本發(fā)明屬于用于圖像生成的擴散模型的版權(quán)保護，具體涉及一種基于橢圓曲線的半易碎擴散水印方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、擴散模型的發(fā)展引發(fā)了人們對圖像生成技術(shù)的關(guān)注。隨著當下文生圖產(chǎn)品的火爆，人們開始廣泛地使用ai生成無數(shù)風格各異的藝術(shù)作品。這些技術(shù)為創(chuàng)意和藝術(shù)領(lǐng)域帶來了前所未有的可能性，藝術(shù)家和設(shè)計師可以利用它們快速生成概念圖、插圖甚至完整的藝術(shù)作品。但隨之而來的是諸多信息安全隱患。一方面，擴散模型在展示其強大創(chuàng)意潛力的同時，也被濫用來生成逼真的虛假圖片，用于偽造和傳播虛假事件。這些圖片往往具有高度的真實感，普通人難以分辨其真?zhèn)?，從而可能被誤導。另一方面，擴散模型作為凝聚了開發(fā)者數(shù)據(jù)、算力和代碼智慧的結(jié)晶，其產(chǎn)出理應受到版權(quán)保護。但是很多場景下，生成圖像是極易遭受竊取和篡改的。所以，當下亟需一種對生成圖像進行內(nèi)容溯源和篡改檢測的技術(shù)。

2、解決上述問題的一種方法便是數(shù)字水印技術(shù)。數(shù)字水印技術(shù)通過在數(shù)字內(nèi)容中嵌入不可見的標識信息，可以有效地保護版權(quán)、驗證內(nèi)容的真實性和完整性，并提供篡改檢測的能力。目前的研究已經(jīng)提出了很多針對擴散模型的水印技術(shù)，基本實現(xiàn)了在不影響擴散模型生成能力的同時為生成圖片嵌入不可見且具備一定魯棒性的水印。然而，當下鮮有針對擴散模型的半易碎水印方法。半易碎水印介于魯棒水印和易碎水印之間，它們能夠抵抗某些特定類型的修改（如有損壓縮），但對于其他類型的篡改則會被破壞。這種特性使得半易碎水印非常適合用于圖像精準溯源和圖像篡改檢測。過往的半易碎水印方法大都是基于后處理的，直接應用在生成圖像上會影響圖像質(zhì)量。

3、綜上，目前需要一種針對擴散模型的半易碎水印方案，既能追溯圖像源頭也能檢測圖像是否遭受篡改，同時避免水印對圖像質(zhì)量的影響，以應對當前ai生成圖像所帶來的復雜信息安全和版權(quán)保護問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述，本發(fā)明的目的是提供一種基于橢圓曲線的半易碎擴散水印方法和系統(tǒng)，該系統(tǒng)兼顧了魯棒水印和易碎水印這兩種水印的特點，在能溯源圖像對應的擴散模型的同時檢測圖像是否遭受惡意篡改。

2、為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，實施例提供的一種基于橢圓曲線的半易碎擴散水印方法，包括以下步驟：

3、水印生成過程：為模型擁有者和模型使用者隨機生成第一私鑰和第二私鑰，基于第一私鑰和第二私鑰通過橢圓曲線分別生成第一公鑰和第二公鑰，依據(jù)第一私鑰和第二公鑰構(gòu)建用于篡改檢測的一階段水印信息，將第一公鑰作為模型溯源的二階段水印信息；

4、水印嵌入過程：對于包含編碼器、擴散過程以及解碼器的擴散模型，在基于初始噪聲通過擴散過程進行去噪的后段中進行一階段水印信息嵌入得到隱空間噪聲，引入用于從微調(diào)的解碼器基于隱空間噪聲生成的圖像中提取二階段水印信息的提取器，以二階段水印信息為標簽，并以解碼器微調(diào)前后基于隱空間噪聲生成的圖像差距盡可能小和提取器提取的二階段水印信息盡可能接近生成的二階段水印信息為目標，來同時對提取器進行預訓練和對解碼器進行微調(diào)，實現(xiàn)二階段水印信息的嵌入；

5、水印提取過程：利用預訓練的提取器從待檢測圖像中提取二階段水印信息，若提取成功則根據(jù)提取的二階段水印信息溯源擴散模型，然后采用編碼器將待檢測圖像編碼為隱空間表示，并對隱空間表示反演估計加入的噪聲，并將加入的噪聲與一階段水印信息進行比較來檢測待檢測圖像是否被篡改。

6、優(yōu)選地，所述橢圓曲線是滿足曲線的離散點組成的集合，該集合由參數(shù)唯一定義，所有在橢圓曲線上的加法和乘法均在有限循環(huán)域上完成，為代表域大小的大素數(shù)，和為參數(shù)，為橢圓曲線上一點作為基點，為的階，滿足，為零元，為余因子，通過計算得出，代表橢圓曲線上點的數(shù)量；

7、基于第一私鑰和第二私鑰通過橢圓曲線分別生成第一公鑰和第二公鑰，包括：

8、；

9、；

10、其中，表示第一私鑰，表示第二私鑰，表示在橢圓曲線上計算，并將結(jié)果的橫坐標作為第一公鑰，表示在橢圓曲線上計算，并將結(jié)果的橫坐標作為第二公鑰。

