数字图像的广泛使用,给人们的生活带来了极大的便利。但在丌放网络环境下,数字图像的非授权散布也带来了一系列安全问题。如何对非授权散布的图像进行取证和追踪,是信息安全领域急需解决的问题之一。本文基于数字水印技术,对开放网络环境下数字图像非授权散布的取证和追踪等方面的关键问题展开研究,主要内容包括：1.针对水印鲁棒性和不可见性的平衡问题,提出了一种基于图像边缘的鲁棒水印算法。该算法使用Prewitt检测算子对载体图像进行边缘检测,并对边缘点进行选取,将水印信息嵌入在边缘点像素处的梯度方向上。由于人类视觉感知在图像边缘处的掩蔽效应,同时由于图像边缘的感知重要性和在图像处理中的稳定性,使得该算法在不可见性和鲁棒性方面具有较好的效果。对算法抵抗攻击的能力进行了详细的理论分析,并在实验中进行了验证。同时结合人类视觉感知的掩蔽效应,提出了一种客观评价图像质量的方法,实验中对该评价方法进行了验证,并表明水印算法在该评价方法下具有较好的不可见性。2.结合图像特征点和梯度方向,提出了一种抗几何攻击的鲁棒水印算法。由于在图像几何变换种,图像两个点处的梯度方向夹角能够保持不变,因此算法通过修改两个特征点间的梯度方向夹角进行水印嵌入,并在理论上给出了可通过修改特征点处邻域的DCT系数以完成上述嵌入过程。该算法不需对图像或图像的区域进行归一化处理,从而避免了因图像内容丢失而引起的归一化不同步问题。实验结果表明,算法能够抵抗多种对含水印图像的常规处理攻击和几何攻击,尤其对于裁剪攻击具有较好的鲁棒性。3.为了消除基于分块的图像认证算法中图像块之间的独立性,并进一步减小自嵌入水印对载体图像质量的影响,提出了一种基于游程编码的自嵌入易碎水印算法。该算法首先对图像进行2×2的分块,并求各分块的灰度均值生成图像的缩略图；根据缩略图各像素之间的相关性进行游程编码；将编码信息作为水印嵌入在图像像素的低位中。篡改检测时首先使用字符串匹配的思想进行图像块和水印之间的匹配,对于未匹配成功的块,使用分组的方式进行再次匹配,以完成认证和恢复。该算法进行一次的水印嵌入,同时用于篡改检测与恢复。与现有算法相比,该算法有效缩短了水印长度,减小了对载体图像质量的影响。理论分析和实验仿真表明该算法在不可见性、篡改定位和恢复、抗拼贴攻击、漏检率等方面具有较好的效果。4.针对图像随机篡改的定位和恢复等问题,提出了一种基于偏移子块联合判决的自嵌入易碎水印算法。该算法将图像2×2块的内容特征编码为5bit水印信息嵌入到偏移子块,该水印信息被同时用于对篡改区域进行定位和内容恢复。篡改检测时通过对子块及其后偏移子块的内容特征和水印的匹配情况,来共同判别该子块是否被篡改；篡改恢复时,根据其前偏移子块是否通过认证,判定恢复水印是否可信。理论分析和实验结果表明,该算法相对于基于邻域判别的易碎水印算法,具有更低的漏检率,且对于图像的随机篡改,能够准确进行定位和恢复。5.针对JPEG图像的认证问题,结合矩阵编码和多重水印技术,提出了一种,用于JPEG图像的块级认证算法。矩阵编码可将长为l的水印信息缩短为log2l数量级,且可准确定位其中1位信息的改变,因此通过矩阵编码可有效缩短水印的长度。同时,为了提高算法的定位准确率,通过嵌入多重水印共同完成对图像的篡改定位。算法分析中对认证的漏检率、虚检率以及水印的不可见性进行了较为详细的分析。理论分析与实验结果表明,该算法能够在篡改率不大的情况下,实现对JPEG图像块级篡改定位,例如在篡改率小于5%,向每个图像块仅嵌入约1bit水印信息的情况下,漏检率和虚检率均在10-2数量级。6.提出一种用于图像一体化保护的多功能水印算法,该算法首先对图像进行3×3大小的分块,并基于图像块中间像素点处的梯度方向嵌入鲁棒水印信息。易碎水印嵌入在图像块DCT系数上,并利用偏移子块联合判决的方式进行篡改检测和恢复。同时,根据提取水印与原始水印的归一化相关值,以及认证结果中通过认证的图像块的随机性,区分图像受到恶意篡改攻击(剪切、拼贴等攻击)或无意攻击(加噪、JPEG压缩等攻击)。实验仿真结果表明,鲁棒水印和易碎水印信息的嵌入和提取相互独立,同时能够实现对图像的篡改定位和恢复,以及判别图像遭受攻击的类型。最后对全文的工作进行了总结,并对下一步的研究进行了展望。