基于公钥密码体制和哈希函数的脆弱图像水印的研究

论文摘要

随着互联网和多媒体技术的迅猛发展,如何保障数字产品内容的完整性和真实性成为一个迫在眉睫的问题。传统的数字签名技术可以有效的解决这一问题,但是数字签名一般存储于多媒体信息的文件头之中,随着软件技术的发展,数字签名很容易被修改和删除,从而导致认证的失败。而脆弱数字水印技术将认证水印直接嵌入到多媒体信息中,为多媒体信息的内容认证提供了一种有效的解决方案。本文主要研究了基于公钥密码体制和哈希函数的脆弱图像水印技术,主要工作如下：（1）改进了一种用于JPEG图像内容认证的脆弱水印算法。图像所有者和检测者首先使用Diffie-Hellman密钥协商方案获得共享密钥,然后图像所有者对原始图像进行解码,获取量化后的DCT系数,计算每个8×8块中所有量化后DCT系数取高七位的平均值,将共享密钥依次与这些平均值相加,对相加后的和依次进行哈希运算,得到的结果分别按位进行两两异或生成水印位,并将这些水印位组合在一起得到用于认证的二值水印。最后,将生成的水印嵌入到量化后DCT系数的LSB位,得到嵌有水印的图像。篡改检测时,检测者将待检测的图像进行解码得到量化后的DCT系数,从该系数的LSB位上提取出水印。然后,类似水印嵌入过程,基于待认证的图像进行水印重构,将重构的水印与提取的水印进行比较,得到该图像的篡改检测结果。本算法水印的嵌入与提取过程均在压缩域中进行,可避开逆量化和重量化过程中引入的误差。此外,由于哈希函数的输出对输入敏感,且认证水印基于图像自身内容生成,因此,认证时可以准确定位篡改区域。水印生成和检测过程中需要用到共享密钥,从而可避免他人非法伪造水印,明确了图像的原始性。（2）设计了一种基于RSA签名算法的自嵌入脆弱水印算法,采用私钥进行水印嵌入,公钥验证图像是否被篡改并恢复被篡改的区域,克服了秘密信道传输水印系统密钥的安全隐患。此外,该算法由图像子块的主要整数DCT系数生成恢复水印,利用哈希函数将图像置乱后再嵌入水印信息。实验结果表明,该算法的安全性不仅得到提高,而且在一定条件下对图像篡改区域的恢复质量较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 信息隐藏与数字水印
• 1.3 数字水印技术概述
• 1.3.1 数字水印的基本特性
• 1.3.2 数字水印的分类
• 1.3.3 数字水印攻击
• 1.3.5 数字水印系统的评价标准
• 1.4 论文内容与结构安排
• 第2章 图像脆弱水印技术概述
• 2.1 图像脆弱水印技术研究意义
• 2.2 图像脆弱水印技术一般原理
• 2.3 图像脆弱水印技术特性
• 2.4 图像脆弱水印算法
• 2.4.1 空域图像脆弱水印算法
• 2.4.2 频域图像脆弱水印算法
• 2.4.3 JPEG图像脆弱水印算法
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于公钥密码体制和哈希函数的脆弱图像水印
• 3.1 MD5哈希函数
• 3.2 Diffie-Hellman密钥协商方案
• 3.2.1 Diffie-Hellman密钥协商方案的基本原理
• 3.2.2 Diffie-Hellman密钥协商方案的安全性
• 3.2.3 Diffie-Hellman密钥协商方案的攻击
• 3.2.4 STS协议
• 3.3 JPEG图像编码基本原理
• 3.4 需要解决的问题
• 3.5 基于公钥密码体制和哈希函数的脆弱图像水印算法
• 3.5.1 JPEG解码
• 3.5.2 密钥的生成
• 3.5.3 水印的生成
• 3.5.4 水印的嵌入
• 3.5.5 JPEG编码
• 3.5.6 水印提取与内容认证
• 3.6 实验仿真
• 3.6.1 水印嵌入
• 3.6.2 篡改定位能力
• 3.6.3 拼贴攻击实验
• 3.6.4 篡改情况判断
• 3.7 本章小结
• 第4章 结合公钥密码体制的图像自嵌入水印算法
• 4.1 H.264中整数DCT变换的实现
• 4.1.1 正变换
• 4.1.2 反变换
• 4.2 结合公钥密码体制的自嵌入水印算法
• 4.2.1 水印生成与嵌入
• 4.2.2 篡改检测与恢复
• 4.3 性能分析和实验仿真
• 4.3.1 不可见性
• 4.3.2 安全性
• 4.4 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献