一、基本信息
论文题目：《Secure and efficient DRM watermark algorithm of forensics in mobile internet》
发表时间：EURASIP Journal on Image and Video Processing (2018)
作者及单位：
Ma Zhaofeng1* and Jiang Ming2（北京邮电大学）
二、摘要
随着移动互联网技术的发展，数字媒体易编辑、易传输、易修改的特点给多媒体的真实性带来了巨大挑战。正因为如此，对数字取证与识别的关注，如来源识别、内容认证、信息完整性等，已成为网络安全、法医学等领域的重要研究内容。针对这一问题，本文提出了一种基于水印的移动互联网取证图像数字版权管理方案，具有较高的安全性和可追踪性。在该方案中，我们嵌入了一些手机的用户身份相关信息和设备相关信息，作为抓拍照片和存储图片的来源标识；一旦手机转发的图像数据被滥用，例如未经授权在互联网上传播图像数据，特别是机密图像数据，我们可以通过提取手机照片中嵌入的手机数据来追踪误用的责任。最后，我们对提出的移动互联网drm水印方案的安全性和有效性进行了评估，大量实验表明，该水印方案对移动图像数据的保护和误用跟踪具有鲁棒性、安全性和高效性。
三、主要工作与内容
1、数字图像鉴证技术是通过对数字图像的隐写、伪造和篡改进行分析、识别和认证，来判断数字图像的来源、完整性和真实性的技术和方法。数字图像鉴证技术的研究方向主要有两个：图像源检测和篡改检测。
2、对于移动图像源的检测，不同品牌和型号的手机的镜头和成像传感器不同，数字图像的处理也不同，包括压缩和存储。因此，我们提取并分析图像风格和质量等细微差异，以确定数字移动图像的来源。图像源取证的检测技术主要有三种：
（1）基于移动设备类型，以移动数字图像源为证据：通过提取图像质量、颜色、镜头径向畸变、小波系数等统计特征，利用分类器对移动图像源进行分类。levent_zparlak提出了基于小波变换的统计图像模型，并在数字图像取证的背景下比较了它们的相对优点。Farid描述了一系列的心理物理实验，这些实验使用不同分辨率的图像、jpeg压缩和颜色来探索观察者区分计算机生成的人的照片图像的能力。研究者还提出了一些有效的特征来区分和识别数字移动图像和cg图像，如cfa插值周期性、视觉特征、纹理特征、白平衡和局部二值模式（lbp）。对于更多不同类型的移动设备，orozco使用了颜色特征和质量特征。
（2）移动数字图像源作为移动设备模型的证据：采用相同的硬件和相同的图像处理算法在相同的设备模型的手机中使用，因此硬件设备和图像处理算法的特点是移动图像取证的重要基础。chen[12]估计了cfa的内插系数，并选择了合适的分类器，以达到较高的信源识别精度。白平衡[13]是移动和相机成像系统中一种重要的图像后处理算法，其参数估计也被用于识别数字图像的来源。研究工作的另一部分是将整个移动图像采集设备作为一个整体，期望建立一个完整的模型，从不同角度描述移动图像采集设备的差异，实现源取证。Goyal[14]评估图像质量度量（IQM）用于从该移动电话捕获的图像或视频中识别源移动电话的有效性。基于从输入的移动图像中提取边缘的局部二值模式，提出了一种新的用于移动识别的单图像特征[15]。Thai提出了一种用于摄像机模型识别的统计方法，该方法基于描述自然原始图像的异质噪声模型[16]。与前面的方法不同，luan将源取证作为非监督学习中的一个聚类问题。为了避免在实际场景中使用任何先验知识，Luan提出了一种基于图的方法来对源手机进行分类[17]。
（3）移动数字图像源以移动设备的个体特征作为证据：通过图像设备固有缺陷引起的模式噪声和异常像素之间的相关性检测，确定移动图像源。fridrich[18]将传感器模式噪声分为固有模式噪声和光响应非均匀性噪声，通过滤波和统计差分得到数码相机的模式噪声，并通过相关检测、假设检验等方法实现数码相机单个图像源的取证。除此之外，传感器模式噪声还用于移动设备中的设备独立源取证[19]、便携式数字摄像机[20]和扫描仪[21]。
3、在移动图像篡改检测中，篡改者和移动图像的采集器是相互对抗的。篡改是尽可能快地制作出虚假的真实图像，而取证者则是尽最大努力寻找图像被篡改的证据。尽管很难被发现，但在采集和存储过程中，篡改的图像或多或少地破坏了自然图像的内在连续性。因此，采集器利用自然图像的一些统计特性来检测图像被篡改的类型，并显示篡改的去尾位置。图像篡改取证的检测技术主要有三种。（1）第一种方法基于重采样，例如复制粘贴[22，23]和拼接合成[24]。（2）第二种方法基于压缩，例如双重压缩[25]和jpeg块伪影[26，27]。（3）第三种方法基于成像设备特征，例如图像统计特征[28]、模式噪声[29]和cfa插值。
4、为了解决移动图像数据的源检测和篡改检测问题，提出了一种基于水印的移动图像数据安全保护方案。该方案采用与移动识别相关和与用户识别相关的鲁棒水印进行信源检测，同时利用图像本身的特征作为半脆弱水印进行跟踪。最后，为了提高安全性和效率，我们通过几组实验对提出的移动图像数据安全方案进行了评估。
由于手机的存储容量有限，图像数据以压缩的方式存储和传输。考虑到jpeg图像压缩格式在手机中的广泛应用，在我们提出的手机图像数据安全解决方案中，我们将jpeg作为机密图像数据的一个例子。在该方案中，用于源取证的鲁棒水印是一个二值图像，它表示与移动识别和用户识别相关的一些文本信息。用于篡改检测的半脆弱水印数据也是由宿主图像自身生成的二值图像。为了避免两个数字水印之间的影响，两个水印算法应该是独立的。考虑到jpeg压缩是有损的，这可能会给水印带来一些错误，水印方案至少应该对jpeg压缩具有鲁棒性。由于离散余弦变换（dct）在jpeg中是可逆的，且dct系数具有一定的独立性，因此在该方案中选择了基于dct系数的水印嵌入。
四、总结
本文提出了一种新的基于水印的移动图像数据安全保护方案。我们在拍摄完手机照片后，在手机照片中嵌入了手机号码、时间、位置、imei等与手机身份相关和用户身份相关的信息，这些信息是用于追踪和源认证确认的稳健水印。一旦图像数据被误用，如未经授权在互联网上传播或用于商业目的，我们可以通过提取图像数据中嵌入的水印来识别和追踪误用的责任。最后，我们通过一组不同大小的图像数据对所提出的移动水印方案进行了安全性和有效性评估。
大量实验表明，该方案具有安全、高效、普遍、鲁棒的特点，能够有效地保护图像数据，实现误用跟踪。