水印——SynthID、Stable Signature、C2PA

Build~75 minutesPython (stdlib, token-watermark embed + detect)先修要求: Phase 10 · 04 (sampling), Phase 01 · 09 (information theory)
2026 年 AI 生成内容的来源追溯由三项技术构成。SynthID(Google DeepMind)——图像水印于 2023 年 8 月推出,2024 年 5 月扩展到文本和视频(Gemini + Veo),2024 年 10 月通过 Responsible GenAI Toolkit 开源文本水印,2025 年 11 月随 Gemini 3 Pro 推出统一的多媒体检测器。文本水印以不可察觉的方式调整下一 token 的采样概率;图像/视频水印能经受压缩、裁剪、滤镜和帧率变化。Stable Signature(Fernandez 等人,ICCV 2023,arXiv:2303.15435)——微调潜空间扩散解码器,使每个输出都包含一条固定消息;被裁剪(保留 10% 内容)的生成图像在 FPR<1e-6 下检出率超过 90%。后续工作《Stable Signature is Unstable》(arXiv:2405.07145,2024 年 5 月)——微调可以移除水印,同时保持质量。C2PA——密码学签名、防篡改的元数据标准(C2PA 2.2 Explainer 2025)。水印与 C2PA 互补:元数据可以被剥离,但携带更丰富的来源信息;水印能在转码后存活,但携带的信息更少。
学习目标
  • 描述 token 级水印(SynthID-text 风格)及其可检测的机制。
  • 描述 Stable Signature,以及 2024 年击破它的移除攻击。
  • 说明 C2PA 的作用,以及它为何与水印互补。
  • 描述关键局限:模型特定的信号、改写下的鲁棒性,以及语义保持攻击(arXiv:2508.20228)。

问题

2023-2024 年,深度伪造和 AI 生成内容大规模进入政治与消费场景。水印是被提出的技术来源信号:在生成时标记,之后进行检测。2025 年的证据:没有一种水印是无条件鲁棒的,但与 C2PA 元数据叠加后,组合提供了可用的来源追溯方案。

概念

文本水印(SynthID-text 风格)

Kirchenbauer 等人 2023 的机制,由 Google 产品化:

  1. 在每个解码步骤,对前 K 个 token 做哈希,把词表伪随机地划分为「绿色」和「红色」集合。
  2. 通过给绿色集合的 logit 加上 δ,使采样偏向绿色集合。
  3. 生成结果中绿色 token 的数量高于随机情况。

检测:对每个前缀重新哈希,统计生成中的绿色 token,计算 z 分数。水印文本的 z 分数 >0,人类文本约为 0。

性质:

  • 读者无法察觉(δ 足够小,质量损失轻微)。
  • 在能访问词表划分函数时可检测。
  • 对改写不鲁棒——重写文本会破坏信号。

SynthID-text 于 2024 年 10 月通过 Google 的 Responsible GenAI Toolkit 开源。

Stable Signature(图像)

Fernandez 等人 ICCV 2023。微调潜空间扩散解码器,使每张生成的图像都在潜表示中包含一条固定的二进制消息。检测时用神经解码器从潜表示中解码。被裁剪到 10% 内容的图像在 FPR<1e-6 下检出率超过 90%。

2024 年 5 月的《Stable Signature is Unstable》(arXiv:2405.07145):微调解码器可以移除水印,同时保持图像质量。生成后的对抗性微调成本很低;水印的对抗鲁棒性有限。

SynthID 统一检测器(2025 年 11 月)

与 Gemini 3 Pro 一同推出:一个多媒体检测器,可在单个 API 中读取文本、图像、音频和视频中的 SynthID 信号。统一了 Google 的来源追溯技术栈。

C2PA

内容来源与真实性联盟(Coalition for Content Provenance and Authenticity)。密码学签名、防篡改的元数据标准。C2PA 2.2 Explainer(2025)。C2PA 清单记录来源声明(谁创建、何时创建、经历了哪些变换),并由创建者的密钥签名。

与水印互补:

  • 元数据可以被剥离;水印不能(轻易地)。
  • 元数据信息丰富(完整来源链);水印只携带若干比特。
  • C2PA 依赖平台采用;水印自动嵌入。

Google 在搜索、广告和「关于此图片」中集成了两者。

局限

  • 模型特定。 SynthID 只给启用 SynthID 的模型生成的输出加水印。没有 SynthID 的模型生成的输出不带水印,所以「没有 SynthID 信号」不是真实性的证明。
  • 改写。 文本水印无法在保持语义的改写后存活。
  • 变换攻击。 arXiv:2508.20228(2025)展示了能同时破坏文本水印和许多图像水印的语义保持攻击(meaning-preserving attacks)。
  • 微调移除。 根据《Stable Signature is Unstable》,生成后的微调会移除嵌入的水印。

欧盟《人工智能法案》第 50 条

针对 AI 生成内容标注的《透明度行为准则》(第一版草案 2025 年 12 月,第二版草案 2026 年 3 月,预计 2026 年 6 月定稿,见欧洲委员会状态页)。截至 2026 年 4 月,该准则仍为草案,时间表可能变化。这是要求技术层落地的监管层。深度伪造必须标注。

这在第 18 阶段中的位置

第 22-23 课讲模型输出的东西(私有数据、来源信号)。第 27 课涵盖训练数据治理。第 24 课是要求这些技术措施的监管框架。

an-watermark-greenlist静态版本未包含此交互图

使用它

code/main.py 构建一个玩具文本水印。token 是整数 0..N-1;加水印的采样偏向由哈希定义的绿色集合。检测器计算绿色 token 的 z 分数。你可以观察 1000 token 生成下的检测、看重写如何破坏信号,并测量人类文本上的假阳性率。

交付它

本课产出 outputs/skill-provenance-audit.md。给定一项带来源声明的部署,它审计:水印机制(如有)、C2PA 签名链(如有)、各自的对抗鲁棒性,以及各模态的覆盖情况。

练习

  1. 运行 code/main.py。报告加水印的 1000 token 生成与人类撰写文本的 z 分数。指出 95% 置信阈值下的假阳性率。
  1. 实现一个把 30% 的 token 替换为同义词的改写攻击。重新测量 z 分数。
  1. 阅读 Kirchenbauer 等人 2023 年第 6 节关于鲁棒性的内容。为什么文本水印在改写后会失效,而图像水印能在裁剪后存活?
  1. 设计一个使用 SynthID-text + C2PA 元数据的部署。描述消费者看到的来源链。指出每个组件的一个失效模式。
  1. 2024 年《Stable Signature is Unstable》的结果表明微调会移除图像水印。设计一个限制这种攻击的部署控制——例如要求微调后的 checkpoint 以签名方式发布。

关键术语

术语人们怎么说它实际意味着什么
SynthID「Google 的水印」跨模态来源信号;文本、图像、音频、视频
Token 水印「Kirchenbauer 式」通过绿色 token z 分数检测的偏置采样文本水印
Stable Signature「图像水印」微调解码器水印;ICCV 2023
C2PA「元数据标准」密码学签名、防篡改的来源元数据
改写鲁棒性「换种说法会破坏它吗」文本水印的性质;目前有限
微调移除「对抗性去水印」通过解码器微调移除图像水印的攻击
跨模态检测器「统一 SynthID」2025 年 11 月跨模态的统一 API

延伸阅读

示意图共 1 张

watermark-stack diagram
watermark-stack

“Stay hungry, stay foolish.”

— Steve Jobs

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