数字指纹-2019年文档资料

1、数字指纹1数字指纹研究背景近年来,多媒体信息技术开展迅猛,已经逐渐渗透到人们生活的各个角落.但是,随之而来的盗取版权现象也日益猖獗,数 字产品的盗版传播问题已成为社会各界广泛关注的热点问题,它涉及多方面利益,造成的影响巨大而深远.因此,数字产品保护问题已阻碍信息数字化的开展,我们需要紧急研究并采取相应的先进技术手段来打击盗版犯罪行为,保障版权所有者的权益.目前,数字版权保护方面的问题已经引起 了各国政府、法律、媒体和工业等各方的共同关注.我们除了运 用法律手段保护数字内容的版权外,还在努力提升相关的技术手段,因此迫切需要建立有效机制来保护多媒体信息版权.由此出现了数字指纹(Digital Fi

2、ngerprinting )与数字水印(Digital Watermarking )等保护数字产品保护的举措.2数字指纹与数字水印数字指纹广义上指具有唯一性特征的一切物体,比方序列 号、条形码、身份证号、邮件名称等等.为了标志数字作品的身 份,在其中嵌入具有唯一性的标识符,这种唯一性的标识符就是数字指纹.嵌入、提取数字指纹采用的一系列方法、过程称为数 字指纹技术.数字指纹技术是近几年开展起来的一种新型数字版权保护技术,它的原理是版权者在其分发的数字作品拷贝中嵌入与用户 身份相关的唯一信息,当发现非法拷贝时,版权者凭借嵌入信息 可以识别非法分发拷贝的用户,进而通过法律诉讼和惩罚来到达 保护版权权

3、益、对非法行为进行威慑的目的, 可以看出数字指纹 实现了一种版权跟踪机制.数字水印的概念可以分为广义上的数字水印与狭义上的数 字水印,广义上的数字水印,指在多媒体数据中嵌入信息的一切 水印方法；普通水印称为狭义上的数字水印, 主要指在多媒体数 据中嵌入标识版权者身份信息的水印技术,指鲁棒的水印技术.所以广义上的数字水印包括狭义上的数字水印、脆弱水印和数字指纹.它的根本思想是在数字图像, 音频和视频等数字产品内容 中嵌入保密信息此信息对非法者是不可见的,用以保护数字 产品的版权,预防并且跟踪一切非法使用的盗版行为1 O数字水印和数字指纹技术是近年来出现的新型数字版权保 护举措,可以统称为版权标识

4、技术.比拟而言,数字指纹与数字 水印的区别如下：数字水印是向数字内容中嵌入代表版权拥有者身份的相关 信息,确定自己的版权归属权. 而数字指纹是在数字内容中嵌入 与用户有关的信息,分别向分发的不同用户拷贝中嵌入不同的信 息,嵌入的指纹对不同购置者是不同的.此时版权拥有者能够根据信息跟踪非法用户,当发生非法拷贝时,版权拥有者能够确定 侵权用户.简单来说,数字水印通常用来确定原始作者,数字指纹通常用来进行拷贝跟踪. 事实上,数字指纹又是广义数字水印 的一种具体应用.3数字指纹研究现状及意义指纹的概念最早由 Wagner在1983年提出2,其在文章中 首先扩展了指纹的概念,认为指纹应该是普遍存在的,任

5、何可能被滥用的对象都应该为其添加一个指纹,使得在它被滥用之后能 够根据指纹识别该对象的版权者,并且要满足外界的干扰造成指 纹不可识别的同时伪装对象也不可用这一条件,这和信息隐藏的要求相一致.另外其还介绍了指纹的思想和一些术语,对指纹技术进行了分类并给出了一些使用指纹技术的例子.一直到1995年对数字指纹的研究才正式开始,Cox等人提出了一种基于扩频通信的DCTM水印算法3,后来的研究将数字水印与数字指纹 编码技术相结合,为多媒体数字内容的版权保护由理论走向了实 践提供了有效的途径.时至今日,数字指纹及其相关技术研究的 已经开展到了一定的广度与深度.作为一种新兴的用于保护版权的技术,数字指纹技术

6、目前已经取得一定的进展,并且得到国内至国际上的一定关注.在数字指纹技术的研究方面,国外开始的比拟早,并且已经取得一些成 果,比方一些从事信息隐藏技术研究工作的公司或团体纷纷推出 相关的软件,日本电气公司、日立制作所、先锋、索尼及旧M等公司正在努力开发具有统一标准的数字指纹技术4 o近期研究最活泼的是美国马里兰大学(Maryland University )吴旻研究团队,他们对包括数字指纹在内的数字多媒体信息平安进行了一 系列深入研究；国外起步的比拟晚,我国在数字水印方面的研究 目前也非常活泼,研究机构主要分散于科研院所及高校,其中以中科院、北京大学、华中科技大学、清华大学等为代表,然而数 字指

