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数字图书馆是以电子格式存储海量多媒体信息，并对这些信息资源进行高效操作，如增加、删除、修改、检索、提供访问接口和信息保护等。数字信息与模拟信息相比有其特殊性，比如：数字的声音、图像及视频信号的质量远远高于模拟信号；由于数字文档的备份与原文档高度一致，更加容易拷贝；数字信息在网络中的传送更方便、更容易等。数字信息的广泛应用及其易复制性和易散布性需要更有效的工具对所有权进行保护，于是数字水印近年来应运而生。
1 数字水印的概念与特征
数字水印是一种信息安全技术，与传统纸币、纸张上的水印的不同之处在于，传统的水印都是人眼可以看得见的，而数字水印却大部分不为人眼所见，是深藏于数字化产品之中的。数字水印的概念最初是由Caronni于1993年提出来的。它是将具有特定意义的标志性信息，通过数字嵌入的技术隐藏在图像、声音、文档、视频等数字产品中，用以证明创作者对其作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的依据。同时，通过对水印的检测和分析保证数字产品的安全可靠，从而成为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段。嵌入的水印信息可以是作品的序列号、公司标志或有特殊意义的图形标记，主要用于识别多媒体文献的来源、版权以及合法使用者对产品的所有權等，这种标记通常是不可见的，只有通过专门的检测器和阅读器才可以提取。
数字水印具有如下特征：
1．隐形性。又称统计和视觉的不可见性。数字水印的嵌入不会引起原始数据质量的明显下降，并且袭击者难于用统计的方法发现和删除水印。
2．易提取性。数据所有者应该能够很容易提取水印。
3．鲁棒性。指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。鲁棒性并非一个简单的数值，一个水印对某种处理是鲁棒的，但它也许对其他处理非常脆弱。通常，水印只要求在从嵌入到检测这个时间段内对可能遇到的处理具有鲁棒性。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数／模与模／数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。
4．抗篡改性。与抗毁坏的鲁棒性不同，抗篡改性是指，水印一旦嵌入在载体中，攻击者就很难改变或伪造(如，盗版者把版权标记替换为自己的标记)。鲁棒性要求高的应用，通常也需要很强的抗篡改性。
5．明确性。对水印的检测，应能毫无歧义地标明载体拥有者身份，且载体在面对各种攻击后，不会严重地影响拥有者身份的准确判定。
6．水印调整和多重水印。在许多具体应用中，希望在插入水印后仍能调整它。例如，对于数字视盘，一个盘片被嵌入水印仅允许一次复制。一旦复制完成，有必要调整原盘上的水印禁止再次复制。最优的技术是允许多个水印共存，而且便于跟踪作品从制作到发行到购买的整个过程，可以在发行的每个环节上插入特制的水印。
7．低错误率。降低在不受攻击或者无信号失真的情况下漏检水印的概率、在不存在水印的情况下虚检水印的概率。
2 在数字图书馆中的应用
2．1 安全保护
数字图书馆是保存大量结构化信息的数字化资源库，是由软件和计算机群通过互联网连接在一起的高级信息系统。它的最终目标是，让所有的人在任何时间任何地点都可以用任何连接互联网的数字设备来访问人类所有的知识。因此，数字图书馆的安全性涉及到知识产权保护和系统安全的保护两方面的问题。
2．1．1 知识产权保护
数字水印是数字图书馆进行知识产权保护很重要的一种技术。它可以为由侵犯知识产权而引起的法律纠纷提供证据。它与传统加密方法不同，是一种可能在开放的网络环境下保护版权和认证来源及完整性的新型技术，创作者的创作信息和个人标志通过数字水印系统以人所不可感知的水印形式嵌入在多媒体中，人们无法从表面上感知水印，只有专用的检测器或软件才可以检测出隐藏的数字水印。数字水印技术用来对数字作品进行标记和鉴别，而不能保护数字作品免受非授权访问，属于事后保护手段。用于数字图书馆资源的知识产权保护方面的水印一般采用的是鲁棒水印，又可分为标示所有者信息和购买者信息两类。对于数字图书馆自己拥有的资源，可以将该资源的版权信息以水印的方式嵌入资源中，不论是提供给本地用户还是远程用户使用，都能通过该水印信息来确认图书馆对资源的所有权，当把该资源的使用权卖给其他用户时，可在该资源中嵌入水印所表示的序列号，对于不同的购买者给予不同的水印。当数字作品的版权发生纠纷时，法律部门可以通过数字水印认证中心对数字作品的数字水印进行取证。当数字图书馆用户需要使用某一数字作品并涉及到其版权问题时，可通过数字水印认证中心与原创者进行联系。现在，市场上已经有许多数字水印应用系统的成熟产品，如Adobe Systems公司的Adobe Photoshop 4．0及升级产品中就安装了数字水印嵌入及读取系统，美国Digimarc公司的DiSimarc lmage Bridge Watermark也是一套成熟的数字水印应用系统。
