導語
前段時間有一則阿里員工外泄信息被捕獲的報道。大致內容是阿里的某位員工，在內部辦公軟件截圖，使用PS工具修掉截圖上的可見水印，然后傳播出去，但阿里通過圖片攜帶的不可見水印，解讀了截圖員工的員工編碼，從而找到了泄漏圖片的員工。一時間，圖片的盲水印技術受到了廣泛關注。本文針對盲水印技術，搜集有關它的基礎原理，主要加密手段以及廣泛的應用場景。
概述
數字水印（Digital Watermarking）技術是將一些標識信息（即數字水印）直接嵌入數字載體（包括多媒體、文檔、軟件等）當中，但不影響原載體的使用價值，也不容易被人的知覺系統（如視覺或聽覺系統）覺察或注意到，只 有 通 過 專 用 的 檢 測 器 或 閱讀器才能提取。數字水印是一個嶄新的信息隱藏技術，首次提出這個概念至今也不到20年。
衡量水印好壞的標準
- 隱蔽性
在數字作品中嵌入數字水印，不會引起明顯的降質，并且不易被察覺。 - 魯棒性
魯棒性是指在經歷多種無意或有意的信號處理過程后 ，數字水印仍能保持完整性或仍能被準確鑒別 。可以利用的信號處理過程包括信道噪 聲 、濾 波 、數 /模 與 模 /數 轉 換 、重 采 樣 、剪 切 、位 移 、尺 度變化及有損壓縮編碼等 。
數字水印的分類
- 按水印的特性
- 魯棒數字水印：要求嵌入的水印能夠經受各種常用的編輯處理
- 脆弱數字水印：需要對信號的改動足夠敏感，是人們能夠根據脆弱水印的狀態判斷出數據是否被篡改。
- 按水印的檢測過程
- 明文水印：檢測工程中，需要原始數據。普遍來講，魯棒性較之盲水印要好。
- 盲水印：只需要秘鑰，不需要原始數據
- 按水印的內容
- 有意義水印：水印是商標、音頻片段等
- 無意義水印：序列號，僅檢測是否含水印
- 按水印的隱藏位置
- 空域
- 頻域
- 時域
數字水印的技術實現
空域-LSB
LSB方法是最簡單的嵌入水印的方法。事實上 ，任何一幅 圖片都具備一定的容噪性 ，這表現在像素數據的最低有效位(Least Significant Bit，LSB)對 人 眼的視覺影響很 小，秘密信息就隱藏在圖像每一個像素的最低位或次低位 ，實現其不 可見性。
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- LSB基礎實現：http://www.lxweimin.com/p/8a89b6ba5e39
- 優化信息的嵌入位置，能夠降低對圖片的污染，影響圖片質量；同時能夠釋放更多的圖片邊緣位置，從而攜帶更多的隱藏信息：https://github.com/Lixinyi-DUT/graduation-project/tree/master/翻譯
頻域
將圖片的灰度強弱，視為圖片的頻域。通過某種變換手段（傅里葉變換，離散余弦變換，小波變換等）將圖像變換到頻域（小波域），在頻域對圖像添加水印，再通過逆變換，將圖像轉換為空間域。相對于空域手段，頻域手段隱匿性更強，抗攻擊性更高。
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- 阿里事件后，頻域實現的良心貼：https://www.zhihu.com/question/50735753
DCT
DCT以8x8的像素為單位進行，生成的是8x8的DCT系數數據塊。DCT變換的最大特點是對于一般的圖像都能夠將像塊的能量集中于少數低頻DCT系數上，即生成8x8DCT系數塊中，僅左上角的少量低頻系數數值較大，其余系數的數值很小，這樣就可能只編碼和傳輸少數系數而不嚴重影響圖像質量。
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- 實現貼：http://www.programgo.com/article/88442707161/
- 科普貼：http://blog.sina.com.cn/s/blog_626631420100xvxd.html
小波變換
“小波”就是小區域、長度有限、均值為0的波形。小波變換就是選擇適當的基本小波或母小波ψ(t)，通過對基本小波的平移、伸縮而形成一系列的小波，這簇小波作為基可以構成一系列嵌套的（信號）子空間，然后將欲分析的信號（例如圖像）投影到各個大小不同的（信號）子空間之中，以觀察相應的特性。這樣，就相當于我們用不同的焦距去觀察一個物體，可從宏觀到微觀，從概貌到細節觀察得十分詳盡。所以小波變換又被稱為“數學顯微鏡”。
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空域+頻域
該算法通過混沌置亂水印圖像，建立水印與載體數據之間的Hash單向映射函數，使用兩種不同的嵌入方法，先后嵌入水印到空域和DFT域。水印被多次嵌入，實現了水印的盲提取。
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數字水印的應用場景
- 多媒體作品盜版追溯：利用數字水印的不可見性，在不影響作品的情況下，加入版權信息的數字水印，可抗擊拷貝，剪切。
- 證件的防偽認證：如學歷證，合同，票據等，攜帶數字水印后，可通過制定的方式提取水印，驗證證件等數字文件是否被涂改；
- 阿里事件：阿里追查泄密員工的時間本身，說明，水印可以有效的追溯信息的釋放源；
- 隱蔽信息傳遞：水印可攜帶加密信息后，藏在多媒體文件中傳播，并通過特定的提取方式獲取水印。可以作為一種隱蔽信息的通信方式。
