简说数字水印在数字档案管理中的应用

邵景霞

1  数字水印的涵义和特点

数字水印是将一些标识信息直接嵌入数字载体（多媒体、文档、软件等）当中，用来标识版权或用户信息，且不影响原载体的使用价值，也不容易被探知和修改。数字水印技术是从信息隐藏技术发展而来的，是数字信号处理、图像处理、密码学应用、算法设计等学科的交叉领域。随着信息技术和因特网的快速发展，各种形式的多媒体数字作品纷纷以网络形式发表，其版权保护成为一个迫切需要解决的问题。由于数字水印是保护信息安全、实现防伪溯源、版权保护的有效办法，因此，现今已成为多媒体信息安全研究领域的热点，也是信息隐藏技术研究领域的一个重要分支。该技术就是通过在原始数据中嵌入秘密信息——水印，来证实该数据的所有权。这种被嵌入的水印可以是一段文字、标识、序列号等，它与原始数据紧密结合并隐藏其中，并且不破坏原数据使用价值。在数字水印系统中，隐藏信息一旦丢失，即意味着版权信息的丢失，从而就失去了版权保护的功能。因此，数字水印除了具备信息隐藏技术的一般特点外，还有着其固有特点，即较强的鲁棒性、安全性和隐蔽性等。

1.1  鲁棒性。是指不因图像文件的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力。也就是说，当被保护的数据在经过攻击后，嵌入的水印信息仍能保持好的完整性并能以一定的正确概率被检测到。这些可能的攻击包括噪声、滤波、剪切、旋转和编码等。在理论上任何水印都可以去掉，只要对水印的嵌入过程有足够的了解，但是如果对水印的嵌入只是部分了解，任何破坏或消除水印的企图势必导致载体严重降质而不可用。

1.2  隐藏性。也称不可感知性，即对于不可见水印处理系统，数字水印的嵌入不应使原始作品发生可以感知的变化，也不能使被保护数据在质量上发生可以感觉到的失真。也就是水印在通常的视觉条件下应该是不可见的，水印的存在不会影响作品的视觉效果。

1.3  安全性。指隐藏算法有较强的抗攻击能力，即它必须能够承受一定程度的人为攻击，而使隐藏信息不被破坏，确保嵌入信息的保密性和较低的误检测率。换句话说，水印安全性就是未经授权的使用者删除、检测估计、写入或修改原始水印的不可能性。所有水印都包含一个水印嵌入系统和水印恢复系统。

数字水印有可见数字水印和不可见数字水印两种类型。可见水印就是人眼能看见的水印，其表现形式就像在原数字图像或音频段上盖上一个可见的邮戳，比如照片上标记的拍照日期或电视频道上的标识等。不可见水印就是人类视觉系统难以感知的，也是当前数字水印领域关注比较多的。不可见数字水印作为一段信息保存在原始数据或图像上，从某种意义上来说，更有利于标识作品的版权、所有者等方面的信息。

2  数字水印在数字档案管理中的应用

随着数字水印技术的发展，数字水印的应用领域也得到了扩展，数字水印的基本应用领域是防伪溯源、版权保护、隐藏标识、认证和安全隐蔽通信等。在数字档案管理中，为了确保档案的真实性、可靠性，我们可以运用数字水印技术对一些重要的档案进行加密，这样人们就不能进行伪造和非法获取，确保档案信息的安全。数字水印在数字档案管理中的应用主要有以下几个方面：

2.1  版权保护。即数字作品的所有者可用密钥产生一个水印，并将其嵌入原始数据，然后公开发布其水印版本作品。当该作品被盗版或出现版权纠纷时，所有者即可从盗版作品或水印版作品中获取水印信号作为依据，从而保护所有者的权益。版权保护是当前数字水印技术最主要的应用领域，这种应用要求其水印具有非常高的鲁棒性。

2.2  加指纹。为了避免伪造信息的发行，出品人可以将不同用户的ID或序列号作为不同的水印（指纹）嵌入作品的合法拷贝中。一旦发现未经授权的拷贝，就可以根据此拷贝所恢复出的指纹来确定它的来源。

2.3  标题与注释。即将数字档案的标题、注释等内容（如，一幅照片的拍摄时间和地点等）以水印形式嵌入其中，这种隐式注释不需要额外的带宽，且不易丢失。使用时更为方便，甚至注释信息可以用于资源检索。

2.4  篡改提示。当档案信息被用于法庭、医学、新闻及商业时，常需确定它们的内容是否被修改、伪造或特殊处理过。为此，可将原始图像分成多个独立块，再将每个块加入不同的水印。通过检测每个数据块中的水印信号，来确定作品的完整性。与其他水印不同的是，这类水印必须是脆弱的，并且检测水印信号时，不需要原始数据。

2.5  使用控制。这种应用的一个典型例子是DVD防拷贝系统，即将水印信息加入DVD数据中，这样DVD播放机即可通过检测DVD数据中的水印信息而判断其合法性和可拷贝性，从而保护制造商的商业利益。利用这一特点，可以控制档案信息只能在特定的机器上阅读。

3  几点思考

虽然近几年数字水印技术得到了迅速发展，出现了许多有效的水印方案，如，IBM公司在“数字图书馆”软件中提供的数字水印功能;Adobe公司在其著名的Photoshop软件中集成Digimarc公司数字水印插件等。但实事求是地说，目前数字水印产品在技术上还不够成熟，很容易被破坏或破解，只有用于版权保护的数字水印技术进入了初步实用化阶段，距离真正的实用还有很长的路要走。笔者认为，今后数字水印技术可能会在以下几个方面得到更好的发展：新的水印方案能够抵抗各种各样的攻击;对数字水印算法的性能评价有更标准的方法，可以预见数字水印技术将成为多媒体安全领域的技术基础。重点在于真伪鉴别、版权保护、网络自动验证等，并将与数据加密技术紧密结合，特别是健壮性和可证明性。水印的健壮性体现了水印在数字文件中的生存能力，当前绝大多数水印算法虽具有一定的健壮性，但如果同时施加各种图像攻击，这些算法均会失效。如何寻找更加健壮的水印算法，是当前亟待解决的问题。

档案数字化工作是一项庞大的系统工程，用数字水印对数字档案产权和内容进行安全保护尚处于探讨阶段。如何把文本、图像、音频、视频、三维模型的水印算法整合到一个系统下;怎样充分发挥用于版权保护的认证水印和用于内容完整性控制的封条水印优点，避免多重水印之间相互干扰等，都有待深入研究。