结合数字签名和时间戳机制的数字水印算法

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1、结合数字签名和时间戳机制的数字水印算法AWatermarkingSystemBasedonDigitalSignatureandDigitalTimestamp一、数字水印技术概述1、引言随着数字技术和因特网的发展，各种形式的多媒体数字作品纷纷以网络形式发表，然而数字作品的便利性和不安全性是并存的，它可以低成本、高速度地被复制和传播，这样就为创作者和使用者提供了很大便利，但这些特性也容易被盗版者所利用，其版权保护成为一个迫切需要解决的问题。数字水印是新近实现版权保护的一种有效办法，它通过在原始数据中嵌入秘密信息——水印，

2、来证实该数据的所有权。2、数字水印的分类按水印特性划分可将水印分为鲁棒性水印和脆弱性水印；按嵌入结果可将水印划分为可见水印和不可见水印；按所附载的载体数据可划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印以及三维网格模型的网格水印等；按检测过程可将水印划分为非盲水印、半盲水印和盲水印；按内容可划分为有意义水印和无意义水印；按隐藏的位置可划分为空域水印和变换域水印。本文所研究的是鲁棒性的、不可见的、有意义的、变换域的盲图像水印和半盲图像水印。3、本文的主要工作针对二值和多灰度级水印图像分别提出了一种新的水印嵌入和提取算法，并与

3、已有算法进行了比较；指出文献[21]中存在的逻辑错误，对其提出的数字水印系统进行了修正，从而真正达到版权保护的目的。注：文献[21]陈永红、黄席樾，基于混沌和数字签名的图像数字水印，计算机仿真，2005年1月。二、二值图像水印系统：1、水印的嵌入：假设载体图像为256级灰度图像，大小为M×M,W是二值水印图像，大小为N×N。不失一般性，设水印的尺寸小于载体图像的尺寸，算法的具体步骤如下：Step1：对载体图像进行L级小波分解，对低频逼近子图的系数进行调整，使之取值范围为[0，255]的整数，调整后的结果记为C。将C划为互

4、不重叠的P块，选择其中的T块嵌入水印，每块的大小与水印图像的大小相同，第t块记为，计算它的平均值，进而计算:IfElse其中Step2：给定初值产生混沌序列，对水印图像W进行置乱得到H。Step3：把H与对应，计算,,规则如下:IfElse将合并成。2、水印的提取：首先对需要检测的图像做相应次数的小波变换，按同样的方法得到。将重新分为。根据计算，IfElse用对进行逆置乱变换，得到,最后根据计算，即为提取出的水印。IfElse3、结合数字签名与时间戳的数字水印系统：3.1数字签名在密码学领域，加密算法有对称加密算法和非对

5、称加密算法两种。非对称加密算法的加密密钥和解密密钥是不同的，分别称为公钥和私钥。公钥可以发送到Internet等公开地方，私钥只有用户私人持有。这两个密钥完全不同且不能互相推导，用私钥加密的数据只有用对应的公钥才能解开。数据W用A的私钥加密得到DW，只有用A的公钥才能将DW解密回W,因而说明DW归A所有，进而W也归A所有，我们称DW是A对W的数字签名,别人是无法伪造的。那么如何保证A是公钥的所有者呢？公共密钥基础结构PKI采用证书管理公钥。通过第三方可信任机构——认证中心CA把用户的公钥和用户的其它标识信息（如名称、身份

6、证号等）捆绑在一起，形成数字证书。数字证书又叫数字身份证、数字ID，在Internet上验证用户的合法身份。3.2时间戳时间戳为用户数据提供一个不可更改不可伪造且具有可鉴别性的时间标记。同数字签名一样，可以通过CA中心和数字证书增加时间戳提供方的可信性。3.3数字水印系统文献[21]的数字水印系统为：载体图像I嵌入算法初值X0水印图像WK数字签名DW文献[21]认为载体图像所有者A通过数字证书证明他对W的所有权加上A能提供初始值和K，便可证明A对I的所有权。然而对此系统进行分析不难发现如果D预先设计出一个水印图像WW，通

7、过认证中心CA签名认证，当产品所有者A将产品I在网上公开后，D可以根据I，WW和生成，则我们不能得出D不是产品I的所有者的结论，即文献[21]提出的数字水印系统没有达到版权保护的目的。我们把整个水印系统修改如下：盖时间戳载体图像I嵌入算法水印图像W初值x0K合并M数字签名DMTMK是由I、W、和嵌入算法唯一确定的，从某种意义上说，K、W、和嵌入算法也唯一确定I，由于我们将W、以及K合并成M,对M进行数字签名，因而证明了对M的所有权，便证明了对I的所有权。加盖时间戳是为了标记数字产品I的创作时间，如果有人用I、、WW生成，

8、进而生成，则可由时间戳的先后识别版权所有者。4、计算机仿真实验：本文实验中以Lena（512×512）为载体图像I，以64×64的二值图像“吉林大学”为水印，L=2，P=T=4.NC=1原始水印原始图像图1剪切图2剪切与旋转攻击攻击后的载体图像文献[21]本文NC=0.7056NC=0.9727旋转5度NC=0.73