數(shù)字圖像安全認(rèn)證水印算法及其統(tǒng)計(jì)檢測(cè)性能分析.pdf

1、數(shù)字認(rèn)證水印是信息安全領(lǐng)域的一項(xiàng)新興技術(shù)，用于鑒別數(shù)字媒體的真實(shí)性和完整性，并通過(guò)篡改定位和篡改恢復(fù)來(lái)提供篡改證據(jù)。算法設(shè)計(jì)與安全性分析是數(shù)字認(rèn)證水印技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的兩個(gè)方面，它們既對(duì)立又統(tǒng)一，共同推動(dòng)數(shù)字認(rèn)證水印技術(shù)的發(fā)展。 本論文以數(shù)字圖像為對(duì)象，以協(xié)調(diào)安全性與定位精度之間的矛盾為目標(biāo)，以數(shù)理統(tǒng)計(jì)與概率論為工具，開(kāi)展新型的安全數(shù)字認(rèn)證水印算法及其統(tǒng)計(jì)檢測(cè)性能的分析研究。具體工作如下： 一、結(jié)合現(xiàn)有數(shù)字認(rèn)證水印算法的研

2、究成果，以圖像塊為單位，公式化地描述了數(shù)字認(rèn)證水印算法設(shè)計(jì)的三個(gè)共性問(wèn)題：水印生成、水印嵌入和篡改檢測(cè)。其次，定義了用于評(píng)價(jià)數(shù)字認(rèn)證水印算法篡改檢測(cè)性能和安全性的定量指標(biāo)。最后，結(jié)合本文認(rèn)證水印算法的設(shè)計(jì)要求，提出了基于混沌的偽隨機(jī)整數(shù)序列發(fā)生器和快速置亂加密方法。 二、在分析現(xiàn)有Hash分塊數(shù)字認(rèn)證水印算法共同特性及弱點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一種基于統(tǒng)計(jì)的安全Hash分塊認(rèn)證水印算法。該算法將圖像塊的水印信息隨機(jī)隱藏在其它像素的低位，

3、利用水印信息的統(tǒng)計(jì)分布和閾值決策判定圖像塊有效性。分析比較了相同水印嵌入容量下，本文與傳統(tǒng)Hash分塊認(rèn)證水印算法的安全性與定位精度之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，基于統(tǒng)計(jì)的Hash分塊認(rèn)證水印算法能有效緩解安全性、定位精度和水印容量之間的矛盾。 三、為提高定位精度和統(tǒng)計(jì)檢測(cè)性能，提出了一種基于鄰域篡改特征的認(rèn)證水印算法。設(shè)計(jì)了量化DWT低頻系數(shù)的水印生成方法和基于鄰域篡改特性的統(tǒng)計(jì)檢測(cè)算法，對(duì)篡改與非篡改塊鄰域篡改特征的統(tǒng)計(jì)分布、閾

4、值選取和恒量化篡改等理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于鄰域篡改特征的認(rèn)證水印算法不僅能抵抗拼貼攻擊，而且提高了定位精度和對(duì)無(wú)害變形的魯棒性。另一方面，設(shè)計(jì)了“鄰域．統(tǒng)計(jì)檢測(cè)模型”，并以單像素統(tǒng)計(jì)脆弱水印算法中的統(tǒng)計(jì)檢測(cè)模型為例，分析比較了“鄰域一統(tǒng)計(jì)檢測(cè)模型”和傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)檢測(cè)模型在不同篡改比例下的統(tǒng)計(jì)檢測(cè)性能。研究結(jié)果表明鄰域．統(tǒng)計(jì)檢測(cè)模型能有效提高基于統(tǒng)計(jì)的數(shù)字認(rèn)證水印算法的統(tǒng)計(jì)檢測(cè)性能。 四、從可恢復(fù)水印算法與定位型數(shù)字水印算法的區(qū)

5、別出發(fā)，分析指出了可恢復(fù)認(rèn)證水印算法需要解決的四個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：水印生成、塊鏈生成、篡改檢測(cè)和篡改恢復(fù)。重點(diǎn)分析了現(xiàn)有可恢復(fù)水印算法中塊鏈生成的安全性，提出一種“同步偽造攻擊”。同時(shí)，針對(duì)多數(shù)投票可恢復(fù)水印算法提出一種“異或等價(jià)攻擊”，說(shuō)明通過(guò)“附加認(rèn)證水印”很難有效解決可恢復(fù)認(rèn)證水印算法的篡改檢測(cè)問(wèn)題。 五、在可恢復(fù)認(rèn)證水印算法四個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題和安全性分析的基礎(chǔ)上，提出一種基于映射塊鄰域比較的安全可恢復(fù)數(shù)字認(rèn)證水印算法。該算法基于偽隨

6、機(jī)序列的索引有序序列生成塊鏈，不僅能有效克服線性映射的固有缺陷，而且能滿足可恢復(fù)水印算法篡改檢測(cè)、篡改恢復(fù)和安全性等要求。認(rèn)證時(shí)，通過(guò)比較被測(cè)圖像塊與其映射塊鄰域的篡改統(tǒng)計(jì)特征來(lái)檢測(cè)圖像塊的有效性，并設(shè)計(jì)了三個(gè)優(yōu)化策略進(jìn)一步提高算法的篡改檢測(cè)性能。分別推導(dǎo)給出了“鄰域比較”篡改檢測(cè)在不同惡意攻擊下的虛/漏警概率，討論分析了優(yōu)化策略中的閾值選取及其有效性。此外，該算法提出的密鑰均值水印與相應(yīng)的優(yōu)化策略相結(jié)合，能有效提高可恢復(fù)認(rèn)證水印算法抵