抗共謀攻擊的數(shù)字指紋技術(shù)研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，多媒體的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣闊，然而，伴隨而來的多媒體侵權(quán)問題也越來越嚴(yán)重，在這種情況下，數(shù)字指紋技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字指紋可以追蹤未經(jīng)授權(quán)作品的分發(fā)源頭，震懾非法行為，被認(rèn)為是保護(hù)數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)的有效手段。共謀攻擊是數(shù)字指紋面臨的最主要也是最難解決的問題，研究抗共謀攻擊的數(shù)字指紋技術(shù)具有重要的理論意義及應(yīng)用價值。
　　 經(jīng)過十多年的發(fā)展，數(shù)字指紋技術(shù)已經(jīng)形成了一套較為完整的理論體系。其研究主要包括指紋編碼、指紋算

2、法性能評價和指紋算法設(shè)計(jì)，盡管這些技術(shù)都取得了較大的發(fā)展，也得到了一定的實(shí)際應(yīng)用，但是還存在一些問題亟需解決，比如壓縮圖像的指紋技術(shù)、盲檢測指紋技術(shù)、高效指紋編碼技術(shù)等。針對以上問題，本文主要以圖像為載體，以抗共謀攻擊為主線，圍繞數(shù)字指紋技術(shù)進(jìn)行了一系列的研究。此外，幾何攻擊可以使嵌入在圖像中的水印失去同步性，進(jìn)而影響水印的成功檢測，針對此本文還研究了抗幾何攻擊的數(shù)字圖像水印算法。本文的主要工作及貢獻(xiàn)歸納如下：
　　 1.深入分

3、析了數(shù)字指紋與版權(quán)管理、信息隱藏、數(shù)字水印的關(guān)系，對數(shù)字指紋技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了歸類總結(jié)，并深入研究了數(shù)字指紋技術(shù)中存在的問題，指明了本文工作的主要方向。系統(tǒng)研究了數(shù)字指紋系統(tǒng)的總體框架及其模型，詳細(xì)分析了數(shù)字指紋的嵌入技術(shù)及評價指標(biāo)，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 2.建立了一種新的共謀攻擊模型。傳統(tǒng)的共謀攻擊模型是從版權(quán)者角度建立的，不能準(zhǔn)確地描述實(shí)際問題，為了解決這一問題，本文從共謀者角度建立了一種新的共謀攻擊模型。在不同的

4、變換域情況下，采用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式對兩種共謀攻擊模型進(jìn)行了分析與對比并得到相應(yīng)的結(jié)論，大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了結(jié)論的正確性。提出的新模型可以為指紋系統(tǒng)性能分析、指紋算法設(shè)計(jì)提供更為準(zhǔn)確的參考依據(jù)。
　　 3.針對壓縮圖像提出了一種高容量強(qiáng)魯棒的數(shù)字指紋算法。現(xiàn)有的壓縮圖像指紋算法抗共謀攻擊能力較差，針對這一問題，提出了一種基于非下采樣Contourlet變換的壓縮圖像指紋方法。該算法采用壓縮圖像的非下采樣Contourlet低頻

5、系數(shù)組建高維宿主向量嵌入高斯指紋，在此基礎(chǔ)上研究了強(qiáng)度因子、指紋維數(shù)與魯棒性、圖像質(zhì)量之間的關(guān)系。該算法不但從根本上提高了指紋系統(tǒng)容量，而且增強(qiáng)了指紋的抗共謀攻擊能力，大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了算法的有效性。最后將該算法的應(yīng)用領(lǐng)域推廣到非壓縮圖像，理論分析與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均表明其同樣適用于非壓縮圖像。
　　 4.提出了兩種盲檢測指紋算法?，F(xiàn)有的盲檢測指紋算法抗共謀攻擊能力都較弱，針對此本文提出了兩種盲檢測方式的指紋算法。首先結(jié)合抗共謀攻擊碼與

6、量化技術(shù)提出了一種盲檢測的量化方法，該方法將共謀攻擊轉(zhuǎn)化為指紋碼的邏輯運(yùn)算。在此基礎(chǔ)上，采用這種量化方法分別在空域和DCT域?qū)崿F(xiàn)了盲檢測指紋算法，在追蹤共謀者時提出了一種自適應(yīng)閾值法，閾值隨著噪聲的強(qiáng)弱自動調(diào)節(jié)?？沼蛩惴ǖ奶攸c(diǎn)是容量高，然而其抗壓縮能力較弱。DCT域算法采用JPEG標(biāo)準(zhǔn)量化表作為量化步長的依據(jù)，解決了空域算法抗壓縮能力弱的問題。大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，與現(xiàn)有算法相比，提出的兩種盲檢測指紋算法的抗共謀攻擊能力得到了明顯提高。

7、r>　　 5.針對傳統(tǒng)正交指紋檢測效率非常低的問題提出了一種樹形指紋編碼方案。該方案采用分層思想構(gòu)造指紋，所構(gòu)造指紋的相關(guān)性隨著分支不同而不同。將同一分支的指紋分發(fā)給同一區(qū)域的用戶，使指紋相關(guān)性的大小與用戶距離遠(yuǎn)近保持一致，符合自然屬性，非常有利于識別共謀者。理論分析與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，相比傳統(tǒng)的正交指紋及其快速檢測算法，樹形指紋編碼不但極大地提高了檢測效率，而且提高了指紋系統(tǒng)的抗共謀攻擊能力，同時節(jié)省了存儲空間，提出的指紋編碼方案的整體

8、性能得到了極大提升。
　　 6.提出了兩種抗幾何攻擊的數(shù)字圖像水印算法。系統(tǒng)分析了幾何攻擊對數(shù)字圖像水印的影響，在此基礎(chǔ)上從不同思路提出了兩種抗幾何攻擊的數(shù)字圖像水印算法。第一種算法利用圖像直方圖對幾何變換具有不變性的原理，通過修改圖像像素的統(tǒng)計(jì)關(guān)系嵌入水印信息。大量實(shí)驗(yàn)表明該算法不但可以抵抗旋轉(zhuǎn)、縮放、平移、剪切等幾何攻擊，而且對插值攻擊具有很強(qiáng)的魯棒性。第二種算法利用圖像特征點(diǎn)進(jìn)行水印同步，以特征點(diǎn)為中心生成一種大面積的方形