[發明專利]一種基于脆弱水印的JPEG圖像篡改檢測方法

有效

• 申請號: 202210394397.1
• 申請日: 2022-04-15
• 公開（公告）號: CN114493976B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 徐一波;陳友斌
• 申請（專利權）人: 湖北微模式科技發展有限公司
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00;H04L9/08
• 代理公司: 湖北高韜律師事務所 42240
• 代理人: 鄢志波

本發明公開一種基于脆弱水印的JPEG圖像篡改檢測方法，首先，解碼JPEG圖像獲取亮度DCT分塊數量及每個亮度分塊中的DCT量化系數；使用密鑰K生成一個偽隨機數矩陣，使每個DCT塊可分配得到一個偽隨機數；對每個DCT塊的偽隨機數結合DCT量化系數計算包含16個比特信息的脆弱水印；將水印嵌入到DCT量化系數中得到含有脆弱水印的JPEG圖像。檢驗時，解碼目標圖像的亮度塊DCT量化系數；以密鑰K生成偽隨機矩陣；接著以同樣方法計算脆弱水印；提取待測照片DCT量化系數中的水印與計算出的脆弱水印進行比對，若不相等則判定DCT塊已被篡改，圖像所有DCT塊均未篡改時，判定該JPEG圖像未被篡改。

技術領域

本發明涉及信息隱藏、數字水印、數字取證、篡改檢測領域，具體的涉及一種基于脆弱水印的JPEG圖像篡改檢測方法。

背景技術

隨著數字媒體與互聯網技術的發展，個人或者組織機構在網絡上發布或者傳播數字圖像的現象已變得越來越普遍。數字圖像也因此成為了一種越來越重要和常見的信息載體和數字憑證。然而Photoshop、美圖秀秀之類的圖像編輯軟件的出現及廣泛使用導致了數字圖像內容極易被編輯、篡改甚至偽造。數字圖像具有的易篡改和易偽造的特點使其作為數字憑證而使用時面臨著信息安全隱患和信任危機。現有的數字圖像中常常缺乏對數據完整性的防護技術或者使用密碼學數字摘要進行整體校驗。一旦出現驗證錯誤，即認為所有數據內容被篡改而不可信，無法定位篡改位置。目前還有一類對圖像篡改進行檢測的主動取證技術則是利用脆弱或者半脆弱水印的方式實現，而水印主要是作為圖像內容的校驗數據存在。由于任何被篡改過的圖像，不可避免地會破壞水印信息。因此，校驗時通過提取該校驗信息并驗證其完整性來判斷該圖像是否遭受過篡改。

CN112017093A《一種基于DCT變換的圖像防篡改檢測算法》與CN1184795C《脆弱數字水印嵌入與提取方法》對圖像空域亮度圖像進行DCT變換后的系數上進行水印嵌入。嵌入水印后再進行反變換得到含水印的圖像。由于反變換后的像素數值需要截斷到0-255之間，這必然會造成脆弱水印的破壞。此外，使用JPEG等有損壓縮后，該水印圖片中的脆弱水印則會進一步遭受壓縮破壞。而現實應用中JPEG圖像作為一種最為普遍使用的圖像壓縮格式，對其進行篡改保護具有極高的應用價值。由于其本身即為采用DCT量化后的系數實現圖像存儲，這使該系數可以作為天然的脆弱水印載體。含脆弱水印的圖像直接以JPEG這種高壓縮比的格式存儲，更適合現實場景。基于以上現狀，本發明公開一種基于脆弱水印的JPEG圖像防篡改方法。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在JPEG圖像篡改位置不能明確確定，圖片脆弱水印容易遭到破壞等問題，提出一種基于脆弱水印的JPEG圖像防篡改方法，以塊為單位進行校驗，相比于傳統的哈希或者數字簽名，可以有效定位篡改位置。同時校驗區域僅限定于圖像數據部分，對于JPEG頭部的tiff結構中備注信息的變動，不會誤報為圖像內容遭受篡改。

本發明提出一種基于脆弱水印的JPEG圖像防篡改方法，主要包括JPEG圖像的脆弱水印嵌入和脆弱水印校驗兩個主要步驟，所述JPEG圖像脆弱水印嵌入步驟為：

（1）解碼JPEG圖像獲取亮度DCT分塊數量及每個亮度分塊中的DCT量化系數；

（2）使用密鑰K生成偽隨機數矩陣，使每個DCT塊可分配得到一個偽隨機數；接著對每個DCT塊的偽隨機數結合DCT量化系數計算生成包含16個比特信息的脆弱水印W_x,y；將脆弱水印W_x,y嵌入到DCT量化系數中得到含有脆弱水印的JPEG圖像；

所述JPEG圖像篡改檢測步驟為：

a.解碼待測JPEG圖像獲取亮度DCT分塊數量及每個亮度分塊中的DCT量化系數；