数码照片可信吗？

下士泰德·“乔伊”·布德罗二世感到很无聊。那是 2003 年夏天的伊拉克，正值美国入侵伊拉克的重担和叛乱的混乱之间，你很少能开着满是灰尘的悍马在沙漠中兜风。布德罗在基地后门闲逛，和当地人打成一片，他说他在一块纸板上潦草地写着“欢迎海军陆战队”，然后把它给了几个孩子，孩子们微笑着和他合影。他把这张照片通过电子邮件发送给了他的母亲、一个表弟和几个朋友，从此他就没再想起这件事。无聊的日子过去了。不过，这并不是照片的最后一部分。这张照片传到了互联网上，落入了博主的手中——布德罗说他不知道是怎么回事——只是标语被改成了“下士布德罗杀了我爸爸，然后他让我妹妹怀孕了。”网上评论员认为布德罗是在对那些不懂英语的孩子恶作剧，而海军陆战队员则被斥责为麻木不仁、无知或愚蠢。美国伊斯兰关系委员会偶然发现了这张照片并要求进行调查。

大约在同一时间，保守派网站 freerepublic.com 的论坛上出现了另一张图片。现在标语上写着“下士布德罗救了我爸爸，然后他救了我妹妹”，一场争论由此展开。标语的其他版本也出现了——一个是完全空白的，显然是为了显示照片很容易被篡改，另一个写着“我爸爸在一次自杀式爆炸中引爆了自己，而我得到的只是这个糟糕的标语。”此时，25 岁​​的布德罗结束了伊拉克之旅，回到了家乡路易斯安那州的霍马，直到一名初出茅庐的海军陆战队员将“杀死我爸爸”照片的打印件带到布德罗所在的当地征兵办公室，他才知道这场风暴。不久之后，他得知自己正在接受五角大楼的调查。他担心会被军事法庭审判。几个月后他才能知道自己的命运。

成为数字恶作剧的受害者并让其在互联网上传播，这看起来就像被闪电击中一样容易，但在数字时代，任何人都可以使用廉价软件来修饰照片，而且他们的手艺越来越难以被发现。大多数这些假照片往往是无害的——90 磅重的家猫、鲨鱼袭击直升机之类的。但是，当恶作剧令人信服时，也会造成伤害。在 2004 年的总统竞选活动中，一张可能具有谴责性的照片在互联网上传播开来：年轻的约翰·克里与“河内简”时期的简·方达一起发表演讲。这张照片最终被发现是两张照片巧妙合成的，但谁知道那时有多少人反对克里。与此同时，政客们也开始为了自己的目的篡改照片：今年 7 月，有消息称纽约市长候选人 C. Virginia Fields 在宣传照片中添加了两个亚洲面孔，以使她的一群支持者看起来更加多元化。

“每个人都在购买价格低廉、质量上乘的数码相机，每个人都有网站，每个人都有电子邮件，Photoshop 也更易于使用；2004 年是数码相机销量首次超过传统胶卷相机的一年，”达特茅斯学院计算机科学家、新兴数字取证领域的领先研究员 Hany Farid 说道。“因此，备受瞩目的数字篡改案件越来越多。眼见为实已不再可信。实际上，你看到的东西基本上无关紧要。”

考虑到驾驶执照、安全摄像头、员工身份证和其他数字图像是沟通的关键和证据的基础，这就是问题所在。这些图像很容易被篡改，这是一个大问题，但更令人不安的是，很少有人意识到这个问题，而解决这个问题的人就更少了。

很快，每张照片都会成为可疑对象——如果这种情况还没有发生的话。虚假照片有可能在公众意识中挥之不去，即使它们最终被推翻。同样令人不安的是，随着虚假照片的泛滥，真实证据（如伊拉克阿布格莱布监狱虐待照片）可能会被视为不可靠。

然后是司法系统，修改后的照片可能会伤害无辜者，让罪犯逍遥法外，或者干脆造成混乱。因持有儿童色情制品而被捕的人现在有时会声称，这些照片不是真实的儿童，而是计算机生成的儿童，因此，在制作色情制品的过程中没有儿童受到伤害（事实核查：当局表示，CG 儿童色情并不存在）。在宾夕法尼亚州最近的一起民事案件中，原告 Mike Soncini 与他的保险公司就一辆撞坏的汽车发生争执，声称该公司修改了数码照片，暗示汽车在事故发生前已受损，以避免支付全额赔偿金。在康涅狄格州，一名被定罪的杀人犯向州最高法院上诉，称用于匹配受害者牙齿的计算机增强咬痕图像不予采纳（他的上诉被驳回）。在马萨诸塞州的一起案件中，一名警官被指控从其部门的证据室偷走毒品和钱财，并将它们藏在家中。他的妻子指控他虐待配偶，她拍下了证据，然后与警察对峙，据称警察销毁了赃物。现在唯一存在的证据是可能有报复动机的人拍摄的数码照片。“这是一个即将爆发的问题，”纽约法学院教授理查德·舍温说，“但它在法律界还没有得到应有的关注。”