2．1．2 信息安全
在网页中加入水印技术，可以抵挡部分攻击，这是因为水印技术的抗攻击性，在水印能够承受合法的信号失真的同时，水印还应能抗击试图去除所含水印的破坏处理过程。可以通过定时检测隐藏在网页中的水印来判定网页是否被攻击和破坏，这可以由脆弱性水印技术来完成，因为脆弱性水印对信号的改动很敏感，如果该网页被攻击、更改，其中的水印技术一定会被破坏，当我们定时使用专门的检测器或阅读器来提取时就会报警，提醒修复网页。具有鲁棒性的水印和其他技术结合还可以实现自动恢复。面向数字图书馆的一些付费项目，水印技术和密码签名技术相结合还可以提供服务器的完整性保护和客户端的数据认证，构造综合的数据安全技术。
2．2 注释
水印技术可以将一些作品的标题、注释等内容以水印形式嵌入该作品中作为隐式注释。例如，对一个CD形式的音乐作品来说，附上该作品的曲谱、歌词、专家点评等内容更有利于使用者对该作品的深入了解。对其他形式的资源也是同样的道理，因为不同的人对事物的看法总会存在差异，用户使用时参照各种不同角度的看法对他本身而言是很有益处的。注释信息主要是该资源信息产生的背景、所属的派别、部分术语、专家评价等，在这里也可能包括著者等版权信息。注释的功能不在于保护知识产权，而是为了给用户提供更多的相关信息，以帮助用户更好地理解。数字水印能够提供注释功能，大部分的注释信息是运用鲁棒水印嵌入到资源中，用户在需要使用这些信息时，直接从水印中提出来即可。数字水印的注释与其他形式的注释相比有其优越性，因为嵌入的水印不会影响源数据的效果。例如，它可以通过水印在一幅图像中嵌入另一幅图像，这就使用户在参照时更为方便、形象，也达到为用户提供系统性知识的目的。
2．3 使用控制
在信息资源中加入水印来控制对该用户资源的使用权限，是只能浏览，还是可以进行拷贝、打印或其他。可以插入水印来标识允许拷贝的份数，每拷贝一份，进行拷贝的硬件会修改水印内容，将允许的拷贝数减一，以防止大规模的盗版，DVD就是这种应用的实例。
1 数字水印的概念与特征
数字水印是一种信息安全技术，与传统纸币、纸张上的水印的不同之处在于，传统的水印都是人眼可以看得见的，而数字水印却大部分不为人眼所见，是深藏于数字化产品之中的。数字水印的概念最初是由Caronni于1993年提出来的。它是将具有特定意义的标志性信息，通过数字嵌入的技术隐藏在图像、声音、文档、视频等数字产品中，用以证明创作者对其作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的依据。同时，通过对水印的检测和分析保证数字产品的安全可靠，从而成为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段。嵌入的水印信息可以是作品的序列号、公司标志或有特殊意义的图形标记，主要用于识别多媒体文献的来源、版权以及合法使用者对产品的所有權等，这种标记通常是不可见的，只有通过专门的检测器和阅读器才可以提取。
数字水印具有如下特征：
1．隐形性。又称统计和视觉的不可见性。数字水印的嵌入不会引起原始数据质量的明显下降，并且袭击者难于用统计的方法发现和删除水印。
2．易提取性。数据所有者应该能够很容易提取水印。
3．鲁棒性。指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。鲁棒性并非一个简单的数值，一个水印对某种处理是鲁棒的，但它也许对其他处理非常脆弱。通常，水印只要求在从嵌入到检测这个时间段内对可能遇到的处理具有鲁棒性。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数／模与模／数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。
4．抗篡改性。与抗毁坏的鲁棒性不同，抗篡改性是指，水印一旦嵌入在载体中，攻击者就很难改变或伪造(如，盗版者把版权标记替换为自己的标记)。鲁棒性要求高的应用，通常也需要很强的抗篡改性。
