數字圖像安全認證水印算法及其統(tǒng)計檢測性能分析.pdf

1、數字認證水印是信息安全領域的一項新興技術，用于鑒別數字媒體的真實性和完整性，并通過篡改定位和篡改恢復來提供篡改證據。算法設計與安全性分析是數字認證水印技術發(fā)展過程中的兩個方面，它們既對立又統(tǒng)一，共同推動數字認證水印技術的發(fā)展。 本論文以數字圖像為對象，以協(xié)調安全性與定位精度之間的矛盾為目標，以數理統(tǒng)計與概率論為工具，開展新型的安全數字認證水印算法及其統(tǒng)計檢測性能的分析研究。具體工作如下： 一、結合現(xiàn)有數字認證水印算法的研

2、究成果，以圖像塊為單位，公式化地描述了數字認證水印算法設計的三個共性問題：水印生成、水印嵌入和篡改檢測。其次，定義了用于評價數字認證水印算法篡改檢測性能和安全性的定量指標。最后，結合本文認證水印算法的設計要求，提出了基于混沌的偽隨機整數序列發(fā)生器和快速置亂加密方法。 二、在分析現(xiàn)有Hash分塊數字認證水印算法共同特性及弱點的基礎上，提出一種基于統(tǒng)計的安全Hash分塊認證水印算法。該算法將圖像塊的水印信息隨機隱藏在其它像素的低位，

3、利用水印信息的統(tǒng)計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分塊認證水印算法的安全性與定位精度之間的關系。研究結果表明，基于統(tǒng)計的Hash分塊認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)計檢測性能，提出了一種基于鄰域篡改特征的認證水印算法。設計了量化DWT低頻系數的水印生成方法和基于鄰域篡改特性的統(tǒng)計檢測算法，對篡改與非篡改塊鄰域篡改特征的統(tǒng)計分布、閾

4、值選取和恒量化篡改等理論分析和實驗結果表明，基于鄰域篡改特征的認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無害變形的魯棒性。另一方面，設計了“鄰域．統(tǒng)計檢測模型”，并以單像素統(tǒng)計脆弱水印算法中的統(tǒng)計檢測模型為例，分析比較了“鄰域一統(tǒng)計檢測模型”和傳統(tǒng)統(tǒng)計檢測模型在不同篡改比例下的統(tǒng)計檢測性能。研究結果表明鄰域．統(tǒng)計檢測模型能有效提高基于統(tǒng)計的數字認證水印算法的統(tǒng)計檢測性能。 四、從可恢復水印算法與定位型數字水印算法的區(qū)

5、別出發(fā)，分析指出了可恢復認證水印算法需要解決的四個關鍵問題：水印生成、塊鏈生成、篡改檢測和篡改恢復。重點分析了現(xiàn)有可恢復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，針對多數投票可恢復水印算法提出一種“異或等價攻擊”，說明通過“附加認證水印”很難有效解決可恢復認證水印算法的篡改檢測問題。 五、在可恢復認證水印算法四個關鍵問題和安全性分析的基礎上，提出一種基于映射塊鄰域比較的安全可恢復數字認證水印算法。該算法基于偽隨

6、機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，而且能滿足可恢復水印算法篡改檢測、篡改恢復和安全性等要求。認證時，通過比較被測圖像塊與其映射塊鄰域的篡改統(tǒng)計特征來檢測圖像塊的有效性，并設計了三個優(yōu)化策略進一步提高算法的篡改檢測性能。分別推導給出了“鄰域比較”篡改檢測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的優(yōu)化策略相結合，能有效提高可恢復認證水印算法抵