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[摘 要] 本文介绍了一种新的电台加密技术，即利用数字水印将秘密信息嵌入到普通载体中进行传递，以达到保护秘密信息、迷惑非法拦截者的目的；同时给出了基于离散小波变换的水印嵌入、检测算法。
[关键词] 数字水印 密钥 隐蔽通信 内容认证 载体 鲁棒性 脆弱性
一、引言
电台，特别是军用电台，在通讯中只希望信息接受者能收到通讯的内容，即保证通信消息是秘密的。传统的做法是用密码学的加密技术将通信的内容进行加密，没有密钥的其他接受者不能理解通信的内容。由于信息在加密后表现为一堆乱码，容易引起拦截者注意和破解欲望。而内容一旦被解密就不再有保护作用了；同时即使拦截者不能破解，也能成功地拦截秘密信息或干扰通讯的进行。所以，密码学只能保护传输中的内容。
因此，迫切需要一种替代技术或是对密码学进行补充的技术，它应该甚至在内容被解密后也能够继续保护内容。隐蔽通信技术中的数字水印则有能力满足这些要求，因为它把不仅可保护通信的内容，更重要的是隐藏通信事实的存在，进而迷惑拦截者。秘密信息通过加密后，再进行隐蔽通信，又增加了一层保护。同时在一般的使用中数字水印不会被消除。即使经过解密、再加密、压缩、数—模转换和改变文件格式这些过程，设计巧妙的水印也能继续存在。
隐蔽通信的最大优点是，除通信双方以外的任何第三方并不知道秘密通信这个事实的存在，这就较之单纯的密码加密方法更多了一层保护，使得加密机制从“看不懂”变为“看不见”以不至成为好事者的攻击目标。
例如，将机密资料（图象、文字、声音）隐藏在公开的图像中，然后传递，看起来和其他的非机密的图像一样，因而十分容易逃过非法拦截者的注意或破解。这一点是传统加密通信系统所缺乏的，也正是如此，才使隐蔽通信技术在军事通信中有着重要应用前景。
二、数字水印的概念及系统模型
所谓数字水印(Digital Watermarking)技术是指在声音，图像或视频等数字化的数据中嵌入隐蔽的信息，这些信息通常是不可见的，不能被人的视觉感知系统觉察或注意到，只有通过专用的监测器或阅读器才能提取。通过这些隐藏在多媒体内容中的信息，可以达到确认内容创建者，购买者或判断内容是否真实完整的目的。
数字水印是信息隐藏技术研究领域的重要分支。它通过在原始数据中嵌入秘密信息——水印，来证实该数据的所有权、验证数据的完整性、跟踪数据的来源、控制数据的使用、秘密信息的传递等。根据信息隐藏的目的和要求，数字水印应具有以下基本特征：
1．隐藏性：水印信息和源数据集成在一起，不改变数据的存储空间；并且源数据必须没有明显的改变现象。
2．鲁棒性：指嵌入水印后的数据经过各种处理操作和攻击操作以后，不导致其中的水印信息丢丢失或被破坏的能力。
3．安全性：指水印信息新藏的位置及内容不为人所知，这需要采用隐蔽的算法，以及对水印进行预处理（如加密）等措施。
所有的数字水印系统都是由两个基本部分组成的：水印嵌入系统和水印检测系统。图2和图3分别表示了一般的水印嵌入和水印检测过程：
图2水印嵌入过程
水印嵌入过程中，首先要生产水印。要嵌入的信息可以是各种性质的，如数字、图像、文本等。密码是用来增强安全性的，可以防止未经授权者读取信息。水印嵌入过程的输出是嵌入了水印的图像作品。
水印检测过程的输入是被测试的图像，它可能是没有嵌入水印的，也可能是嵌入了水印后又被攻击的图像。由于不同的水印算法，水印检测的输入还可能是密码、原始图像等。水印检测过程的输入或是检测出的水印，或是一个关于水印是否存在于被检测的信号的置信度值。
当电台要传递秘密信息时，将秘密信息作为水印嵌入到一个可以公开的载体上。此载体可以是文本、图片、声音等数字信号。
在电台的水印加密方案中，应使用双重或多重水印机制：在载体中除了嵌入鲁棒性水印用于隐藏信息外，还嵌入与内容不相关的半脆弱水印、脆弱水印，用于识别敌我方以及是否遭到攻击或篡改。一旦检测不出水印，就可以判断原内容遭到了攻击或不是自己方。这样就可以有效的防止鲁棒性水印不能抵抗的统计攻击。
三、水印算法