到目前为止，只有少数研究人员致力于数字取证科学。尽管如此，一些有效（即使不是万无一失）的识别恶作剧的技术正在涌现，而且进展也指日可待。科学家们正在开发软件、安全摄像头和嵌入式水印，以阻止图像篡改和嗅探篡改。Adobe 和 Microsoft 是私人资助者之一，但大部分工作是由执法机构和军方发起的，他们面临的不仅仅是声誉受损的情况。（维护证据链的完整性对执法部门至关重要，军方担心来自伊拉克或阿富汗等地的图像的真实性。那张照片真的描绘了奥萨马·本·拉登吗？模糊视频中的人质真的是美国士兵吗？）

但法里德和其他专家担心他们永远无法取胜。照片篡改技术的发展速度将与挫败篡改技术的尝试一样快——伪造者的技能也将如此。法里德认为，唯一现实的目标是保持预防和检测技术足够先进，以阻止除了最坚定和最熟练的人之外的所有人。“我们要让普通人无法做到这一点，”他说。

伪造照片的历史悠久，而且不光彩。19 世纪 70 年代，“灵魂照片”风靡一时——将逝去亲人的照片与在世亲人的照片合成，然后被骗子当作灵魂世界存在的证据。冷战期间，俄罗斯和中国政府因伪造宣传照片而臭名昭著；名声扫地的官员经常被从国家照片中删除。但人眼并不容易被欺骗：人类天生具有模式识别能力，可以很容易地发现细微的不一致之处。验证专家会寻找这些异常——光线、阴影和阴影的差异；不正常的透视；以及不正确的比例，例如一个人的头比另一个人的头大得多。然而，由于当今照片的数字化特性，用高质量的伪造品欺骗眼睛从未如此容易，只需点击几下鼠标即可重塑现实。数码相机包含一个感光板，上面覆盖着称为“单元”的微型传感器，当快门打开时，这些传感器会接收光子。这些单元像收集桶里的雨滴一样收集光子，然后将它们转换成电荷，这些电荷被放大并从模拟形式转换为数字形式。在每种数字图像格式（JPEG、TIFF、RAW）中，照片实际上只是一个由 0 和 1 组成的数据文件。需要一个程序将二进制代码转换成图片，就像您的电视将数字有线或卫星信号转换成动态图像一样。

此类程序比比皆是。Adobe Photoshop 的授权量已达 500 万份，iPhoto 随所有新款 Apple 电脑捆绑销售，而 Picasa 2 可从 Google 免费获得。该软件不仅能解释原始数据，还能对其进行修改，例如删除不需要的背景元素、放大图像的所需部分、调整颜色等等。而且其功能还在不断增加。例如，最新版本的 Photoshop CS2 包含一个“消失点”工具，它大大简化了组合图像时校正透视的专业技巧，使合成图像看起来更加逼真。这些程序也不难掌握。就像 Microsoft Word 等文字处理程序使制作专业文档变得轻而易举一样，照片编辑工具使我们所有人都能相当快速地熟练处理照片。谁没有从家庭照片中去除过红眼？

在数字时代之前，照片验证专家试图检查底片——所有现有照片的唯一来源。如今，底片的对应物是 RAW 文件。RAW 是相机输出的，未经任何自动调整来校正色调和色调。它们将图像固定在最纯净、未改变的状态。但 RAW 文件笨重——它们看起来不太好，而且占用大量内存——因此只有专业摄影师才会使用它们。它们也不是完全值得信赖的：黑客已经证明自己能够根据现有照片制作假 RAW 文件，从而创建看似原始的文件。

但数字技术确实为专家提供了识别伪造品的线索。在大多数相机中，每个单元只记录一种颜色 - 红色、绿色或蓝色 - 因此相机的微处理器必须根据相邻单元的颜色估计正确的颜色，通过称为插值的过程填补空白。插值创建了一种可预测的模式，即数据点之间的相关性，这种相关性不是肉眼可以识别的，而是可以通过模式识别软件程序识别的。

Farid 开发了非常擅长识别伪造痕迹的算法。他的软件可以扫描数据文件二进制代码中的模式，寻找表明图像已被更改的干扰。Farid 已成为数字取证领域的专家，他花费大量时间使用 Photoshop 制作伪造和合成图像，然后研究其底层数据。他发现大多数操纵都会留下统计痕迹。