11、優(yōu)選地，依據(jù)第一私鑰和第二公鑰構(gòu)建用于篡改檢測的一階段水印信息，包括：將第一私鑰和第二公鑰相乘得到一階段水印信息。

12、優(yōu)選地，在基于初始噪聲通過擴散過程進行去噪的后段中進行一階段水印信息嵌入得到隱空間噪聲，包括：

13、將一階段水印信息嵌入到去噪的后段時間步對應的隱空間噪聲中，具體為：將一階段水印信息按照時間步等分為，每一部分一階段水印信息長度均為，其中，為一階段水印信息對應字符串的長度，將每個時間步的隱空間噪聲展平為一維向量，并將同一時間步對應的部分一階段水印信息嵌入到一維向量后再轉(zhuǎn)換為隱空間噪聲的原維度，得到嵌入一階段水印信息的隱空間噪聲，經(jīng)過t個時間步后，得到時間步為0的隱空間噪聲。

14、優(yōu)選地，以解碼器微調(diào)前后基于隱空間噪聲生成的圖像差距盡可能小和提取器提取的二階段水印信息盡可能接近生成的二階段水印信息為目標，來同時對提取器進行預訓練和對解碼器進行微調(diào)，包括：

15、構(gòu)建對解碼器微調(diào)的損失函數(shù)，其中，微調(diào)后解碼器對時間步為0的隱空間噪聲解碼生成的圖像，表示微調(diào)前解碼器對隱空間噪聲解碼生成的圖像，表示均方誤差，用于衡量之間的圖像差距；

16、構(gòu)建對提取器預訓練的損失函數(shù)，其中表示提取器從圖像中提取的二階段水印信息，為生成的二階段水印信息，表示水印信息之間的比特差異率，用于衡量提取和生成的二階段水印信息之間的接近程度；

17、構(gòu)建整體損失函數(shù)，其中為超參數(shù)，用于控制兩個損失函數(shù)的權(quán)重，以損失函數(shù)最小為優(yōu)化目標，來同時對提取器進行預訓練和對解碼器進行微調(diào)，以使解碼器微調(diào)前后基于隱空間噪聲生成的圖像差距盡可能小、且提取器提取的二階段水印信息盡可能接近生成的二階段水印信息。

18、優(yōu)選地，對隱空間表示反演估計加入的噪聲，并將加入噪聲與一階段水印信息進行比較來檢測待檢測圖像是否被篡改，包括：

19、對隱空間表示進行反演估計得到時間步對應的噪聲，并將噪聲進行展平和提取得到連續(xù)的比特串并拼接為長度為的比特串，計算比特串與一階段水印信息的平均比特準確率，當大于閾值時則認為一階段水印信息提取成功，且表示待檢測圖像沒有被篡改，否則認為被篡改。

20、優(yōu)選地，所述平均比特準確率通過以下公式計算得到：

21、；

22、其中，，,有第 j個長度的部分一階段水印字符串和第 j個長度的提取的字符串，為指示函數(shù)，當時為1，反之為0， n為長度數(shù)量。

23、為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明實施例提供了一種基于橢圓曲線的半易碎擴散水印裝置，包括：

24、水印生成模塊，其用于為模型擁有者和模型使用者隨機生成第一私鑰和第二私鑰，基于第一私鑰和第二私鑰通過橢圓曲線分別生成第一公鑰和第二公鑰，依據(jù)第一私鑰和第二公鑰構(gòu)建用于篡改檢測的一階段水印信息，將第一公鑰作為模型溯源的二階段水印信息；

25、水印嵌入模塊，其用于對于包含編碼器、擴散過程以及解碼器的擴散模型，在基于初始噪聲通過擴散過程進行去噪的后段中進行一階段水印信息嵌入得到隱空間噪聲，引入用于從微調(diào)的解碼器基于隱空間噪聲生成的圖像中提取二階段水印信息的提取器，以二階段水印信息為標簽，并以解碼器微調(diào)前后基于隱空間噪聲生成的圖像差距盡可能小和提取器提取的二階段水印信息盡可能接近生成的二階段水印信息為目標，來同時對提取器進行預訓練和對解碼器進行微調(diào)，實現(xiàn)二階段水印信息的嵌入；

26、水印提取模塊，其用于利用預訓練的提取器從待檢測圖像中提取二階段水印信息，若提取成功則根據(jù)提取的二階段水印信息溯源擴散模型，然后采用編碼器將待檢測圖像編碼為隱空間表示，并對隱空間表示反演估計加入的噪聲，并將加入的噪聲與一階段水印信息進行比較來檢測待檢測圖像是否被篡改。

27、為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，實施例還提供了一種計算設(shè)備，包括存儲器和一個或多個處理器，所述存儲器中存儲有可執(zhí)行代碼，所述一個或多個處理器執(zhí)行所述可執(zhí)行代碼時，用于實現(xiàn)上述基于橢圓曲線的半易碎擴散水印方法。

28、為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，實施例還提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有程序，該程序被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)上述基于橢圓曲線的半易碎擴散水印方法。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果至少包括：

30、1）對于水印信息的生成，本發(fā)明提托了橢圓曲線密碼學，即基于橢圓曲線生成第一公鑰和第二公鑰，并基于此來生成一階段水印信息和二階段水印信息，這樣在較小的密鑰大小上保證了較高的安全性，這一特性保證了水印信息幾乎無法被偽造，同時為內(nèi)容溯源提供依據(jù)；

31、2）借助兩階段水印機制，一階段水印作為易碎水印，二階段水印作為魯棒水印，這樣本發(fā)明同時兼具魯棒水印的強魯棒性和易碎水印的脆弱性，使得生成圖片既能避免版權(quán)信息遭受破壞的同時又對篡改敏感，進而實現(xiàn)了內(nèi)容溯源和篡改檢測兩種功能；

32、3）本發(fā)明的一二階段水印信息的嵌入過程與擴散模型的圖像生成過程綁定，在模型生成圖像的同時嵌入水印，這一策略較后處理方法保證了圖像的生成質(zhì)量，同時具備更強的穩(wěn)定性。