基于同态特性实现交换密码水印技术的方法研究

The wide development of digital networking has brought the great advantages for multimedia technology on the generation, storage and transmission as well as the great threat to the security. Single encryption or single watermarking is just competent to one aspect of security, while the commutative encryption and watermarking (CEW), which was proposed in recent years, can provide a comprehensive security protection by integrating encryption and watermarking. However, the two main implementations of CEW are still premature: the orthogonal operand based CEW is short of safety and the orthogonal mechanism based CEW is short of practical. There is still a long way for the actual application of CEW. Considering these problems, this study proposes a new Homomorphic Encryption based CEW to achieve the operation independence and the operand integration of encryption and watermarking, and what is more, the broader scope of encryption and watermarking algorithms. The Homomorphic Encryption based CEW makes up the shortages of existing CEW in security and application, which may form the found of comprehensive security protection for multimedia information. CEW is one of the most active areas in multimedia information security and has important theoretic significance and practical value.

数字网络技术的广泛发展，给多媒体信息的产生、存储、传播等方面带来极大便利，但与此同时，也给其安全带来极大威胁。单一密码技术或数字水印技术已不能满足现阶段多媒体信息全面安全保护的需求。为此，学者提出一种新的多媒体信息安全保护方法——交换密码水印技术，其通过结合密码技术与数字水印技术来为多媒体信息提供全面安全保护。然而，现有交换密码水印技术主要实现方法：基于操作域正交的方法安全性不高而基于操作机理正交的方法普适性不足，离实用化还存在一定差距。本项目针对该问题，创新性地提出，基于密码算法同态特性，实现内容加密和水印嵌入在数据上的无缝融合，而在操作上的相对独立。且该方法在具体密码算法和数字水印算法的选择上也进行了范围扩展，弥补现有方法在安全性、普适性上的不足，为实现多媒体信息深层次的全面安全保护提供技术基础。本项目研究内容是多媒体信息安全领域非常活跃的研究方向之一，具有重要的理论意义和实用价值。

近年来，随着云服务及大数据分析等分布式技术的兴起，多媒体信息数据的安全保护问题备受关注。对此，人们提出将密码技术与数字水印技术相结合以实现对多媒体信息数据在存取及使用过程中的全面保护。交换密码水印是实现密码技术与数字水印技术相结合的一种有效途径，但现阶段相关成果在安全性、适用性等方面存在不足。针对此问题，项目开展了深入研究，并创新性的基于密码算法同态特性在相同操作域上实现了交换密码水印技术。. 项目基于密码算法同态特性，进行了明文域及密文域水印算法设计，并实现了明文域水印算法与密文域水印算法的相互映射。则在相同操作域上，在多媒体信息密文中嵌入水印或者加密多媒体信息水印载体，均得到多媒体信息水印密文；并且通过其可从多媒体信息密文中方便提取嵌入水印信息，且解密后水印信息亦留存于多媒体信息明文中。. 项目针对遥感影像数据特征及特殊需求，对交换密码水印技术进行了相应调整，为遥感影像的深层次全面安全保护实施提供了有益参考。交换密码水印技术的引入，既满足了遥感影像在存取过程及使用过程中的全面安全保护需求，又保证了遥感影像在嵌入水印后依然具有较好的图像质量，且不影响遥感影像的后期应用。. 项目历时三年，按照预定研究计划完成了各项研究内容，达到了预定研究目标，较为圆满的完成了整个项目。项目取得的研究成果，能够在相同操作域上实现密码技术与数字水印技术相结合，且不指定具体密码算法及数字水印算法，与现阶段交换密码水印技术算法相比，具有更高的安全性，更广的普适性。