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数字音频主动取证技术研究

刘正辉  
【摘要】:高速网络的发展和以数字信息为内容的硬件设备爆炸式增加,使数字信息(数字图像,数字音、视频,数字文本等)的接触者和用户越来越多,分布几乎遍布世界的每个角落。数字信息为人们的生活提供了便利,如人们可以方便快捷地上传自己的数字作品(数字录音、数码照片等),下载自己需要的数字多媒体内容。这些在丰富了人们日常生活的同时,对数字信息所受到的来自多方面的威胁也让人们心存忧虑。个人电脑的普及和操作简便的多媒体编辑工具的日益丰富,使对多媒体信息的篡改、伪造变的更容易。对数字多媒体而言,攻击者几乎可以在没有成本开销的情况下完成不被人们察觉的攻击,破坏多媒体信息的真实性和完整性,以达到不可告人的目的。最近频繁出现的数字内容伪造事件,降低了数字多媒体信息的公信度。对数字多媒体数据取证问题的研究已成为多媒体信息安全的研究热点。基于数字音频信号在电话通讯,新闻报导等方面的广泛应用,以及验证音频信号真实性和完整性的实际需求,本文以数字音频信号为对象,对数字音频信号主动取证技术进行了研究。具体工作如下:1、基于内容的数字水印方法提供了一种音频内容取证方案,然而该方法存在特征分析替换攻击的安全隐患。为了提高此类算法的安全性,提出了一种基于伪Zernike巨的抗特征分析替换攻击的数字音频主动取证算法。以音频信号伪Zernike矩为特征生成水印,通过量化音频信号样本值的方法将水印嵌入在伪Zernike矩中。该算法具有基于内容的数字水印方案存在的优点,且提高了算法的安全性。同时,对于恶意攻击,本算法能够有效地篡改检测。2、语音信号系数自相关度是语音信号自身的一个特征,反映了系数的自相关程度。实验验证了语音信号系数自相关度具有效率高、对恶意攻击的脆弱性和对信号处理的鲁棒性等特点。以语音信号系数自相关度为特征,提出了一种数字语音主动取证算法,给出了基于内容的抗插入、删除等去同步攻击的方法。与基于同步码的抗去同步攻击的方案相比,该方法减少了含水印信号的负载,提高了算法的安全性。3、与其它止交矩相比,如Zernike矩、伪Zernike矩等,贝塞尔-傅立叶矩具有效率高、鲁棒性强等优点,而这些优点弥补了目前基于Zernike矩和伪Zernike矩的数字水印算法存在的不足。于是,给出了离散信号贝塞尔-傅立叶矩的定义和快速计算方法,分析了语音信号贝塞尔-傅立叶矩的性质,以及基于公开特征的数字水印算法存在的安全隐患。然后,基于贝塞尔-傅立叶矩,提出了一种相对安全的数字语音主动取证算法。本算法比基于公开特征的语音取证算法有更高的安全性,同时和基于Zernike矩和伪Zernike矩的水印嵌入算法相比,本算法提高了水印嵌入的效率和嵌入容量。4、为了提高云储服务中密文数据的安全性,给出了可恢复的密文域语音主动取证算法。提出了能量比的定义,分析了其性质。本算法中,首先将语音信号置乱,对置乱后的密文进行水印嵌入,然后将含水印的密文上传到云存储服务中。用户下载密文数据后,首先进行篡改定位,对于篡改的位置通过替换的方法来近似恢复原始数据。实验结果表明,本算法提高了水印嵌入的安全性,对插入、删除等攻击具有篡改定位的能力,同时对于恶意攻击能够篡改恢复。


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