基于脆弱水印的数字图像认证算法设计与实现

摘要

随着信息科学技术的快速发展和高性能计算机的普及,数字图像处理技术越来越先进,数字图像处理工具也越来越强大,编辑和处理数字图像变得极为容易。数字图像可以被轻易地修改,并使得人眼无法辨别它们的真伪,由此引发的图像真伪认证问题已经成为日益严重且亟待解决的难题。脆弱水印是一种特殊的数字水印,由于它对图像篡改具有很强的敏感性,因而成为解决图像真伪认证问题的一种有效手段,并且已经成为了国内外信息安全研究领域的一个热点。
　　本文首先介绍了数字图像的篡改或伪造问题,并对数字图像认证技术作了概述。然后,介绍了脆弱性数字水印技术的基本理论与方法,回顾了基于脆弱水印的图像认证技术的发展过程与研究现状,针对不同特性的脆弱水印技术进行深入的研究,分别提出像素级篡改定位的脆弱水印算法、分块级篡改定位的脆弱水印算法以及篡改类型区分与恢复的脆弱水印算法:
　　1)针对单像素认证算法篡改检测效率低,容易遭受量化攻击和伪认证攻击的问题,提出一种用于数字图像精确认证的像素级篡改定位脆弱水印算法。利用图像的消息认证码和混沌技术生成认证水印信息和查询表,以某种规则将认证水印嵌入到图像的最低两个位平面中,有效地抵抗量化攻击和伪认证攻击。篡改检测分两层进行,具备了较高的篡改检测效率。实验结果表明该算法完全满足水印不可感知性的要求,对图像篡改具有较高的检测准确率,而且篡改检测率几乎不受篡改比例大小的影响。
　　2)针对分块认证算法水印嵌入时,容易形成固定映射或固定认证链而受到量化攻击和伪认证攻击的问题,提出一种块级篡改定位的脆弱水印算法。利用图像块奇异值生成认证水印,利用混沌映射将水印偏移嵌入到映射图像块的最低两位,有效地提高了算法抵抗量化攻击和伪认证攻击的能力。实验结果表明,本文算法不但具有良好的篡改定位能力,而且安全性较高,能有效抵抗量化攻击和伪认证攻击。
　　3)结合分层检测水印和多重水印的思想,提出一种篡改类型区分与恢复的脆弱水印算法。利用内容篡改检测水印、恢复水印、水印篡改检测水印三种水印,使得算法同时具备篡改检测定位、篡改恢复、篡改类型区分三种能力。实验结果表明该算法满足水印信息不可见性要求,同时具备篡改定位、类型区分和恢复三种功能,在篡改比例较大的情况下仍然具备一定的篡改定位与恢复能力。

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第1章 绪 论

1.1数字图像的篡改或者伪造问题

1.2 数字图像认证技术概述

1.3 本文主要内容与结构安排

第2章 基于脆弱水印的数字图像认证技术

2.1脆弱水印基本理论与方法

2.2脆弱水印的研究现状

2.3脆弱水印图像认证算法评价

2.4本章小节

第3章 像素级篡改定位的脆弱水印图像认证算法

3.1引言

3.2算法设计

3.3实验结果与算法性能分析

3.4本章小节

第4章 分块级篡改定位的脆弱水印图像认证算法

4.1引言

4.2算法设计

4.3实验结果与算法性能分析

4.4本章小节

第5章 篡改类型区分与恢复的脆弱水印图像认证算法

5.1引言

5.2算法设计

5.3实验结果及算法性能分析

5.4本章小节

第6章 数字图像认证系统软件的设计与实现

6.1系统设计

6.2系统实现

6.3本章小节

第7章 总结与研究展望

7.1本文工作总结

7.2未来的研究工作

参考文献

致谢

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