网络信息对抗与安全

水印及相关概念
加密技术：利用密钥将明文变换为无意义或其 他意思的密文。 信息隐藏：将机密信息隐藏于公开信息中，通 过传递公开信息而传递机密信息。 数字水印：数字水印是以可感知或不可感知的 形式嵌入到数字多媒体产品（文本、音频、视 频、图形和图象等）中的、用于版权保护、内 容检验或提供其它信息的信号。 数字水印处理技术是水印生成、嵌入、抽取和 检测以及攻击等过程的统称。
数字水印原理
用户密钥 无水印的 输入图像
数字水印
数字水印 插入算法
有水印的 输出图像
数字水印插入过程 用户密钥
有水印的 输入图像 数字水印 （特定的ID〕 数字水印 检测算法 判决结果 （有水印存在？〕
数字水印检测过程
数字水印技术的主要应用领域有
• • • • 1 版权保护; 2 盗版跟踪; 3图像认证; 4拷贝控制 .
digital signature
数字签名
纸质签名的特点
• • • • 与文件物理上不可分割 签名者不能否认自己的签名 签名不能被伪造 容易验证
数字签名要求也类似:要求绑定
数字签名与消息认证区别
• 消息认证强调双方之间的认证，保护双方 之间数据不被第三方侵犯,但不保证双方之 间的欺骗 • 数字签名还要防止双方之间的相互欺骗问 题，且能向第三方提供公证的能力。
数字签名的特性
签名是可信的：任何人都可以方便地验证签名的 有效性。 签名是不可伪造的：除了合法的签名者之外，任何 其他人伪造其签名是困难的。这种困难性指实现时 计算上是不可行的。 签名是不可复制的：对一个消息的签名不能通过复 制变为另一个消息的签名。如果一个消息的签名是 从别处复制的，则任何人都可以发现消息与签名之 间的不一致性，从而可以拒绝签名的消息。
DCT变换
正变换：
Fc ( , )
2 MN
c( )c( ) f ( x, y ) cos[2N (2 x 1) ] cos[2M (2 y 1) ]
x 0 y 0
M 1 N 1
逆变换：
f ( x, y )
其中：
M 1 N 1 2 MN
c( )c( ) Fc ( , ) cos[2N (2 x 1) ] cos[2M (2 y 1) ]
数字签名的实现方法
• 由于对称密码体制共享密钥K, 无法防止抵 赖,因此一般不用来进行数字签名。 • 用非对称加密算法进行数字签名
数字签名分类
direct digital signature arbitrated digital signature
直接数字签名原理
发方A 收方B
消息
消息
Hash函数 签名 消息摘要
0 0
12 c( x) 1
水印的特点
鲁棒性: 对普通的图像处理（如压缩﹑滤波﹑A/D与 D/A转换﹑噪声污染﹑尺寸变化等等）具有抵抗性， 即经过上述处理后，水印仍能保存。 隐蔽性: 即水印是不易察觉的。水印技术的首要条 件是加入水印的图像和原始图像基本上相同，图像 的质量不因水印的加入有明显的改变。 安全性: 水印信息隐藏于数据而非文件头中，文件 格式的变换不导致水印数据的丢失。 可证明性: 能够为受到保护的信息产品的归属提供 完全和可靠的证明。 低复杂性: 水印嵌入和提取算法应当简单易行
签名过程
• 对消息
M Z* p
,产生随机数k,0<k<q，计算
k
r ( g mod p) mod q s [k ( H (M ) xr] mod q • 签名结果是（M,r,s）
1
DSS安全性分析
• DSA算法也是一个“非确定性的”数字签名算法， 对于一个报文M，它的签名依赖于随机数r,这样相 同的报文就可能会具有不同的签名。 • 另外，值得注意的是：当模数p选用512比特的素 数时，ElGamal签名的长度为1024比特，而DSA 算法通过160比特的素数q可将签名的长度降为 320比特，这样就大大减少了存储空间和传输带 宽。
DSS签名
• Digital Signature Algorithm(DSA)是Schnorr和 ElGamal签名算法的变种，被美国NIST作为 DSS(Digital Signature Standard)数字签名标准。 • DSS是由美国国家标准化研究院和国家安全局共 同开发的。由于它是由美国政府颁布实施的，主 要用于与美国政府做生意的公司，其他公司则较 少使用，它只是一个签名系统，而且美国政府不 提倡使用任何削弱政府窃听能力的加密软件，认 为这才符合美国的国家利益 。
DSS安全性分析
• DSS的安全性依赖于计算模数的离散对数的难度， 鉴于有限域上计算离散对数问题的进展，一般认 为512比特的DSA算法无法提供长期的安全性， 而1024 比特的安全性则值得依赖。 • 另外，关于DSA算法，还有其他一些技术上的批 评意见
– DSA不能用于加密或密钥分配。 – 在使用相同的模数时，DSA比RSA更慢（两者产生签 名的速度相同，但验证签名时由于需要两次模幂，求 逆运算，DSA比RSA慢10到40倍）。
