CN103049682A

CN103049682A - 一种基于字符间距编码的双重水印嵌入的文本水印方法

Info

Publication number: CN103049682A
Application number: CN2013100300374A
Authority: CN
Inventors: 陈青; 牛月蕊; 周黎敏; 张宇飞; 傅哲; 封少坤; 连攀攀
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2033-01-28
Also published as: CN103049682B

Abstract

本发明涉及一种基于字符间距编码的双重水印嵌入的文本水印方法，将需要隐藏的水印信息M及密钥D转换为二进制序列，进行循环取模得到加密后的二进制序列，对待嵌入的水印信息添加纠错编码，最后通过对无页面修改文本对象属性编码以及对字符间距编码来嵌入双重水印以及水印的同步信息，此方法不仅文本内容不会发生变化，隐蔽性极强，而且具有高鲁棒性、高容量的特点。通过提取内嵌的水印信息，可以有效的控制文档的传播和修改以及判断文档是否受到过篡改，最终达到对文本文档的数字版权保护、数据完整性鉴别以及安全的隐蔽通信的目的。

Description

一种基于字符间距编码的双重水印嵌入的文本水印方法

技术领域

本发明涉及一种文本水印技术，特别涉及一种基于字符间距编码的双重水印嵌入的文本水印方法。

背景技术

数字水印，作为知识产权保护和信息安全维护的一种重要技术近几年发展迅速。数字水印的基本原理是在多媒体数据（如图像、文本、音频和视频等）载体中，嵌入具有一定意义的隐蔽的数字水印信息，嵌入的水印信息不对原始的多媒体载体数据的使用产生影响，并且水印信息随着原始载体数据一起传输和使用。嵌入水印信息后，还可以使用特定的水印检测装置将嵌入的水印信息提取出来，应用于版权保护、篡改定位、数据完整性检测、广播监视、内容认证、使用控制、隐蔽通信等。

目前国内外对图像、视频、音频数字水印的研究比较深入，而文本水印的研究进展则相对迟缓，研究成果也比较少，如文章“Techniques for data Hiding”(IBM Systems Journal, 1996,35(3&4), Bender W, et al.)所述，通过对文本中特定的单词进行同义词替换，对同义不同词汇进行编码，用于加载水印信息。这种技术的缺点是难以为所有的词汇找到恰当的同义词，造成文本可嵌入水印信息的容量有限，毕竟不是每一个词汇都有与之对应的同义词。

文章“Copyright Protection for the Electronic Distribution of Text Documents”(Proceedings of the IEEE, 1999,87(7), Brassil, Maxemchuk, et al.)所述，通过改变行间距、字间距和字符特征来嵌入信息。其中通过改变行间距嵌入的水印鲁棒性较好，但编码密度很小，水印容量极小，而且标记信息的方法简单，安全性较差；通过改变字间距嵌入的水印容量大，但鲁棒性较差；通过改变字符特征嵌入的水印容量较大、分布均匀，但水印的检测和提取较为困难。

文章“Natural Language Watermarking and Tamperproofing”(Proc of the 5th International Information Hiding Workshop, 2002,(196-212), Mikhail.J.Atallah et al.)所述，基于语义学原理，利用语句自身的语法结构，通过改变句子结构、同义词替换、修改TMR(Text Meaning Representation)树等方法来加入额外的水印信息，语义水印改变了文本的内容，但没有改变文本的含义，添加水印后几乎不可能被察觉和破坏，而且对格式化文本和非格式化文本均适用。

专利申请号为200510077471.3，专利申请名称为“一种在英文文本中嵌入和提取水印的方法”，提出了在英文文本中嵌入和提出水印的方法。该方法将版权信息转化为二进制比特串，读入文本并滤除空格和特殊字符，对所得字符串及版权人的私钥做哈希运算，得到整数Z；若Z整除嵌入比例，则下句作为水印信息句；用Z对版权信息比特串长度取余，确定水印信息比特的位置，使位置相邻的两字母的编码大小关系代表的0、1，与待嵌入的水印信息比特相同，直到文本结束。由于国内绝大多数文档的语言是中文，因而应用该方法还是有很大的局限性。

Object Linking and Embedding，对象连接与嵌入，简称OLE技术，不仅仅是一种应用程序的集成，而且规定了一种允许应用程序作为软件“对象”彼此进行“连接”的机制。OLE Automation技术是一种能够实现各种应用程序之间进行相互“交流”和调用的技术，允许一个应用程序通过编程来控制另一个应用程序。

发明内容

本发明是针对现在文本水印技术存在的问题，提出了一种基于字符间距编码的双重水印嵌入的文本水印方法，通过对无页面修改文本对象属性编码以及对字符间距编码来嵌入双重水印以及水印的同步信息，不仅文本内容不会发生变化，隐蔽性极强，而且具有高鲁棒性、高容量的特点。通过提取内嵌的水印信息，可以有效的控制文档的传播和修改以及判断文档是否受到过篡改，最终达到对文本文档的数字版权保护、数据完整性鉴别以及安全的隐蔽通信的目的。

本发明的技术方案为：一种基于字符间距编码的双重水印嵌入的文本水印方法，具体包括如下步骤：

（1）将需要隐藏的水印信息M及密钥D转换为二进制序列；

（2）将水印信息M与密钥D对应的二进制序列进行循环取模操作，得到加密后的二进制序列；

（3）利用纠错编码的理论为待嵌入的水印信息添加纠错编码，得到水印序列H=h ₁ h ₂ h ₃...h _t；

（4）统计载体文档的字符数N，判断水印容量能否足以嵌入待嵌入的水印信息；

（5）对水印信息进行无页面修改编码的循环嵌入，循环次数取决于水印信息长度和载体的嵌入容量，每次循环将水印同步信息（同步信息可以是一串设定的二进制代码或水印长度的二进制编码）附加到进行了纠错编码后的水印信息前，嵌入载体字符的无页面修改的Kerning、BoldBi、ItalicBi属性中，用属性组的不同true或false组合代表水印二进制序列中的“0”或“1”；

