摘要：其實(shí)隱藏文件和盲水印都屬于圖片隱寫(xiě)術(shù)。圖片隱寫(xiě)術(shù)隱寫(xiě)術(shù)也是數(shù)字水印的一種應(yīng)用，雙方可利用隱藏在數(shù)字信號(hào)中的信息進(jìn)行溝通。圖片隱寫(xiě)術(shù)只是其中一種，有興趣的同學(xué)可以看下面這本書(shū)。

盲水印

一、演示

首先看 這是一張女朋友

解碼水印

接下來(lái)我們輸入一行神奇的命令:

python bwm.py --action decode --origin Demo.jpg --im ../Gakki.jpg --result res.jpg

可以得到這樣的一張圖:

以后誰(shuí)再跟你搶女朋友就可以這樣聲明版權(quán)了嘿嘿.

(腳本和原圖都在最后的附錄里 有興趣的朋友只需要將上面的圖片保存為Demo.jpg附錄里的原圖保存為Gakki.jpg 就可以解碼出上面的信息)

加密水印

通過(guò)今天的方法你可以將信息放入任意圖片來(lái)達(dá)到加密信息的目的.

附錄里的腳本 加密用法:

python bwm.py --action encode --origin Gakki.jpg --im wm1.png --result Demo.jpg --alpha 2

二、用途

上面 的水印就叫做盲水印，隱藏式的水印是以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的方式加入音頻、圖片或影片中，但在一般的狀況下無(wú)法被看見(jiàn)。隱藏式水印的重要應(yīng)用之一是保護(hù)版權(quán)，期望能借此避免或阻止數(shù)字媒體未經(jīng)授權(quán)的復(fù)制和拷貝。

1.不同人加相同水印

聲明版權(quán)

應(yīng)用案例：

• 某些畫(huà)師、攝影師、設(shè)計(jì)師會(huì)在其作品中加入水印。

13年左右有位自稱(chēng)是“超寫(xiě)實(shí)主義”的畫(huà)家，聲稱(chēng)自己純手工畫(huà)的畫(huà)寫(xiě)實(shí)程度可以超過(guò)攝影機(jī)，并開(kāi)辦培訓(xùn)班斂財(cái)。

后被一位加了盲水印的攝影師戳穿，原來(lái)其“畫(huà)作”都是直接將照片用ps處理成手繪質(zhì)感的圖。

• 淘寶防盜圖功能

淘寶賣(mài)家圖會(huì)被淘寶自動(dòng)打上水印，如果有別的賣(mài)家存圖作為自己的圖上傳會(huì)被檢測(cè)出。

2.不同人加不同水印

將某份保密數(shù)字資料發(fā)送給不同人時(shí)，可加上不同標(biāo)識(shí)，如果資料被復(fù)制、傳播可根據(jù)解碼出的唯一標(biāo)識(shí)來(lái)追究責(zé)任人。

應(yīng)用案例：

• 電影剛剛公映時(shí)，每個(gè)影院，影廳的 電影底片里都會(huì)加入不同的不可見(jiàn)水印， 如果電影流出，就可追究相關(guān)影院責(zé)任。
• 阿里，華為等公司內(nèi)部論壇、平臺(tái)會(huì)在HTML頁(yè)面中加入足夠數(shù)量 及不被發(fā)現(xiàn)的唯一標(biāo)識(shí)。當(dāng)有內(nèi)部敏感信息通過(guò)截圖等方式流出，也可追蹤到個(gè)人。

比如著名的“阿里月餅門(mén)”。

三、原理

原理圖

傅里葉變換

• 簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)下傅里葉變換

傅里葉變換簡(jiǎn)單地說(shuō)就是將信號(hào)在時(shí)域或空域的函數(shù)轉(zhuǎn)變到頻域表示，在和工程學(xué)中有許多應(yīng)用。因其基本思想首先由法國(guó)學(xué)者約瑟夫·傅里葉系統(tǒng)地提出。

• 再理解下時(shí)域和頻域

那么，傅里葉變換有什么用呢，

• 先在紙上畫(huà)一個(gè)sin（x），不一定標(biāo)準(zhǔn)，意思差不多就行。不是很難吧。
• 好，接下去畫(huà)一個(gè)sin（3x）+sin（5x）的圖形。這個(gè)就很難能畫(huà)得出來(lái)。

