式发表，然而数字作品的便利性和不安全性也是并存的，它可以低成本、高速度地被复制和传播，这样为创作者和使用者都提供了很大便利，但这些特性也很容易被盗版者所利用，因而采用多种手段对数字产品进行保护，对侵权者进行惩罚已经成为迫切的工作，除了与传统作品版权保护相类似的法律和管理手段外，还应该针对数字产品本身的特点为其提供技术上的保护，数字水印技术的研究就是在这种应求下迅速发展起来的。数字水印技术不同于传统的水印纸，它是利用数字信号处理的相关技术，在媒体作品中嵌入微量数据(一般为数字、序列号、文字、图像标志等版权信息)。水印技术嵌入后，原始的媒体数据并没有发生改变，也不影响原始数据的正常使用，数字水印使人们无法从表面感知水印，只有专用的检测器或软件才可以检测出隐藏的水印。同时通过水印的检测和分析来保证数字信息的完整可靠性，从而成为知识产权保护和数字多媒体数据防伪的有效手段。

    一、数字水印的分类

    数字水印也叫做数码水印。就是用数码技术将图像、音频、视频、文本网络等目标直接隐藏在静止图像、活动图像或其他数码传播媒体中的技术。依据所嵌入的媒体不同，主要分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印和网络水印。与传统的加密系统不同的是，数字水印技术应用的主要目的并不是限制对媒体的访问，而是确保媒体中水印不被改变或消除，从而为媒体提供必要的证明信息。要了解数字水印的用途，首先了解一下数字水印的分类。

    1.按特性划分

    可以将数字水印分为鲁棒性数字水印和脆弱性数字水印。鲁棒性数字水印主要用于在数字作品中标识著作权信息，它要求嵌入的水印能够经受各种常用的编辑处理；脆弱性数字水印主要用于完整性保护，脆弱性水印必须对信号的改动很敏感，人们根据脆弱性水印的状态就可以判断数据是否被篡改过。

    2.按水印所附载的媒体划分

    可以将数字水印分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印以及用于三维网格模型的网格水印等。

    3.按检测过程划分

    可以将数字水印分为非盲水印、半盲水印和盲水印。非盲水印在检测过程中需要原始数据和原始水印的参与，半盲水印则不需要原始数据。而盲水印的检测只需要密钥，不需要原始数据和原始水印。一般非盲水印的鲁棒性比较强，但其应用受到存储成本的限制。目前数字水印大多数是盲水印。

    4.按内容划分

    可以将水印划分为有意义水印和无意义水印。有意义水印是指水印本身也是某个数字图像(如商标)或数字音频片段的编码；无意义水印则只对应于一个序列号。有意义水印如由于受到攻击或其他原因致使解码后的水印破损，人们仍然可以通过视觉观察确认是否有水印。但对于无意义水印来说，如果解码后的水印序列有若干码元错误，则只能通过统计决策来确定信号中是否含有水印。

    5.按水印的用途划分

    可以将数字水印划分为票据防伪水印、版权保护水印、篡改提示水印和隐蔽标识水印。

    6.按水印隐藏的位置划分

    可以将数字水印划分为时域数字水印、频域数字水印、时／ 频域数字水印和时间／ 尺度域数字水印。

    二、数字水印的特性

    数字水印来源于信息隐藏技术，它把有特定意义的标记信息，利用数字信息处理方法，经过计算机加工处理，隐藏在数字化的图像、声音、文档、视频等数字化文件中，通过对数字化的文件检测和分析来提取隐藏的水印信息，用这些水印信息来证明创作者对其作品的所有权，并且作为鉴定产品真伪和起诉非法侵权的认据，数字水印也就成为了保护知识产权和数字多媒体防伪的有效手段。数字水印之所以在产品的防伪中起到了很大作用，有其一些显著特性，主要特性包括以下几个方面：

    1.保真性

    又常称为不可见性，指的是水印嵌入导致宿主信号质量变化的程度。鉴于宿主信号多是多媒体数据供人们观赏，水印应具有很高的保真性，同时又增加了水印自身的安全。

    2.鲁棒性

    是指水印在媒体数据编辑、处理过程中的生存能力。媒体数据的各种操作会导致宿主信号信息损失，从而破坏水印完整性，像压缩、滤波、加噪、剪切、缩放和旋转等，也包括一些恶意的攻击。