5．明确性。对水印的检测，应能毫无歧义地标明载体拥有者身份，且载体在面对各种攻击后，不会严重地影响拥有者身份的准确判定。
6．水印调整和多重水印。在许多具体应用中，希望在插入水印后仍能调整它。例如，对于数字视盘，一个盘片被嵌入水印仅允许一次复制。一旦复制完成，有必要调整原盘上的水印禁止再次复制。最优的技术是允许多个水印共存，而且便于跟踪作品从制作到发行到购买的整个过程，可以在发行的每个环节上插入特制的水印。
7．低错误率。降低在不受攻击或者无信号失真的情况下漏检水印的概率、在不存在水印的情况下虚检水印的概率。
2 在数字图书馆中的应用
2．1 安全保护
数字图书馆是保存大量结构化信息的数字化资源库，是由软件和计算机群通过互联网连接在一起的高级信息系统。它的最终目标是，让所有的人在任何时间任何地点都可以用任何连接互联网的数字设备来访问人类所有的知识。因此，数字图书馆的安全性涉及到知识产权保护和系统安全的保护两方面的问题。
2．1．1 知识产权保护
数字水印是数字图书馆进行知识产权保护很重要的一种技术。它可以为由侵犯知识产权而引起的法律纠纷提供证据。它与传统加密方法不同，是一种可能在开放的网络环境下保护版权和认证来源及完整性的新型技术，创作者的创作信息和个人标志通过数字水印系统以人所不可感知的水印形式嵌入在多媒体中，人们无法从表面上感知水印，只有专用的检测器或软件才可以检测出隐藏的数字水印。数字水印技术用来对数字作品进行标记和鉴别，而不能保护数字作品免受非授权访问，属于事后保护手段。用于数字图书馆资源的知识产权保护方面的水印一般采用的是鲁棒水印，又可分为标示所有者信息和购买者信息两类。对于数字图书馆自己拥有的资源，可以将该资源的版权信息以水印的方式嵌入资源中，不论是提供给本地用户还是远程用户使用，都能通过该水印信息来确认图书馆对资源的所有权，当把该资源的使用权卖给其他用户时，可在该资源中嵌入水印所表示的序列号，对于不同的购买者给予不同的水印。当数字作品的版权发生纠纷时，法律部门可以通过数字水印认证中心对数字作品的数字水印进行取证。当数字图书馆用户需要使用某一数字作品并涉及到其版权问题时，可通过数字水印认证中心与原创者进行联系。现在，市场上已经有许多数字水印应用系统的成熟产品，如Adobe Systems公司的Adobe Photoshop 4．0及升级产品中就安装了数字水印嵌入及读取系统，美国Digimarc公司的DiSimarc lmage Bridge Watermark也是一套成熟的数字水印应用系统。
2．1．2 信息安全
在网页中加入水印技术，可以抵挡部分攻击，这是因为水印技术的抗攻击性，在水印能够承受合法的信号失真的同时，水印还应能抗击试图去除所含水印的破坏处理过程。可以通过定时检测隐藏在网页中的水印来判定网页是否被攻击和破坏，这可以由脆弱性水印技术来完成，因为脆弱性水印对信号的改动很敏感，如果该网页被攻击、更改，其中的水印技术一定会被破坏，当我们定时使用专门的检测器或阅读器来提取时就会报警，提醒修复网页。具有鲁棒性的水印和其他技术结合还可以实现自动恢复。面向数字图书馆的一些付费项目，水印技术和密码签名技术相结合还可以提供服务器的完整性保护和客户端的数据认证，构造综合的数据安全技术。
2．2 注释
水印技术可以将一些作品的标题、注释等内容以水印形式嵌入该作品中作为隐式注释。例如，对一个CD形式的音乐作品来说，附上该作品的曲谱、歌词、专家点评等内容更有利于使用者对该作品的深入了解。对其他形式的资源也是同样的道理，因为不同的人对事物的看法总会存在差异，用户使用时参照各种不同角度的看法对他本身而言是很有益处的。注释信息主要是该资源信息产生的背景、所属的派别、部分术语、专家评价等，在这里也可能包括著者等版权信息。注释的功能不在于保护知识产权，而是为了给用户提供更多的相关信息，以帮助用户更好地理解。数字水印能够提供注释功能，大部分的注释信息是运用鲁棒水印嵌入到资源中，用户在需要使用这些信息时，直接从水印中提出来即可。数字水印的注释与其他形式的注释相比有其优越性，因为嵌入的水印不会影响源数据的效果。例如，它可以通过水印在一幅图像中嵌入另一幅图像，这就使用户在参照时更为方便、形象，也达到为用户提供系统性知识的目的。
2．3 使用控制
在信息资源中加入水印来控制对该用户资源的使用权限，是只能浏览，还是可以进行拷贝、打印或其他。可以插入水印来标识允许拷贝的份数，每拷贝一份，进行拷贝的硬件会修改水印内容，将允许的拷贝数减一，以防止大规模的盗版，DVD就是这种应用的实例。