現(xiàn)在把sin（3x）+sin（5x）的曲線(xiàn)給你，只看圖是看不出這整個(gè)曲線(xiàn)的方程式是怎樣的，現(xiàn)在需要將把sin（5x）從圖里拿出去，看看剩下的是什么。這基本是不可能做到的。

但是在頻域呢？則簡(jiǎn)單的很，無(wú)非就是幾條豎線(xiàn)而已。

這是最簡(jiǎn)單的一種用法，其他復(fù)雜用法不在此贅述。

頻譜圖

一維信號(hào)的變換理解之后，那么圖像的頻譜圖長(zhǎng)什么樣呢。

圖片中明亮的部分就是低頻（平緩）部分，暗點(diǎn)的是高頻（突變交界）部分。一般為了展示會(huì)把頻譜圖低頻的部分移到中心。頻譜圖上的點(diǎn)跟原圖不存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，頻譜圖的每一點(diǎn)都來(lái)自于全部的圖像（類(lèi)似于時(shí)域曲線(xiàn)的點(diǎn)，和頻域圖的點(diǎn)）。

這樣可能還不夠直觀(guān)，接下來(lái)看這張圖。

這是一張400x400的圖，共有16 萬(wàn)個(gè)像素點(diǎn)。

我們平時(shí)怎么來(lái)表示一張圖片呢，首先是在笛卡爾坐標(biāo)系中用xy來(lái)定位某一確定的點(diǎn)。那么，我們?cè)趺磥?lái)描述這個(gè)點(diǎn)呢？

我們知道，所有的色彩都是由三原色組成。生活中經(jīng)常說(shuō)的紅、黃、藍(lán)（青），其實(shí)是一種消減型的三原色，光學(xué)中的三原色是紅、綠、藍(lán)，也就是R、G、B。

通常我們用來(lái)描述圖像點(diǎn)的方法就是RGB的值，其實(shí)圖像處理中用的是灰度（Gray scale）來(lái)表示圖片，但是為了便于理解，下面用的是RGB演示 。

上圖是截取了某一行RGB的值做成的曲線(xiàn)圖，可以看到，每條曲線(xiàn)都在不停的上下波動(dòng)，且波動(dòng)的頻率是相同的。有些區(qū)域的波動(dòng)比較小，有些區(qū)域突然出現(xiàn)了大幅波動(dòng)。

對(duì)比一下圖像就能發(fā)現(xiàn)，曲線(xiàn)波動(dòng)較大的地方，也是圖像出現(xiàn)突變的地方。

圖像的頻譜可以理解為將一維的頻譜繞著縱軸旋轉(zhuǎn)一圈，形成一個(gè)3維的數(shù)學(xué)函數(shù)圖（原圖中心對(duì)稱(chēng)、鏡像對(duì)稱(chēng)才可以這樣干，其他類(lèi)似），x、y軸代表兩個(gè)方向的頻率，z軸代表該頻率的幅值，只不過(guò)頻譜圖像是一個(gè)2維圖，所以用亮度來(lái)表示幅值了。

二維傅里葉變換的物理意義是將圖像的灰度分布函數(shù)變換為圖像的頻率分布函數(shù)。

盲水印的特性

魯棒性一般要能抗（壓縮 、裁剪、涂畫(huà)，旋轉(zhuǎn)）。

1. 隱蔽性

由于不希望被察覺(jué)、不希望干擾用戶(hù)體驗(yàn)、不希望被模仿等等原因，我們的水印不可見(jiàn)，也就是隱匿性。

1. 不易移除性

不易移除性跟魯棒性有些相似， 不同的是：

魯棒性更加強(qiáng)調(diào)的是數(shù)字資源在傳播過(guò)程中不要被不自覺(jué)地干擾和破壞。

不易移除性是在別有用心者察覺(jué)了盲水印的存在后，不被他們自覺(jué)地移除或者破壞。

1. 強(qiáng)健性

強(qiáng)健性通常也被稱(chēng)作魯棒性，來(lái)自于其英文名稱(chēng)（Robustness）的音譯。

簡(jiǎn)單地說(shuō)就是耐操性。

需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，魯棒性和隱蔽性通常不可兼得。

1. 明確性

沒(méi)什么可說(shuō)的，就是盲水印需要表示出明確的信息。

四、引申

圖種

例如這是一張相貌平平的圖片 你可以保存下來(lái)將后綴改為"rar"或者直接用解壓工具打開(kāi)就可以看到神秘福利.

