(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210174825.X (22)申请日 2022.02.10 (71)申请人 南京信息 工程大学 地址 210044 江苏省南京市浦口区宁六路 219号 (72)发明人 梁秀健　佘康伟　江怡　付章杰　 陈北京　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 陈月菊 (51)Int.Cl. H04L 9/32(2006.01) H04L 9/40(2022.01) G06V 10/762(2022.01) G06K 9/62(2022.01)G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) (54)发明名称 一种基于多攻击生成媒体内容感知哈希的 数字水印方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于多攻击生成媒体内 容感知哈希的数字水印方法， 包括： 生成模拟的 失真副本以及相应的中间哈希； 组成用于表示中 间哈希在一定的虚拟失真和攻击下的分布情况 的虚拟先验哈希空间； 利用二值多视图聚类进行 哈希质心的最优估计， 得到基于聚类的多攻击参 考哈希； 迭代优化， 比较每个原始图像最近相邻 的经过内容保存攻击的哈希码与其相应聚类质 心的汉明距离， 生成相应的参考哈希码； 嵌入多 水印序列， 生成二值密钥序列； 构造虚拟先验的 信息集； 在虚拟先验数据集上进行图像认证， 密 钥提取数字水印序列， 经过内容保留操作， 利用 原始图像数据和内容， 判断图像内容是否被篡 改。 本发明具有鲁棒性强、 准确率高和不可感知 性强等优点。 权利要求书4页 说明书11页 附图7页 CN 114244538 A 2022.03.25 CN 114244538 A 1.一种基于多攻击生成媒体内容感知哈希的数字水印方法， 其特征在于， 所述数字水 印方法包括以下步骤： S1， 利用发送端已有的先验信息， 对原始图像应用虚拟先验攻击以生成模拟的失真副 本以及相应的中间哈希； S2， 训练步骤S1中的失真副本及相应的中间哈希， 并将原始图像及其失真副本的哈希 表示到二 维空间中， 组成用于表示中间哈希在一定的虚拟失真和攻击下的分布情况的虚拟 先验哈希空间； S3， 利用二 值多视图聚类进行哈希质心的最优 估计， 得到基于聚类的多攻击参 考哈希； S4， 迭代优化， 比较每个原始图像最近相邻的经过内容保存攻击的哈希码与其相应聚 类质心的汉明距离， 生成相应的参 考哈希码； 嵌入多水印序列， 生成二 值密钥序列； S5， 采用基于哈希的篡改检测方法的相关数据集， 对原始图像进行虚拟先验畸变和攻 击， 构造虚拟先验的信息集； S6， 在虚拟先验数据集上进行图像认证， 密钥提取数字水印序列， 经过内容保留操作， 利用原始图像数据和内容， 判断图像内容是否被篡改； 如果认证失败， 转入步骤S4， 否则， 结 束流程。 2.根据权利要求1所述的基于多攻击生成媒体内容感知哈希的数字水印方法， 其特征 在于， 步骤S1中， 所述对原始图像应用虚拟先验攻击以生成模拟的失真副本以及相应的中 间哈希的过程包括以下子步骤： 对原始图像依次执行预处理、 虚拟先验攻击、 鲁棒特征提取、 特征压缩后处理， 得到模 拟的失真副本以及相应的中间哈希； 虚拟先验攻击类型包括加性噪声、 模糊和压缩。 3.根据权利要求1所述的基于多攻击生成媒体内容感知哈希的数字水印方法， 其特征 在于， 步骤S2中， 组成虚拟先验哈希空间的过程包括以下子步骤： S21， 构造初始虚拟先验攻击哈希空间， 通过复合伪造检测的CNN架构， 学习在图像伪造 过程中发生多攻击的统计变化； 对于篡改的检测， 采用混合的CNN ‑LSTM模型来捕捉操纵区 域和非操纵区域之间不同的特 征定位； S22， 将原始图像及其失真副本的哈希表示到二维空间中， 得到多哈希簇， 多哈希簇用 于表示中间哈希在一定的虚拟失真和攻击下的分布情况； S23， 考虑所有训练对象的总重构误差， 根据下述公式计算得到矩阵形式的最小化问 题：    （1） ； 式 （1） 中， 是矩阵最小化函数； 为潜在多攻击矩阵； 为共享的潜在多攻击特 征表示； 矩阵 为基矩阵， 用于将输入的多攻击特征映射为相应的潜在特征； 参数 ， 是用 于平衡有效性 的非负权重向量； 表示矩阵的F ‑范数的平方， 即矩阵元素绝对值 的平方 和， 求矩阵F ‑范数目的是得到矩阵到原点的距离； 是基矩阵在经过潜在多攻击权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114244538 A 2后的得到的调整特 征矩阵的平方， 表示求基矩阵F ‑范数的平方； S24， 测量所有数据的方差， 并将其作为 正则化项：     （2） ； 式 （2） 中， 是正则化方差函数， 是用于使数据方差正则化的非负常数参数， 是潜在多攻击特 征矩阵数据方差矩阵F ‑范数的平方。 4.根据权利要求3所述的基于多攻击生成媒体内容感知哈希的数字水印方法， 其特征 在于， 步骤S3中， 基于聚类的多攻击参 考哈希的目标函数 表示为：     （3） ； 式 （3） 中， 表示聚类质心， 表示权重指标； 是一个用于平衡目标函 数有效性的非负 权重向量； k表 示聚类质心的行， l表 示聚类质心矩阵的列， 同时也表示权重 指标矩阵的行， n表示权重指标矩阵的列； 表示聚类后的初步多攻击参考哈希值 矩阵F‑范数的平方； 基于聚类的多攻击参 考哈希的优化公式为：     （4） ； 式 （4） 中， 目标函数同时学习特 征表示 、 映射矩阵 、 聚类质心 和权重指标矩阵G。 5.根据权利要求4所述的基于多攻击生成媒体内容感知哈希的数字水印方法， 其特征 在于， 步骤S4中， 迭代优化， 比较每个原始图像最近相 邻的经过内容保存攻击的哈希码与其 相应聚类质心的汉明距离， 生成相应的参 考哈希码的过程包括以下步骤： S411， 固定除了优化目标之外的所有变量， 将优化问题公式(4)简化 为式 （5） ：     （5） ； 式 （5） 中， 表示优化非目标变量的函数， 表示目标变量的转置矩阵， 表示求共 享的潜在多攻击矩阵的转置矩阵， 表示将求共享的潜在多攻击矩阵与基矩阵 各自与其 转置矩阵相乘后的结果再相乘得到的矩阵的迹； S412， 设置导数 ， 得到：     （6） ；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114244538 A 3