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用于证件防伪的数字水印算法研究上

发布时间:2021年08月18日    点击:[0]人次

用于证件防伪的数字水印算法研究(上)

摘 要:证件防伪一直是人们关注的热点问题,将数字水印应用到证件防伪技术中,是当前证件防伪的一个新的研究方向,具有极高的理论价值和实用价值。本文提出了一种变换域数字水印算法,将证件序列号作为水印信息嵌入证件图像的频谱中,并利用相关系数准则对数字水印进行检测。实验表明,该算法隐蔽性、安全性强,特别是对图像处理中的物理攻击具有很强的鲁棒性。

关键词:证件防伪 数字水印 离散傅立叶变换 鲁棒性

一、引言

证件属于无价证券范畴,通常是由官方依据法律规定,赋予或授予的资格和荣誉的证明文件,诸如身份证、护照、文凭、证书等,是以可靠材料证明或断定人和事物的真实性。而证件防伪主要是对所用的各种材料、图文设计、生产工艺等进行技术加密,以解决证件的真假辨认和持证人与证件的同一性确认两个问题,通常采取肉眼观察证件外观、标识和照片等方法实现。随着伪造变造证件犯罪活动的日益猖獗,犯罪手段日趋高明,制假造假已成为仅次于贩毒的第二大公害,人们不得不投入更大的精力和资金,采用高科技成果以提高证件防伪能力,一般采用特殊的、不易察觉的或者相对复杂的方法,使得证件难以伪造篡改,比如专用水印纸防伪、微印刷防伪、掺杂特种成分防伪、磁性与变色油墨防伪、设置暗记防伪、加安全线防伪、非常规工艺防伪等等。

现代科技的高速发展促使证件防伪技术层出不穷,将数字水印和证件防伪技术有机地结合,是数字水印技术的一个新应用,也是证件防伪技术的一个新发展,其实质是将某种特定的水印信号在不影响证件图文直观质量的情况下嵌入到证件图文表面,并且在证件图文经历模拟和数字转化过程后仍能可靠地被检测出来,从而达到证明证件真实性和有效性的目的。数字水印技术可以有效地防止证件被伪造篡改,作为识别标志的数字水印是以视觉不可见的形式隐藏在证件图文中的,只有通过专用的检测设备检验和计算机软件分析才能识别,隐藏的水印标识可以是有意义的数字序列,也可以是随机的数字、文本信息、图像信息甚至声音信息等。制证机关可以根据发行证件的不同要求嵌入不同内容的水印信息,水印信息也不会因为证件经历不同的地点和人员而变异,因此不存在泄露和扩散的可能性。此外,数字水印的嵌入方式、嵌入的信息内容和嵌入水印的位置都具有不同的变化特征,这些变化特征极大地提高了证件的防伪能力。

二、数字水印的防伪机制

2.1防伪数字水印的基本特性

用于证件防伪的数字水印是制证机关利用数字内嵌的方法,将具有特定意义的标识信息隐藏在发行证件中,用以识别证件的发行机关、所有者、使用权、序列号、内容及完整性等信息,能够为证件在认定、防伪、防篡改、保障数据安全等方面提供有效的技术保障。通常是将数字水印信息嵌入到证件所有者照片中,验证时通过检测照片中的水印,即可获得隐藏信息,从而达到证明证件真实性和有效性的目的。因此,防伪数字水印应当具有以下基本特性

1 不可感知性:防伪数字水印在视觉上应当是不可见的,以避免影响证件的直观质量和泄露隐藏的数据;同时还应当在统计上是不可见的,以防止攻击者采用统计的方法进行探测和篡改。

(2) 安全性:防伪数字水印的应用目的决定了水印嵌入过程是秘密的。对于通过修改水印信息来消除和破坏水印的企图,水印应当保持存在直到原始证件图文已经严重失真而丧失使用价值。

(3) 鲁棒性:防伪数字水印在经历多种无意或有意的信号处理后,仍能保持完整性或仍能被准确检测。可能的信号处理包括证件图像重采样、图像信号类型转换、图像几何变换、信道噪声滤波以及图像有损压缩编码等,也包括证件磨损、图案扭曲、图文模糊等情况。

(4) 公有性:在防伪数字水印提取或检测过程中,不需要原始照片参与。

2.2 防伪证件的制作和检验

在防伪证件的制作过程中,首先,采用数码照相机拍摄证件所有者的人像照片,生成符合制证标准的数字图像文件,然后,将反映证件所有者的特定信息,如身份序列号等,采用一定的水印算法,在某一密钥的控制下嵌入到数字图像中,最后利用激光打印机打印输出制成的证件。正确嵌入数字水印是制作防伪证件的关键。

在防伪证件的检验过程中,首先,采用图像扫描仪或者其他图像检测装置对证件图文中的数字水印进行自动检测,然后对照片部分进行预处理,如确定基准点、几何矫正、滤除噪声等,最后在同一密钥控制下提取照片中隐藏的水印,以确定证件的真实性和有效性。正确提取数字水印是检验证件的关键,是嵌入水印的逆过程。

可见,在防伪证件的制作和检验过程中,照片图像经历了模拟/数字转换和数字/模拟转换,因此,为了抵抗制作过程中的图像打印和检验过程中的图像扫描对防伪数字水印的干扰,在防伪数字水印算法的设计中需要重点考虑水印的安全性和鲁棒性。

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