数字水印技术在数字档案管理中的应用，本文主要内容关键词为：数字论文,水印论文,档案管理论文,技术论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
文章编号：1005-9652(2006)03-0021-03 中图分类号：G272.4 文献标识码：B
一、引言
在人类历史长河中，档案作为人类活动真实记录，是人类文明的传承，是一种不可再生的资源，对人类历史发展起着不可替代的作用。因此，档案资料十分珍贵，档案工作十分重要。在改革开放和建立社会主义市场经济的今天，档案在科学决策、经济建设、维护公民合法权益等工作中的作用更加明显。然而随着信息技术的发展和进步，办公自动化的进一步发展和深化，特别是电子计算机和通信技术相结合形成了信息技术产业，过去用纸墨、照相等形成和传递的公文以及图书、图纸、图形、图像、文献资料、商业信息等，都可以用电子计算机进行，由此而产生了数字公文、数字图书、数字图形图像、数字文献资料等，这些都是属于数字文件。具有档案保存价值的数字文件，归档后即形成数字档案。由于数字档案的特殊性，信息安全技术对于维护数字文件的原始性、真实性至关重要。传统的安全技术主要有：签署技术。对数字文件进行签署的目的在于证实该份文件确实出自作者，其内容没有被他人进行任何改动；加密技术。采用加密技术可以确保数字文件内容的非公开性；身份验证。为了防止无关人员进入系统对文件或数据访问，有些系统需要对用户进行身份验证，如银行系统使用用户密码验证，文件管理系统使用管理员代码验证等；防火墙及防写措施等。另外，随着档案信息化建设的进展，实现档案工作数字化信息化，开展档案网上服务，让广大公民了解档案，走近档案，更好利用档案，使档案事业赢得社会更多的理解和支持，更好地为社会服务是档案事业适应信息社会的必由之路。因此数字档案必然将会被提供在网络上，前面所述的安全技术主要是用来防止非法用户使用档案的技术，而合法用户得到数字档案后，也存在合法使用的问题，这时上述的技术将无用武之地，一种新型的安全技术—数字水印技术可以用来继续保护数字档案，防止非法和不当使用。
数字水印技术是指向数字信号中嵌入少量的信息(称作水印)，但不影响原始数据的使用价值，这些嵌入的信息通常是不可感知的，却可以通过特定的计算操作，被检测到或提取出来，水印与原始数字信号紧密结合并隐藏其中，成为原始数据不可分离的一部分。数字水印技术是数字媒体版权保护和内容完整性验证的有效手段之一。本文首先对数字水印技术和档案馆的数字化进行了介绍，然后讨论了档案馆利用数字水印技术进行数字档案管理的问题。
二、数字水印技术
网络技术的飞速发展和广泛应用，为数字媒体(如文字、图像、音频、视频、三维模型、设计文档、文物等)的获取、存储、传播和使用提供了便利；同时，也使得数字媒体的非法取得、盗用和篡改更为容易。这迫切要求对数字媒体进行保护。数字媒体的保护主要体现在两个方面：一是版权保护，二是内容的完整性和真实性保护，即认证。新兴的数字水印技术为解决这些问题提供了有效手段。根据原始数据类型的不同，数字水印可以分为文本水印、图像水印、音频水印、视频水印、三维水印。图像水印的研究最多，理论相对也最成熟，总体上可分为空域水印和变换域水印。许多强壮性图像水印算法都是根据通信理论中的扩展频谱的原理而提出的[1-2]，属于变换域的水印算法。更多信息可参考文献[3-4]。与图像水印算法相似，音频水印算法可分为时域水印嵌入算法和变换域水印嵌入算法。最低有效位编码和回波数据编码水印嵌入方法[6]、通过轻微修改采样数据幅度嵌入水的方法[7] 属于空域音频水印算法。而文献[6] 提出的傅立叶变换域音频信号相位编码水印嵌入方法和扩展频谱技术嵌入水印的方法，文献[8] 提出的利用人的听觉系统(HAS)特性产生和嵌入水印的方法以及基于子波变换的水印嵌入方法[5] [9] 都属于变换域音频水印算法。
视频水印可以看作图像水印的扩展。DCT,DWT,DFT域的图像水印算法几乎都可以用到视频水印中[10，11，12]。
三、档案馆的数字化