消息
Hash函数 签名 消息摘要 n
解密算法 加密算法 加密的
相等？
y
签名有效 公钥A 签名无效
消息摘要
私钥A
直接数字签名的缺点
• 比较脆弱：有效性依赖于发送方私钥的安 全性 • 缺少第三方认证
仲裁数字签名
• 发送方A的签名消息先发送到仲裁方C，C 将对消息及消息来源，签名进行检查验证 再加上验证时间和已验证标识后发给接受 者B。 （1）基于对称加密体制:协议举例 （2）基于公钥加密体制:协议举例
数字水印本质上是一个隐藏在数字化图像、视 频和音频等多媒体中的信息，水印和内容本身集成 在一起，在不需要额外的存储空间和新的存储格式 的情况下，可以为原始数字媒体提供必要的证明信 息和版权护。 数字水印系统要满足的条件总是建立在应用基 础上的，总的说来数字水印技术的主要应用领域有： 版权保护、盗版跟踪、图像认证和拷贝控制等，其 中版权保护是水印最主要的应用，是研究数字水印 技术的动机和目的。 为了达到这一目的，数字水印系统应有三个基 本要素：数字水印本身的结构、加载（嵌入）数字 水印的地方或者说加载数字水印的策略、数字水印 的检测。
最低有效位方法
Time Domain Embedding
130 = 10000010 123 = 01111011 117 = 01110101 •••••••••• original
Embed 101 • • •
130 = 10000011 123 = 01111010 117 = 01110101 •••••••••• marked
嵌入水印
右图为左图加入水印后效果
按宿主信息类型分类
图像水印 音频水印 视频水印 文本水印
音频水印
幅度
250 200 150 100 50 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 4 x 10
采样点数
幅度
250 200 150 100 50 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 x 104
采样点数
视频水印
文本水印
按照嵌入位置分类
空间域水印：直接对宿主信息变换嵌入信 息。如最低有效位方法（用于图象，音频 信息），文档结构微调（文本水印）。 变换域水印：基于常用的图象变化（离散 余眩变换Discrete Cosine Transform DCT， 小波变换WT）等。例如对整个图象或图象 的某些分块作DCT变换，然后对DCT系数 作改变。
常用的数字签名体制介绍
• 用非对称加密算法实现的数字签名技术最 常用的是DSS和RSA签名,下面分别做简单介 绍： • 1.RSA签名 • 2.DSS签名
RSA签名
• RSA是最流行的一种加密标准，许多产品 的内核中都有RSA的软件和类库 。
RSA Setup
• 选择两个随机大素数 (~100 digit), p, q • 计算模数 N=p.q • 选择一个随机加密密钥匙 e : e<N, gcd(e,ø(N))=1 • 解下列同余方程,求解密密钥 d: • e.d=1 mod ø(N) and 0<=d<=N • 公开密钥: Kr={er,Nr} • 保存其密钥: • K-1r={d,p,q}
水印的分类
分类方法很多,下面简单介绍几种: 按照水印脆弱性 根据水印检测过程 按照水印可视性 按宿主信息类型 按水印嵌入位置划分
按水印脆弱性分类
鲁棒性水印：水印不会因宿主变动而轻易 被破坏，通常用于版权保护。 脆弱水印：对宿主信息的修改敏感，用于 判断宿主信息是否完整。
按水印的检测过程分类
盲水印：在水印检测过程中不需要原宿主 信息的参与，只用密钥信息即可。 明文水印：明文水印的水印信息检测必须 有原宿主信息的参与。
盲水印
含水印图像
盲抽取算法 抽取的水印
明文水印
原始图像
含水印图像 抽取的水印
按可视性分类
按照可视性可以分为下面两种: 1) 可见水印 2) 不可见水印
可见水印
不可见水印
内容概要
引言及数字水印相关概念 数字水印特点 数字水印中的重要参数和变量 数字水印的分类 数字水印框架与常用算法 数字常见攻击 数字文本数字水印 数字数字水印的应用
引言
过去几干年的历史已经证明：密码是保护信息机密性的一种 最有效的手段。 通过使用密码技术，人们将明文加密成敌人看不懂的密文，从 而阻止了信息的泄露。 但是，在如今开放的因特网上，谁也看不懂的密文无疑成了 “此地无银三百两”的标签。 “黑客”完全可以通过跟踪密文来“稳、准、狠”地破坏合 法通信。 为了对付这类“黑客”，人们采用以柔克刚的思路重新启用了 古老的信息隐藏技术，并对这种技术进行了现代化的改进，从而达 到了迷惑“黑客”的目的。 在 这 种 情 况 下 ， 人 们 提 出 了 数 字 水 印 （ digital watermarking）的概念。