随着因特网的迅速发展和普及，多媒体信息得到了空前广泛的交流与应用，给人们的生产和生活带来了许多便利。但是，多媒体信息的安全问题也随之而来，比如盗用别人的电子产品并在网上传播；在电子商务中伪造或篡改票据；对数字图像等多媒体信息进行修改、替换以达到损害别人的目的等。因此，对多媒体信息的有效论证是保证信息安全的重要手段。

电子交易的可实施性是电子商务要解决的最主要和最基本的问题。电子签名可以实现两个重要目标：排除电子商务的障碍；通过帮助建立参与者在网上从事商业活动所需要的信任和可预见性，实现并推动电子商务的适当的公共政策目标。

电子签名目前具备三个主要功能:数据来源认证:这可以用于认证信息来自于可疑的发送者;信息的完整性:有助于信息的接收者确定，在发送过程中，没有被有意或者随意地更改;不可否认性:发送者不能被否认信息的发送。

目前，存在几个方法可以有效完成上述功能。然而，基于公共公共密钥的密码系统的数字签名技术是目前被认为最普通、最可靠的技术。

数字签名是一种对多媒体信息进行论证的有效手段，它是由信息发送者对要传送的信息进行某种处理的，任何人都无法知道的，用以论证信息的来源并核实信息是否发生了变化的一段字符串。数字签名的基础是密码学。

数字水印技术近年来逐渐成为知识产权保护的主要手段，它是信息隐藏的一个重要分支，是通过在原始资料中嵌入一些有特殊意义的信息，如文字，序列号，公司标志，声音等，用以识别多媒体信息的作者，版权所有者、发行者，合法使用人对数字产品的拥有权等，并携带有版权保护信息和论证信息。

信息隐藏技术与传统密码学有本质的区别，传统密码学是将明文加密成密文，使信息不可理解，是隐藏了信息的内容；而信息隐藏技术着重隐藏了信息的存在。数字水印技术和数字签名各有优势和不足。数字签名容易受到攻击，而数字水印的安全度不高。如果将数字水印和数字签名有机结合起来，以之为基础构成一种新的水印方案，其安全性、可性度、论证精度都将会大大地提高，这无疑将是多媒体技术研究发展的一个很有前途的方向。

一、结合数字签名与数字水印的方案

把数字签名作为水印隐藏在图像中，数字签名方法用DSA（Date Signature Algorithm），数字水印方法用DCT（discrete cosine transform即离散余弦变换）。DSA签名是基于离散对数问题的数字签名标准，虽说它仅提供数字签名，不提供数据加密功能，但它具有算法简便实用，易实现等优点。而考虑用DCT是由于离散余弦变换是实变换，它具有良好的能量压缩能力，而且可以利用人的视觉系统（HVS）在DCT域内的特性。

在应用DSA之前先对其做一个简要说明：

如果要对一个消息x进行签名，可选取一个随机值k，且p, q,а和β公开，α保密（其中p是512比特的素数，q是一个整除p－1的160比特的素数,а是模p的q次单位根。α作为私钥,β作为公钥）。定义k={(p, q ,а, α, β):β=aα(modp)},对于Κ和一个秘密随机数k,1≤k≤q-1,对信息x的签名结果如下:

sigK(x,k)=(γ,δ)　　　　　　　　　　　　　 　 (1)

γ和δ即是对信息x的签名。

γ=(аkmodp)modq　　　　　　　　　　　　　　　　(2)

δ=(x+αγ)k-1modq (3)

签名是否为真通过下式来验证,

e1=xδ-1modq (4)

e2=γδ-1modq (5)

verK(x，γ,δ)真　　　 (ae1βe2modp)modq=γ (6)

举例说明如下:

如p=83,q=41,а=2,β=4。另给出α=2(可以由信息发送者的身份信息构造而成)，取k=20,应用上面的方法，对一个信息x (可以是一幅图像作品的版权序列号等，如取为39)进行签名得签名信息为:sigK(x,k)=(37,20), 将之代入(6)式，可以验证签名为真。

将签名的一些信息写入一个64×64的二值图像中，将之作为水印图像嵌入到一个名为Peppersr的512×512标准真彩图像中。具体方法如下：

(1)将数字签名的一些已知参数p,q,а,β及对信息x的签名(γ,δ)写入到一个64×64的二值黑白图像中，私钥α及随机数k可以由信息发送者身份识别的信息构成，信息x可以是一幅版权图像的序列编号构成。

(2)读取原始图像和黑白水印图像到二维数组I与J。

(3)将原始图像I分割为互不覆盖的图像块blockL(x,y),1≤x,y≤8,L=1,2…,M*M/64,对blockL(x,y)进行DCT变换，得到dct-blockL(u,v)。

(4)取黑白水印图像中的一个元素J(p,q)嵌入到原始公开图像块的DCT的低频系数中。

(5)对嵌入了水印信息后的图像块dct-blockL(u’,v’)进行反DCT变换，得到blockL(x’,y’)。

(6)合并图像块，得到嵌入了黑白水印后的图像。

水印提取算法与水印嵌入算法类似，不再赘述。

接收方收到含水印的图像后，从中提取水印得到签名信息，用发信方给的私钥α和秘密数k验证签名的真实性，从而可辨别作品的真伪（假设原始图像Peppers为一版权作品）。

　二、实验结果

下图为水印的嵌入与提取图，程序的实验环境为MATLAB6.1。

从上图可得知:嵌入了水印后载体图像跟原始图像基本上无明显差异，即该水印图像的透明性良好，且在嵌入水印后的图像未受攻击的前提下，从中提取出的水印图像非常清晰。信息接收者应用我的水印提取算法可方便地得到签名信息，然后再用我给他的密钥可以验证此真彩图的真伪。

三、结论

该方法较好地结合了数字签名和数字水印技术各自的优势，实现了对多媒体信息双重保护的功能，提高了论证精度。不过所使用的DSA签名法仅提供数据签名，不提供数据加密功能，且该水印方案抵抗攻击的能力不是太强。进一步提高水印的抗攻击能力和改进DSA算法将是今后研究的方向。