|??ω?` )

制作方法也很簡(jiǎn)單在win下 入以下命令就可以做一張"圖種"了.

copy /b A.jpg + B.zip C.jpg

大約十年以前，圖種被廣泛上傳到論壇等地用來(lái)傳播資源。后來(lái)由于許多網(wǎng)站在上傳圖片時(shí)會(huì)判斷圖片結(jié)尾標(biāo)識(shí)，其之后的全部丟棄，慢慢不再有人使用。(https://sm.ms/這個(gè)圖床還是很給力的 經(jīng)測(cè)試還是可以解析種子)

隱藏文件

圖片可以跟種子文件結(jié)合，當(dāng)然也可以和其他文件結(jié)合。

其實(shí)隱藏文件和盲水印都屬于圖片隱寫(xiě)術(shù)。

圖片隱寫(xiě)術(shù)

隱寫(xiě)術(shù)（Steganography）也是數(shù)字水印的一種應(yīng)用，雙方可利用隱藏在數(shù)字信號(hào)中的信息進(jìn)行溝通。

數(shù)字照片中的注釋數(shù)據(jù)能記錄照片拍攝的時(shí)間、使用的光圈和快門(mén)，甚至是相機(jī)的廠(chǎng)牌等信息，這也是數(shù)字水印的應(yīng)用之一。

某些文件格式可以包含這些稱(chēng)為“metadata”的額外信息。

用途

規(guī)避敏感詞過(guò)濾

? 所謂的“敏感詞過(guò)濾”，常翻墻的同學(xué)，應(yīng)該都很熟悉了。用圖片來(lái)隱藏信息，可以規(guī)避GFW的敏感詞過(guò)濾。

規(guī)避肉眼審查

? 國(guó)內(nèi)的很多網(wǎng)站，對(duì)于上傳的圖片，都會(huì)進(jìn)行人工審查。如果能通過(guò)技術(shù)手段把信息隱藏在圖片中，而圖片本身又看不出什么異樣，人工審核就看不出來(lái)。

傳遞加密信息

? 不希望被別人看到的資料、信息等。

常見(jiàn)方法

原理

內(nèi)容覆蓋法

通常來(lái)說(shuō)，圖片文件都有包含2部分：文件頭和數(shù)據(jù)區(qū)。

而“內(nèi)容覆蓋法”，就是把要隱藏的文件，直接【覆蓋】到圖片文件的【數(shù)據(jù)區(qū)】的【尾部】。

比方說(shuō)，某圖片有 100KB，其中文件頭占 1KB，那么，數(shù)據(jù)區(qū)就是 99KB。也就是說(shuō)，最多只能隱藏 99KB 的文件。

切記：覆蓋的時(shí)候，千萬(wàn)不可破壞文件頭。文件頭一旦破壞，這個(gè)圖片文件就不再是一個(gè)合法的圖片文件了。 　　

使用這種方法，對(duì)圖片文件的格式，是有講究的——最好用【24位色的 BMP 格式】。

• BMP 格式本身比較簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)區(qū)隨便覆蓋，問(wèn)題不大；
• 24位色的 BMP 相對(duì)其它的格式 BMP，文件尺寸更大，可以隱藏更多內(nèi)容。

import sys

def embed(container_file data_file output_file) :
    """代碼沒(méi)有嚴(yán)格計(jì)算 BMP 的文件頭尺寸，只是大致預(yù)留了 1024 字節(jié)"""

    container = open(container_file "rb").read()
    data = open(data_file "rb").read()

    if len(data)+1024 >= len(container) :
        print("Not enough space to save " + data_file)
    else :
        f = open(output_file "wb")
        f.write(container[ : len(container)-len(data)])
        f.write(data)
        f.close()

if "__main__" == __name__ :
    try :
        if len(sys.argv) == 4 :
            embed(sys.argv[1] sys.argv[2] sys.argv[3])
        else :
            print("Usage:n%s container data output" % sys.argv[0])
    except Exception as err :
        print(err)

