（1）水印仲裁

在发生版权纠纷时第三方对水印真伪进行鉴别的过程。该过程主要由计算过程和比较过程两大部分组成。当某作品需要仲裁时，待仲裁作品的所有者需向仲裁者提供水印（如果是非盲提取水印方案，则所有者还需向仲裁者提供原作品）。仲裁者由计算过程从待仲裁作品中计算出待仲裁作品的特征值W^' ，然后由比较过程将原作品特征值 W和待仲裁作品特征值W^' 相比较，根据其相似情况与阈值相比较得出仲裁结果。这里所指的特征值在大多数情况下是指水印本身，而特征值的比较则为水印相关性的测量。某些水印方案的特征值为由水印等信息计算出的一个统计量，对应的特征值的比较则为一个最大似然检测器。

（2）解释攻击

属于协议层的攻击，它以设计出一种情况来阻止版权所有者对所有权的断言为攻击目的。最初的解释攻击是针对不可见和非盲（需原作品）水印的仲裁阶段进行的。这样的水印在仲裁时，仲裁者根据待仲裁作品与原作品的差别来对水印进行仲裁。这样的仲裁过程存在着一种漏洞，解释攻击者正是利用了这一漏洞对数字水印的仲裁过程进行攻击，使得仲裁者无法对作品的所有权做出正确判断。

最简单的解释攻击过程如下：

① 作者 A创作出作品 Pa，然后编码并注册一个水印Wa，得到嵌有水印的作品P_a^*= Pa+Wa并将其公开。

②当发生版权纠纷，需要对P_a^* 进行仲裁时，A向仲裁者J提供Pa和Wa，J根据 P_a^*, Pa和Wa执行仲裁水印过程，从而确定P_a^* 中是否嵌有 A的水印Wa。

③攻击者B编码并注册另一个水印Wb，然后声明 P_a^* 是他的作品，并且向仲裁者提供原作品 Pb = P_a^* －Wb

④仲裁者 J得出如下结论：

若 A为原作者， Pa为原作品， P_a^* 上嵌有水印Wa， Pb上嵌有水印Wa－Wb。

若 B为原作者， Pb为原作品， P_a^* 上嵌有水印Wb， Pa上嵌有水印Wb－Wa。

以上两种结果完全对称。这样， J就无法通过鉴别确定 P_a^* 上所嵌入的水印是 Wa还

是Wb，所以也就无从区分版权所有者是 A还是B，引起无法仲裁的版权纠纷，解释攻击成功。

（3）抗解释攻击解决方案

通过对解释攻击成功的原因进行分析，发现大多数不可见、需原图的数字水印方案主要有以下三方面的不足：首先，大多数水印方案没有提供本质的方法来检测两个水印中哪一个是先加上去的；其次，由于水印注册时仅仅对水印序列进行了注册，而没有对原作品进行注册，使得攻击者可以伪造原作品；第三，由于水印嵌入方案具有可逆性，为伪造水印提供了条件。从以上三个方面的不足出发，可以对原有水印方案进行改进，增强对解释攻击的稳健性。

目前，由解释攻击所引起的无法仲裁的版权纠纷的解决方案主要有三种：第一种方法是引入时戳机制，从而确定两个水印被嵌入的先后顺序；第二种方法作者在注册水印序列的同时对原始作品加以注册，以便于增加对原始图像的检测；第三种方法是利用单向水印方案消除水印嵌入过程中的可逆性。其中前两种都是对水印的使用环境加以限制，昀后一种则是对解释攻击的条件加以破坏。下面将对这三种解决方案的具体实现以及各自的优劣特性作具体的描述。

①时戳机制

在加密术中，时戳机制主要用于数字签名，以防止某些只能使用一次的签名文件被重复使用或对签名的否认。在数字水印嵌入过程中，如果合理使用了时戳机制，就能够轻易判定哪一个水印是被先添加上去的，也就解决了解释攻击所引起的版权纠纷无法判决的问题。在这种情况下，时戳所起的作用只是要证明作者在某个时间之前为作品加入了水印，而无须证明水印是在哪个时间之后被加入的。

由于个人难以产生可信的时戳，因此利用时戳机制来解决解释攻击问题，首先必须存在一个可信的时戳服务中心TSS。下面是作者 A向作品 P中添加含时戳水印一个例子的具体过程：