数字水印有一个重要的应用方面就是用于内容认证，即使用水印技术帮助保持和验证作品的完整性。在军事通讯实践中，敌对双方都试图截获、利用、破坏对方的信息，甚至用一些假信息来欺骗对方，因此，在这种场合下需要明确地知道该信息（消息）是我方发送的，这就产生了对作品（消息）内容进行认证的技术要求。
能够实现内容认证的算法有很多，这里我们给出基于DWT的水印算法。
3.1基本思想
我们将图像从RGB色彩模式转换为YUV色彩模式，按着公式①进行转换：
然后对Y分量进行3级小波分解，在高頻块和中频块都嵌入水印。由于基于DWT中频域的数字图像水印方案与基于DWT高频域的数字图像水印方案思路差不多，这里我们先给出在高频域嵌入和提取水印的算法。
3.2高频水印嵌入算法
对Y分量进行L级的小波分解，可以得到一个序列HH={HH1，HH2，…,HHL}，可以计算得到每个高频块HHi里面所含的系数个数
1)分布的实数伪随机序列X={X1,X2,…,XLength}作为水印信息，然后将水印信息嵌入到HH中每一块对应的系数fij，嵌入公式如下：
3.4在DWT中频域嵌入和提取水印
在DWT中频域嵌入提取水印的思路和在DWT高频域嵌入提取水印的思路类似，不同的只是：中频域嵌入水印是将水印信息嵌入到HLi和LHi，所对应的小波系数中。可以嵌入的水印信息量是高频的两倍。
3.5实验结果
四、结束语
数字水印技术的发展只有短短的十几年，利用数字化媒体进行数据隐藏还是一个崭新的研究领域，同时它又是一种与具体应用结合比较紧密的实用技术。利用数字水印技术实现对电台秘密信息进行加密也是一种新的尝试，该技术与电台现有的密钥加密和调频技术相结合，效果更加。相信在不久的将来会出现利用数字水印技术制成的新型电台保密机
参 考 文 献
[1]张登银、邓兰兰，《信息安全》，2004年第46～48
[2]邓震华，姚有文，《信息隐藏技术的发展与应用》，国防信息化，2004年第37～39页
[3]伯晓晨、沈林成、常文森，《数字水印技术：概念、应用及现状》，计算机世界，2000年，第1到4页。■
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
[关键词] 数字水印 密钥 隐蔽通信 内容认证 载体 鲁棒性 脆弱性
一、引言
电台，特别是军用电台，在通讯中只希望信息接受者能收到通讯的内容，即保证通信消息是秘密的。传统的做法是用密码学的加密技术将通信的内容进行加密，没有密钥的其他接受者不能理解通信的内容。由于信息在加密后表现为一堆乱码，容易引起拦截者注意和破解欲望。而内容一旦被解密就不再有保护作用了；同时即使拦截者不能破解，也能成功地拦截秘密信息或干扰通讯的进行。所以，密码学只能保护传输中的内容。
因此，迫切需要一种替代技术或是对密码学进行补充的技术，它应该甚至在内容被解密后也能够继续保护内容。隐蔽通信技术中的数字水印则有能力满足这些要求，因为它把不仅可保护通信的内容，更重要的是隐藏通信事实的存在，进而迷惑拦截者。秘密信息通过加密后，再进行隐蔽通信，又增加了一层保护。同时在一般的使用中数字水印不会被消除。即使经过解密、再加密、压缩、数—模转换和改变文件格式这些过程，设计巧妙的水印也能继续存在。
隐蔽通信的最大优点是，除通信双方以外的任何第三方并不知道秘密通信这个事实的存在，这就较之单纯的密码加密方法更多了一层保护，使得加密机制从“看不懂”变为“看不见”以不至成为好事者的攻击目标。
例如，将机密资料（图象、文字、声音）隐藏在公开的图像中，然后传递，看起来和其他的非机密的图像一样，因而十分容易逃过非法拦截者的注意或破解。这一点是传统加密通信系统所缺乏的，也正是如此，才使隐蔽通信技术在军事通信中有着重要应用前景。
二、数字水印的概念及系统模型
所谓数字水印(Digital Watermarking)技术是指在声音，图像或视频等数字化的数据中嵌入隐蔽的信息，这些信息通常是不可见的，不能被人的视觉感知系统觉察或注意到，只有通过专用的监测器或阅读器才能提取。通过这些隐藏在多媒体内容中的信息，可以达到确认内容创建者，购买者或判断内容是否真实完整的目的。