LSB最低有效位

很多商業(yè)軟件使用的原理都是這個(gè)方法。

例如在PNG圖片的儲(chǔ)存中，每個(gè)顏色會(huì)有8bit，LSB（Least Significant Bit）隱寫(xiě)就是修改了像數(shù)中的最低的1bit，在人眼看來(lái)是看不出來(lái)區(qū)別的，也把信息隱藏起來(lái)了。（每個(gè)像數(shù)可以攜帶3bit的信息。）

譬如我們想把’A’隱藏進(jìn)來(lái)的話(huà)，如下圖，就可以把A轉(zhuǎn)成16進(jìn)制的0x61再轉(zhuǎn)成二進(jìn)制的01100001，再修改為紅色通道的最低位為這些二進(jìn)制串。

最后

1. 附上前面演示代碼的實(shí)現(xiàn):

(參考了幾個(gè)git hub上的項(xiàng)目不過(guò)魯棒性都不太好)

ALPHA = 5

class BlindWaterMark(): """盲水印加解密，無(wú)頻移簡(jiǎn)單版""" def **init**(self): self.parser = ArgumentParser() self.parser.add_argument(--action dest=action required=True) self.parser.add_argument(--origin dest=ori required=True) self.parser.add_argument(--img dest=img required=True) self.parser.add_argument(--result dest=res required=True) self.parser.add_argument(--alpha dest=alpha default=ALPHA)

def encode(self ori_path wm_path res_path alpha):

   img = cv2.imread(ori_path)
   img_f = np.fft.fft2(img)  # 2維離散傅里葉變換

   height width channel = np.shape(img)
   watermark = cv2.imread(wm_path)
   wm_height wm_width = watermark.shape[0] watermark.shape[1]

   # 水印隨機(jī)編碼
   x y = range(height / 2) range(width)
   random.seed(height + width)   # 隨機(jī)數(shù)解碼時(shí)可控
   random.shuffle(x)
   random.shuffle(y)

   # 按目標(biāo)圖片大小 對(duì)水印圖進(jìn)行對(duì)稱(chēng)
   tmp = np.zeros(img.shape)  # 根據(jù)圖片形狀，生成0填充的矩陣

   for i in range(height / 2):
       for j in range(width):
           if x[i] < wm_height and y[j] < wm_width:
               tmp[i][j] = watermark[x[i]][y[j]]
               tmp[height - 1 - i][width - 1 - j] = tmp[i][j]

   res_f = img_f + alpha * tmp  # 原圖頻域值  +  水印頻域值
   res = np.fft.ifft2(res_f)      # 傅里葉逆變換
   res = np.real(res)  # 轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)

   cv2.imwrite(res_path res [int(cv2.IMWRITE_JPEG_QUALITY) 100])

def decode(self ori_path img_path res_path alpha):

   ori = cv2.imread(ori_path)
   img = cv2.imread(img_path)

   ori_f = np.fft.fft2(ori)
   img_f = np.fft.fft2(img)

   height width = ori.shape[0] ori.shape[1]
   watermark = (ori_f - img_f) / alpha

   watermark = np.real(watermark)
   res = np.zeros(watermark.shape)

   random.seed(height + width)

   x = range(height / 2)
   y = range(width)
   random.shuffle(x)
   random.shuffle(y)

   for i in range(height / 2):
       for j in range(width):
           res[x[i]][y[j]] = watermark[i][j]
           res[height - i - 1][width - j - 1] = res[i][j]

   cv2.imwrite(res_path res [int(cv2.IMWRITE_JPEG_QUALITY) 100])

def run(self):

   options = self.parser.parse_args()
   action = options.action
   ori = options.ori
   img = options.img
   res = options.res
   alpha = float(options.alpha)

   if not os.path.isfile(ori):
       parser.error("image %s does not exist." % ori)
   if not os.path.isfile(img):
       parser.error("watermark %s does not exist." % img)

   if action == "encode":
       self.encode(ori img res alpha)
   elif action == "decode":
       self.decode(ori img res alpha)

if **name** == **main**: bwm = BlindWaterMark() bwm.run()

2.隱寫(xiě)術(shù)是一門(mén)很深、應(yīng)用很廣泛的學(xué)問(wèn)，這里講的很泛，權(quán)當(dāng)做拋磚引玉。圖片隱寫(xiě)術(shù)只是其中一種，有興趣的同學(xué)可以看下面這本書(shū)。

本文作者：UCloud后臺(tái)研發(fā)工程師 Hughes Chen

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