7、纹技术的研究领域比拟欠缺,与国外还有很大差距,增强我国的版权保护研究的力度和深度势在必行.4数字指纹系统数字水印系统一般包括水印嵌入、水印检测或提取两个过 程.而数字指纹系统建立在数字水印系统之上,数字指纹系统在指纹信息提取完成后,要对共谋者进行追踪等等.4.1数字指纹系统模型数字指纹系统除了对指纹嵌入和提取,在指纹信息提取完成 后,还要对共谋者进行追踪,一般来说,数字指纹系统包括指纹 嵌入与拷贝分发、指纹检测与共谋者追踪,共谋攻击对数字指纹 系统的影响非常大.因而数字指纹系统的性能主要指系统的抗共 谋攻击水平,指纹系统的抗共谋攻击性能分析是数字指纹的一个 重要研究领域,其对设计抗共谋攻击的数

8、字指纹系统具有重要意 义.1)指纹嵌入器：版权所有者者先将用户身指纹信息嵌入到 数字产品中,然后将得到的指纹拷贝分发给每个用户,与信息隐藏一致,指纹嵌入要满足不可见性、鲁棒性、指纹容量之间的一 些特性要求,嵌入的方法通常采用加性指纹嵌入方法.2)共谋攻击：是一组拥有相同拷贝内容不同指纹信息的共谋者,相互勾结起来制造出一种新的数字内容,因此新内容中的指纹信息 不指向任何一个共谋者,所以无法追踪到任何一个参与共谋的拷 贝.共谋者采用这种方式以期改变非法拷贝中的指纹信息,令版权者无从查起非法拷贝的出处.3指纹检测器：也是非法者追踪阶段,当版权所有者发现 非法分发者后,在追踪非法者时,首先提取盗版作品

9、中的指纹信 息,根据提取的指纹信息与指纹库中的指纹进行一一比对,分别计算出相关度,根据相关度来判断某个用户是否参与了共谋,根据实际需要可以设计相应的判别器.检测嵌入信息时根据原始信号存在与否,数字指纹系统可以分为1非盲检测：不需要原始信号的参与便可以检测出指纹信 息.2盲检测：需要原始信号的参与才可以检测出指纹信息.5数字指纹系统实验5.1仿真实验1995年,Cox等人5提出了一种基于扩频通信的 DCT域水 印算法.该算法通过利用离散余弦变换 DCT技术向图像中添 加标记,从而将水印嵌入到图像感知最重要的频域因子中主要是低频系数中,直流系数除外以增强算法的稳健性.Cox等还认为高斯随机序列产生

10、的水印相比于其它序列具有更好的稳健性,由于它们具有更大的自相关值.基于 Cox的数字水印模型, 下面我们设计了 一个简单的指纹系统.这样每个用户的指纹之间相互正交, 可以最大的限度的区分 不同用户.我们采用独立高斯水印的扩频嵌入方法,也就是正态分布的随机数作为指纹,而且该水印已被证实对各种攻击的有很 强的反抗水平,所以常被用来理论数据分析.因此Cox等人采用独立随机的正态采样序列作为要嵌入的指纹,为每个用户选取不同的相互之间独立采样序列. 这里指纹的取值不限于离散的整数 值,而是服从正态分布 N (0,1)的随机实数序列X.嵌入过程中,我们应用扩频嵌入技术将相互正交的高斯水印 作为指纹信息嵌入

11、图像.数字指纹的嵌入方法有很多种,该文采 用的嵌入方法为扩频加性嵌入. 这是由于扩频加性嵌入方法可以 较好的反抗各种几何攻击,具有很好的鲁棒性 6,该嵌入方法 不但能够反抗有损压缩,滤波等处理,而且还能反抗旋转,缩放, 剪切等几何失真7,所以常应用于在数字版权保护方面.首先将图像按像素分块,每块大小为8X8像素,然后对每块进行二维DC馁换,再在每个子块中进行水印的加性嵌入,所嵌入的指纹长度N=1024,最后做DCT®变换,得到水印图像. 同理进行提取实验.通过比拟可以看出,对图像进行分块处理后, 水印图像的失 真度相对上个实验略为提升,图像质量反而越好.事实上,采用 较大的子块可以明显减少图像分块效应.所以块DC饺换可以对 原数字指纹系统做出改良.6总结展望数字指纹的开展到今天仅仅才有 20年的历史,与数字水印相比,研究深度和广度都远远不及后者, 需要进步完善以下方面：在数字指纹的嵌入技术方面,进一步提升透明性、鲁棒性等.数字指纹的嵌入方法来源于数字水印, 所有在数字水印系统中需 要