作者 A创作出作品 Pa；

A生成并注册一个水印 Wa；

A根据 Pa和Wa生成水印作品 P_a^* ；

A计算 Q=h( P_a^*)；

A对 Q签名 Siga(Q)；

A将（Q,Siga(Q)）发送给 TSS；

TSS对T =(Q,Siga(Q),T)签名 Siga(T ),并将（ T ,Siga( T )）发送给 A；

A将（Ta,Siga( Ta)）嵌入 P_a^* 中生成 P_a^*' ,并将 P_a^*' 作为昀终版本在网络中传播。

由于用于版权保护的水印要求具有一定的稳健性，因此向 P_a^* 中加入（Ta,Siga( Ta)）不会影响水印 Wa的检测，这样，当发生纠纷时，提取出的（ Ta,Siga( Ta)）能够证明A是在时间 T之前产生水印作品 P_a^* 的，即水印 Wa是在时间T之前被嵌入作品 Pa的。而攻击者 B得到传播中的 P_a^* ，并创作出伪造作品的时间必然滞后于 T，这样就无法成功地进行解释攻击。

这种利用时戳机制来解决解释攻击所引起的无法仲裁的版权纠纷在理论上是可行的。但由于 A要向 P中添加的信息除水印 W外，另外增加了水印作品 P_a^* 的哈希值 Q， A对 Q的签名Siga(Q)，时间 T，以及 TSS对（Q,Siga(Q),T）的签名，这样对于一些较小作品可能会引起大的失真。另外，这些信息的加入对水印Wa的稳健性也会有一定影响，而Wa的稳健性正是抵抗解释攻击首先要予以保证的。因为，如果无法检测出 Wa，那么

时戳机制的使用也就失去了意义。

②公证机制

利用公证机制来解决解释攻击引起的版权纠纷，主要是指作者 A在注册水印序列 Wa的同时，也将原始作品 Pa进行注册，在这样一种机制下，攻击者 B也必须对他的水印Wb

和伪造原始作品 Pb进行注册。发生版权纠纷时，当经过图 5-19所示的过程无法判定作品 P_a^* 的所有权时，作者 A可以要求仲裁者 J对双方的原始作品进行检测。如果在攻击者 B的伪造原始作品 Pb中能够检测出攻击者的水印Wa，而在作者 A的原始作品 Pa中无法检测出攻击者的水印Wb（如图 5-20所示），则可以证明攻击者的伪造原始作品是由作者的原始作品修改得出的。

在图 5-20所示的情况下，公正机制有效的阻止了解释攻击。但是，在相当多的情况下，攻击者 B可以构造水印Wb和原始作品 Pb，使得在 Pa中能够检测出Wb，这样就将版权纠纷又一次引入无法仲裁的状态之中，因此，简单的采取对水印序列和原始图像注册公证的机制并不能彻底解决由解释攻击引起的无法仲裁的版权纠纷。另外，这种公证机制要求作者对每一份原始作品都进行注册，不仅需要一个庞大的数据库，更需要复杂的协议来保证公证机构的绝对安全，其代价是相当大的。

③单向水印机制

考察解释攻击的第三步“攻击者 B编码并注册另一个水印Wb，然后声称 P_a^* 是他的作品，并且向仲裁者提供原作品 Pb = P_a^* －Wb ”。可见解释攻击能够获得成功的一个关键因素是，攻击者 B能够通过从 P_a^* 中提取水印Wb来达到生成伪造的原作品的目的。如果水印的嵌入机制具有单向性，那么必定为攻击者伪造原作品造成很大的困难。反之，如果水印方案是可逆的，攻击者就一定可以对其进行攻击。

一个单向水印方案实现过程的描述如下：

作者 A创作出作品 Pa，注册水印序列Wa={ wa1 wa2 ，…, wan}；

作者 A使用某种方案得到一个允许嵌入水印长(,)为 n的序列 S={ s1， s2 ,…, s }；

作者 A使用一个单向哈希函数 H计算出作品的 n位哈希值 H={ h1, h2 ,…, h }，其中有 k位为“1”；

对所有 si (0<i<n+1)作如下处理：若 si为第 j(0<j<k+1)个 hi =1的位，计算 s_i ^*= si +(1+λwaj )；若 si为第 t(0<t<nk+1)个 hi =0的位，计算 s_i ^*= si +(1+λwak t )；

以序列 S^* ={ s₁^* , s₂^* ,…, s_n^*}代替序列 S，生成水印作品 P_a^* 。

由于该水印方案需要原始作品 Pa来生成序列 S才能完成水印的嵌入，即只有已知原始作品才能够嵌入水印，同样，已知原始作品才能够提取水印。这样攻击者就无法使用同样的方法直接从 P_a^* 中提取Wb而逆向生成伪造的原作品 Pb。其中 λ为水印镶嵌的强度参数。

单向数字水印具有以下一些优点：

可以对抗逆镶嵌水印伪造攻击，因此在密码学意义上有较强的安全性。

用户的水印码字可以公开，这样就不需要对仲裁者严格要求或一些复杂的安全协议。

数字水印的镶嵌与鉴别过程方便，版权所有者可以独立的添加水印而不需要履行登记手续，鉴别时也不需要在数据库中查找原因。