    3.安全性

    在应用中总有人要嵌入、检测或剔除水印，而必须限制其他人做同样的操作，这就是水印的安全性。要实现安全，必须保密重要信息，比如通常使用密钥产生水印。

    4.低错误率

    即便是在不受到任何攻击或其它情况下，也要求不能检测到水印或者是检测到水印的概率非常小。

    5.抗篡改性

    是指的水印一旦被嵌入到载体中，攻击者就很难改变或仿造、篡改。但在版权保护中要想做到这些是很不容易的。

    三、数字水印的一般模型

    数字水印是近几年才发展起来的信息安全技术，目前来说还没有形成完整的理论，数字水印一般包括嵌入和检测两个主要过程。为了给攻击者增加去除和破坏水印的难度，现大多数数字水印制作方案都在嵌入检测时采用了加密技术，只有掌握密钥的人才能检测并提取出水印。

    1. 嵌入水印

    嵌入主要解决的一是嵌入算法，这是数字水印的核心技术，二是数字水印的生成方法。数字水印嵌入过程如图一所示：该系统输入原始数据、水印信息和水印密钥，通过嵌入算法得到嵌入水印后的数据。

    2. 检测水印

    数字水印的检测过程是嵌入过程的逆过程，检测阶段主要是根据算法将水印提取出来。数字水印的检测过程如图二所示：该系统输入检测数据、水印信息或原始数据和水印密钥，通过检测算法得到水印信息。

    四、数字水印在数字产品防伪中的应用

    数字水印的基本思想是在原始媒体数据中附加信息作为标记，这些信息与原始数据紧密结合，并随之一起被传输。在接收端，通过计算机水印信号被提取出来用于数字签名、数字指纹、广播监视、内容认证、拷贝控制和秘密通信等。数字水印被视作抵抗多媒体盗版的“ 最后一道防线”。因此从水印技术自身来说，它具有广泛的应用前景和巨大的经济价值。

    l.版权保护

    最早提出数字水印的概念与方法是为了进行多媒体数据的版权保护。随着计算机和互联网的发展，越来越多的艺术作品、发明或创意都开始以多媒体数据的形式表达，比如用数码相片，用数字电影，用M P3 播放器听音乐，用计算机绘画等等。所有活动所涉及的多媒体数据都蕴含了大量价值不凡的信息。在科技发达的今天，篡改、伪造、复制和非法发布原创作品变成了一件轻而易举的事情。数字水印正好是解决这类“ 版权问题”的有效手段。比如以前的画家用印章或签名标识作品的作者，那么今天他可以通过数字水印将自己的名字添加到作品中来完成著作权的标识。同样，音像公司也可以把公司的名字、标志等信息添加到出版的磁带、C D 碟片中。这样通过跟踪多媒体数据中的数字水印信息来保护多媒体数据的版权。

    2.真伪认证

    除了在版权保护方面的应用，数字水印技术电子文档等的真伪认证上面也有很大的用途，例如对政府部门签发的红头文件，文件认证的传统方法是鉴别文件的纸张、印章或钢印是否符合规范和标准，但其缺点是无论纸张、印章或钢印都容易被伪造。使用数字水印技术则可以有效解决这个问题。可以将数字水印作为信息载体，把某些信息添加到红头文件中，使得文件不仅有印章或钢印，而且有难以察觉的数字水印信息，从而大大增加了文件被伪造的难度。

    3.拷贝保护

    数字产品的拷贝问题是其面临的根本问题。数字水印可以用来说明数字产品的数据被拷贝的情况，从而控制数据被拷贝的或者限制拷贝的次数，以此来实现保护。比如C D 数据盘中秘密的数字水印信息可以有条件的控制什么样的人可以访问该C D 盘中的内容。

    4.安全通信

    数字水印技术还可以应用于信息的安全通信。由于人们很难觉察到数字水印信息在多媒体数据中的存在，某些重要信息在传输的过程中就可以隐藏在普通的多媒体数据，从而避开第三方的窃听和监控。

    综上所述，数字水印与其他的印刷品防伪技术相比，有其一些特殊的优势，主要体现在以下几个方面：

    ①制作成本低。无需要特殊材料，不改变原有的生产流程，不增加成本，即可达到防伪的目的。

    ②伪造难度大。数字水印是近几年来在防伪领域才研究的一项新技术，数字水印信息有很大的隐藏性，仿造起来难度较大。

    ③便于实现。使用一些专用的检测设备，加上相应的软件就可以实现水印的嵌入和检测提取。

    ④互不干扰。与其他防伪技术和防伪手段之间互不干扰，形成了很好的兼容性，进而提高了防伪效果。

    随着计算机网络技术的发展，数字水印在数字产品保护方面越来越受到重视，在许多国家已经得到了广泛的应用，德国利用数字水印技术来防止伪造电子照片，美国在商标及包装印刷方面都应用了数字水印技术，日本的保险票据中也加入数字水印来作为防伪。在我国数字水印技术研究起步较晚，才只有几年时间，但发展速度很快，我们相信，随着网络时代的发展，数字水印技术在数字版权保护、多媒体数据保护方面将起到越来越大的作用，并能产生可观的经济效益。