档案馆虽然是收集、保护、利用档案的重要场所，但由于种种原因，我国大部分档案馆存在以下情况：(一)受技术、资金和场地的限制，档案保管条件差，有些档案面临氧化与霉变的问题；(二)档案管理手段落后，为了安全原因，档案馆长期封闭，不对外开放，不能为外界所见、所用，因此利用率不高。为了更好地保护档案，实现资源共享，充分实现档案馆的社会效益、经济效益，可以借助数字化手段和虚拟现实技术对档案馆进行改造，建成数字档案馆和虚拟档案馆。档案馆的数字化可理解为把档案馆的收藏、陈列、展览等功能，用数字化的方式表现出来，以强调展示性、主动性，反映设计者的知识体系、教育性，吸引使用者的好奇心。数字化技术可以使人们更好的利用档案馆和保护文物，文物存储形式可以多样化，如：文字、图像、声音、视频、三维模型等多种形式；减少保养费用；使珍贵档案文物不会因年久而失色霉变；而且，由于数字技术为数字作品的传播提供了便利条件，通过网上展示可以方便使用者，使档案馆更好的传播历史，传播文化。
四、数字档案的数字水印保护
数字化技术为档案馆带来一系列方便和好处的同时，也产生了数字档案的保护问题。由于数字化产品可以毫无损失的复制、存储，甚至重新生成，从而数字档案的非法获取也更为容易。这就迫切地需要对这些数字化的档案进行有效的保护。数字化档案馆是集文档、图像、音频、视频等多种媒体信息于一身的数字化工程。所以对档案馆中数字化的档案进行版权及完整性保护，需要综合应用多种数字水印技术，为此我们设计了三种水印即标注水印、封条水印和认证水印。标注水印也叫可见水印，是用一些特殊的符号或文字来表明该档案的出处和归属的如图1所示。
图1 标注型水印
可以看出，标注型水印的嵌入轻微地影响了档案的视觉效果，但它并不影响档案的使用，它是直接在数字档案上加上特殊的文字或图表，用来明确标识出此档案的出处和归属。封条水印就相当于纸质档案袋上的封条，是用来保护数字档案的完整性和原始性的如图2所示。
(a)原始档案(b)封条水印图案
(c)嵌入了封条水印的数字档案
(d)被篡改了的数字档案
(e)封条水印的验证
图2 封条水印的嵌入及验证
图2中(a)为原始档案，(b)为封条水印，(c)为嵌入了封条水印的档案，从视觉上我们无法看出它与原始档案的差异。(d)为遭到篡改的档案，原始档案中的“李蒸”被换为“李知”，(e)为利用我们的水印系统进行检测的结果，系统非常清楚地给出了档案被改动的结论并且精确地给出了改动的坐标，还用形象对比的方式给出了遭到篡改的地方，一目了然。因此我们可以用这种封条水印来保证档案的原始性和完整性。
认证性水印一般是不可见的，并且是鲁棒性的，用它来保护我们档案的知识产权，我们把认证水印嵌入到数字档案后，非法用户是不可能去除这种水印的，除非破坏地非常厉害以至于失去了利用价值，当它被非法使用或被篡改后再使用时我们可以检测到嵌入的水印，从而证明并保护我们的产权。
而认证水印经过JPEG压缩、镜像、旋转和剪裁、噪声等攻击后，水印依然可以提取出来。应用鲁棒水印，可以对数字档案的所有权进行有效的保护，防止数字档案被任意复制、非法使用等，起到了版权保护的作用。如图3所示。(a)是原教育部长陈立夫的题字，(b)为认证水印图案，(c)为遭到严重攻击的带有数字水印的数字档案，(d)为被攻击的数字档案所提取的水印。尽管档案被破坏的很严重，但它里面还是隐含着我们嵌入的水印，对比提取的水印图案，效果还是很好的，完全可以证明原档案的作者和所有权。关于数字档案的保护，我们可以采用这三种水印相结合的方法，既有可见的标注水印，又有不可见的认证水印和封条水印。标注水印作为明显的、直接的标识来区分和保护我们的档案，用封条水印来保证完整性，用认证水印来保护我们的版权。在使用多重水印时还要注意它们的关系和嵌入的次序，以避免它们之间的干扰，一般来讲首先嵌入的应该是标注水印，其次是认证水印，最后是封条水印，封条水印嵌入后就不允许再改动。
五、结论
本文首先对数字水印技术和档案馆的数字化进行了介绍。接着对档案馆数字化可能带来的问题——数字档案的原始性、完整性和版权保护进行了分析，并就数字水印在这方面的应用进行了探讨。然后对我们在这方面所作的工作进行了简介，并给出了相应实例。档案馆的数字化是一项浩大的工程，用数字水印对数字档案的产权和内容完整性进行保护的工作也还处于探讨阶段。还有很多工作值得研究，如：怎样把文本、图像、音频、视频、三维模型的水印算法整合到一个系统下，怎样充分发挥用于版权保护的认证水印和用于内容完整性控制的封条水印的各自优点，同时减少甚至避免多重水印之间的相互干扰等，都有待进一步研究。