数字水印是信息隐藏技术研究领域的重要分支。它通过在原始数据中嵌入秘密信息——水印，来证实该数据的所有权、验证数据的完整性、跟踪数据的来源、控制数据的使用、秘密信息的传递等。根据信息隐藏的目的和要求，数字水印应具有以下基本特征：
1．隐藏性：水印信息和源数据集成在一起，不改变数据的存储空间；并且源数据必须没有明显的改变现象。
2．鲁棒性：指嵌入水印后的数据经过各种处理操作和攻击操作以后，不导致其中的水印信息丢丢失或被破坏的能力。
3．安全性：指水印信息新藏的位置及内容不为人所知，这需要采用隐蔽的算法，以及对水印进行预处理（如加密）等措施。
所有的数字水印系统都是由两个基本部分组成的：水印嵌入系统和水印检测系统。图2和图3分别表示了一般的水印嵌入和水印检测过程：
图2水印嵌入过程
水印嵌入过程中，首先要生产水印。要嵌入的信息可以是各种性质的，如数字、图像、文本等。密码是用来增强安全性的，可以防止未经授权者读取信息。水印嵌入过程的输出是嵌入了水印的图像作品。
水印检测过程的输入是被测试的图像，它可能是没有嵌入水印的，也可能是嵌入了水印后又被攻击的图像。由于不同的水印算法，水印检测的输入还可能是密码、原始图像等。水印检测过程的输入或是检测出的水印，或是一个关于水印是否存在于被检测的信号的置信度值。
当电台要传递秘密信息时，将秘密信息作为水印嵌入到一个可以公开的载体上。此载体可以是文本、图片、声音等数字信号。
在电台的水印加密方案中，应使用双重或多重水印机制：在载体中除了嵌入鲁棒性水印用于隐藏信息外，还嵌入与内容不相关的半脆弱水印、脆弱水印，用于识别敌我方以及是否遭到攻击或篡改。一旦检测不出水印，就可以判断原内容遭到了攻击或不是自己方。这样就可以有效的防止鲁棒性水印不能抵抗的统计攻击。
三、水印算法
数字水印有一个重要的应用方面就是用于内容认证，即使用水印技术帮助保持和验证作品的完整性。在军事通讯实践中，敌对双方都试图截获、利用、破坏对方的信息，甚至用一些假信息来欺骗对方，因此，在这种场合下需要明确地知道该信息（消息）是我方发送的，这就产生了对作品（消息）内容进行认证的技术要求。
能够实现内容认证的算法有很多，这里我们给出基于DWT的水印算法。
3.1基本思想
我们将图像从RGB色彩模式转换为YUV色彩模式，按着公式①进行转换：
然后对Y分量进行3级小波分解，在高頻块和中频块都嵌入水印。由于基于DWT中频域的数字图像水印方案与基于DWT高频域的数字图像水印方案思路差不多，这里我们先给出在高频域嵌入和提取水印的算法。
3.2高频水印嵌入算法
对Y分量进行L级的小波分解，可以得到一个序列HH={HH1，HH2，…,HHL}，可以计算得到每个高频块HHi里面所含的系数个数
1)分布的实数伪随机序列X={X1,X2,…,XLength}作为水印信息，然后将水印信息嵌入到HH中每一块对应的系数fij，嵌入公式如下：
3.4在DWT中频域嵌入和提取水印
在DWT中频域嵌入提取水印的思路和在DWT高频域嵌入提取水印的思路类似，不同的只是：中频域嵌入水印是将水印信息嵌入到HLi和LHi，所对应的小波系数中。可以嵌入的水印信息量是高频的两倍。
3.5实验结果
四、结束语
数字水印技术的发展只有短短的十几年，利用数字化媒体进行数据隐藏还是一个崭新的研究领域，同时它又是一种与具体应用结合比较紧密的实用技术。利用数字水印技术实现对电台秘密信息进行加密也是一种新的尝试，该技术与电台现有的密钥加密和调频技术相结合，效果更加。相信在不久的将来会出现利用数字水印技术制成的新型电台保密机
参 考 文 献
[1]张登银、邓兰兰，《信息安全》，2004年第46～48
[2]邓震华，姚有文，《信息隐藏技术的发展与应用》，国防信息化，2004年第37～39页
[3]伯晓晨、沈林成、常文森，《数字水印技术：概念、应用及现状》，计算机世界，2000年，第1到4页。■
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文