想象一下，当您在 Photoshop 中将图像大小翻倍时会发生什么。您从 100 x 100 像素的图像开始，然后将其放大到 200 x 200。Photoshop 必须创建新像素才能使图像变大；它通过插值来实现这一点（这是第二次插值，在最初拍摄照片时相机处理器完成的插值之后）。Photoshop 将“查看”白色像素和相邻的黑色像素，并确定插入它们之间的新像素的最佳选项是灰色。

Photoshop 或 iPhoto 中的每一种修改都会在文件中产生特定的统计遗迹，这些遗迹会反复出现。如上所述，调整图像大小会产生一种数据模式。剪切一张图片的各个部分并将其放入另一张图片中会产生另一种数据模式。旋转照片会留下独特的痕迹，“克隆”图片的一部分并将其复制到图片的其他位置也会留下独特的痕迹。计算机生成的图像看起来非常逼真，但它们有自己的统计模式，与相机创建的图像完全不同。这些模式都不是肉眼可见的，甚至很难描述，但在研究了数千张经过处理的图像后，法里德和他的学生为他们的识别制作了一块罗塞塔石碑，这是一个由搜索七种照片修改类型的算法组成的软件包，每种修改都有自己的数据模式。

纽约州立大学宾汉姆顿分校的数字取证科学家杰西卡·弗里德里希 (Jessica Fridrich) 表示，如果只使用其中一种算法，伪造品相对容易被忽略。但组合使用效果会更好。“伪造品很难通过所有这些测试，”她说。

Farid 软件的缺点（也是最大的缺点）在于，它只适用于高质量、未压缩的图像。大多数非专业相机输出的数据文件称为 JPEG。JPEG 经过数字压缩，因此它们
便于通过电子邮件发送，也不会占用太多硬盘空间。但压缩会丢弃较少的数据，
以牺牲视觉质量为代价缩小重要图像数据的尺寸，会消除或破坏 Farid 算法所寻找的统计模式。因此，至少目前，在 Farid 的下一代软件完成之前，他的工具相对无力
提供有关互联网上常见的压缩和低质量照片的信息。

鉴于这些相当大的盲点，一些科学家采取了完全不同的策略。他们不是事后再试图辨别照片是否被修改，而是想在照片被拍摄的那一刻就对其进行无形标记，这样任何后续的篡改都会显而易见。

纽约州立大学宾汉姆顿分校的杰西卡·弗里德里希致力于制作数字水印。水印数据是拍摄图像时创建的 0 和 1 的模式，嵌入到图像的像素中，除非使用特殊软件寻找，否则无法看到。水印相当于在信上滴上封蜡——如果图像被更改，水印就会在数字上“被破坏”，软件会告诉你。

目前，只有一款消费产品（佳能的 DVK-E2 数据验证套件）具备水印功能。这款售价 700 美元的系统使用专有软件和小型 USB 插件应用程序来验证使用佳能专业级相机拍摄的图像。它似乎是新闻机构的理想选择：照片编辑（或任何需要验证的人）插入设备，单击图像，当照片被修改时，软件会提醒他们。当然，大多数数字新闻照片都会被调整色调、饱和度、对比度和亮度（传统上在暗室中进行的编辑程序），然后保存为新文件，但如果编辑怀疑有可疑之处，他可以将未修改的原件与修改后的副本进行比较，并准确找出偏差程度。

佳能套件无法防止自造的争议，例如《国家地理》杂志在 1982 年 2 月号的封面上用数码技术重新定位了一座埃及金字塔，使其更适合封面，或者《新闻周刊》在 2005 年 3 月 7 日的封面上将玛莎·斯图尔特的头嫁接到模特身上，但它可以发现并避免另一起新闻丑闻：2003 年，摄影师 Brian Walski 被《洛杉矶时报》解雇，原因是他把两张照片拼接起来，创造出他认为更有力的构图，即一名英国士兵指挥伊拉克人寻找掩护。尽管如此，许多媒体仍然对验证技术不屑一顾，他们相信值得信赖的投稿人的诚信和他们自己嗅出欺诈的能力。“如果我们试图验证每张照片，我们将一事无成，”授权库存照片的 Corbis 主编 Stokes Young 说。然而，随着破坏性错误的积累，通讯社和报纸可能会改变态度。

与此同时，弗里德里希实验室正在努力为照片增加一层安全保护。弗里德里希的成就包括赢得 1982 年捷克斯洛伐克魔方速解锦标赛，她正在开发一种相机，不仅可以在照片上加水印，还可以添加有关摄影师的关键身份信息。她的团队对市售的佳能相机进行了改造，将取景器内置的红外聚焦传感器改造成生物识别传感器，可以在拍照时捕捉摄影师的虹膜图像。该图像被转换为​​数字数据，连同时间和日期以及其他水印数据一起以不可见的方式存储在图像文件中。

警察摄影师的用途显而易见：如果在法庭上受到质疑，图像、相机和拍摄都是可验证的，整个系统都是安全的。不幸的是，司法界处于黑暗时代，而学术界则处于复兴时期。联邦调查局有一个专门的数字证据部门，并资助认证研究，但联邦证据规则并不要求除摄影师或现场其他人之外的人验证数字图像，更不用说安全的摄影系统了，而且几乎没有努力去改变它们。“大多数刑事法庭在技术上都是文盲，”法医系统制造商 Avid Technology 的法医视频分析师 Grant Fredericks 说。“他们没有处理先进技术的工具和经验。”

律师们才刚刚开始掌握这项技术及其影响，但法官们尤其无知。“审判法官没有充分了解风险和技术，”纽约法学院的 Sherwin 说。“我可以举一个例子，为了测试作为证据提供的动画，法官要求律师将其打印出来。我们真正存在的是知识库的代沟。法院必须自己了解这些风险并找到解决它们的方法。”

一个亮点是，至少目前我们只需要担心静态图像。弗雷德里克斯说，要令人信服地修改视频仍然是一项极其艰苦的工作。“当你处理录像带时，你每秒要处理 30 帧，而一帧是两幅独立的图片。伪造者必须对每秒的图像进行 60 次修正。这几乎是一项不可能完成的任务。”电影没有 Photoshop，即使是用高端设备修改的视频，比如让死去的演员复活的广告，也不是特别令人信服。

数字取证专家表示，他们正处于一场进化竞赛中，与垃圾邮件发送者和反垃圾邮件发送者之间的战斗没有什么不同——你可以创建你想要的所有过滤器，但坚定的垃圾邮件发送者会想出如何通过。然后是时候创建新的过滤器了。法里德认为伪造者也会如此。有了足够的资源和决心，伪造者会破坏水印，对 RAW 文件进行逆向工程，并创建一个可以躲过软件的无缝伪造。法里德说，诀窍是不断提高标准，让大多数伪造者望而生畏。

检测技术的近期前景与过去大体相同，只是会更好（敲木头）：更安全的摄影师验证系统、更严格校准的算法、更强大的水印。然而，未来有望出现更具创新性的东西：数字弹道学。就像子弹可以追溯到发射它们的枪一样，数码照片可能会揭示拍摄它们的相机。没有一个光传感器是完美无缺的；所有传感器都有可以从图像数据中读取的微小缺陷。对这些小故障进行充分研究，你就会识别出可以用软件检测到的模式。

然而，无论采用何种技术，高质量的假冒图片很可能总能逃脱系统的监控。质量差的图片也是如此。大鱼学会了如何避开网，而最小的鱼则从网中溜走。低分辨率的假冒图片更容易被 Farid 的最新算法检测到，该算法会分析光线照射到场景上的方向，但如果照片被压缩得足够多，就别想再看到它了。它变成了一条非常小的鱼。

这让我们想起了乔伊·布德罗，这位海军陆战队员被当地报纸《新奥尔良时报》谴责，称他“让自己、海军陆战队，以及不幸的是，他的家乡蒙羞”。海军陆战队去年进行了两次调查，但均未得出结论。甚至海军犯罪调查局的专家也找不到证据来支持或反驳操纵指控。

布德罗对这一事件泰然处之。“我的第一反应是觉得这很有趣，”他在电话采访中说。“我当时没有第二个反应，直到他们打电话说‘你正在接受调查’。”他坚称自己从未给过伊拉克男孩任何带有除“欢迎海军陆战队”之外任何文字的标语，但他无法证明这一点。他和他认识的任何人都没有他声称自己制作的那个图像的版本，而且无论在网上搜索多少次都找不到。网络上只有低质量的克隆版本。法里德的软件无法评估布德罗的说法，因为现有图像对于他的算法来说太过压缩。即使是法里德训练有素的眼睛也无法分辨现有两幅图像（“好”标语或“坏”标语）是真实的还是布德罗声称的两幅都是假的。

这个结论并不令人满意，但却很恰当。如今的身份验证技术已经发展到即使经过软件和专家的仔细审查，你所能依靠的也只是你的承诺。你最好希望它足够好。

史蒂夫·卡西米罗 (Steve Casimiro) 是加利福尼亚州君主海滩的一名作家兼摄影师。