（6）对水印信息进行字符间距编码的循环嵌入，循环次数取决于水印信息长度和载体的嵌入容量，每次循环将水印同步信息附加在进行了纠错编码后的水印信息前，然后按下述方式进行字符间距编码：

A:对于选定的第i（i<N）个同步信息字符，按水印间隔标志编码方式进行，字符间距依次加大和减少d磅，i=i+1，直到完成同步信息的嵌入；

B:对于选定的第j（j<t）个水印信息字符，嵌入水印序列H=h ₁ h ₂...h _t中的一位码元h _j，1≤j≤t：

若h _j=“0”，将第j个字符对中的前一个字符间距加大d₁磅，后一个字符的字符间距减小d₁磅；

若h _j=“1”，将第j个字符对中的前一个字符间距加大d₂磅，后一个字符的字符间距减小d₂磅；

（7）若j≤t，则重复执行步骤（6），直到文档结束，嵌入完成，保存文档。

所述步骤2）中水印信息M转换为二进制序列M =m ₁ m ₂ m ₃...m _g，其中m _s∈{0,1}，1≤s≤g；密钥D转换为二进制序列D=d ₁ d ₂ d ₃...d _p，其中d _s∈{0,1}，1≤s≤p；将水印与密钥的二进制序列进行循环取模加密，得到加密后的新的水印序列Q=q ₁ q ₂ q ₃...q _r，其中q _s∈{0,1}，1≤s≤r，其中，

加密后的水印信息数据Q=q ₁ q ₂ q ₃...q _r，其中q _s∈{0,1}，1≤s≤r。所述步骤3）待嵌入的水印信息为加密后的水印信息数据Q=q ₁ q ₂ q ₃...q _r，对加密后的水印信息进行汉明编码，并每4位数据前添加3位监督码，生成带纠错编码新的二进制序列H=h ₁ h ₂...h _t，h _i∈{0,1}，1≤i≤t，t=l/7*4。

所述步骤5）中对水印信息进行无页面修改编码的循环嵌入，每次嵌入进行了纠错编码后的水印序列的“0”比特时将该载体字符的ItalicBi属性设为True， “1”比特时将该载体字符的BoldBi的属性值设置为False。

所述步骤6）中对水印信息进行字符间距编码的循环嵌入，每次嵌入进行了纠错编码后的水印序列一个比特时都修改一个载体字符对，使字符对的中的字符一个增加字符间距而另一个减少同样的字符间距，字符对对周围的字符呈现不变的位置特征。

本发明的有益效果在于：本发明基于字符间距编码的双重水印嵌入的文本水印方法，是一种基于格式的文本数字水印方法，通过操作中文文本的字符间距的变化来嵌入并隐藏水印信息，与前人的文本水印算法不同，本发明的水印算法将水印信息嵌入到中文文本的字符间距中，并基于人类视觉模型，提出改进水印隐蔽性的方法，同时利用密码学中的多表变换方式对水印信息进行密钥循环加密，引入纠错编码理论对加密后的水印信息进行汉明编码以提高水印的鲁棒性和提供多种安全功能，并且还通过无页面修改文本对象属性的方式来嵌入水印，从而实现双重水印的嵌入，以提高鲁棒性；应用OLE自动化技术，调用WORD文档的各种接口避开了解WORD文档的格式这个难点；本发明具有较好的隐蔽性和一定的抗攻击能力，并能够实现携带秘密信息，对文本文档的数字版权保护、文档的完整性认证和篡改的识别定位等功能，具有一定的实用价值。

附图说明

图1为本发明基于字符间距编码的双重水印嵌入的文本水印方法中水印嵌入过程流程图；

图2为本发明基于字符间距编码的双重水印嵌入的文本水印方法中水印信息提取的流程图。

具体实施方式

如图1所示基于字符间距编码的双重水印嵌入的文本水印方法中水印嵌入过程流程图。读取需要嵌入的数字水印信息M（如版权信息）和密钥D，将待隐藏的有效水印信息转换为二进制序列M =m ₁ m ₂ m ₃...m _g，其中m _s∈{0,1}，1≤s≤g，将密钥转换为二进制序列D=d ₁ d ₂ d ₃...d _p，其中d _s∈{0,1}，1≤s≤p。

将水印与密钥的二进制序列进行循环取模加密，得到加密后的新的水印序列Q=q ₁ q ₂ q ₃...q _r，其中q _s∈{0,1}，1≤s≤r，其中，

表1

对加密后的水印信息进行汉明编码，当i mod4=0时（每4位数据）按表1添加监督码，生成新的二进制序列H=h ₁ h ₂...h _t，h _i∈{0,1}，1≤i≤t，t=l/7*4。可以检测两个错码，并一个一个纠正错码。

统计载体文档的字符数N，若N > t + 8，按下列步骤嵌入水印序列，否则水印容量不足以嵌入待嵌入的水印信息，系统报错。

具体步骤如下：

（1）将需要隐藏的水印信息M及密钥D转换为二进制序列；

（3）利用纠错编码的理论为待嵌入的水印信息添加一定的纠错编码，得到水印序列H=h ₁ h ₂ h ₃...h _t；

（5）对水印信息进行无页面修改编码的循环嵌入，循环次数取决于水印信息长度和载体的嵌入容量，每次循环将水印同步信息附加到进行了纠错编码后的水印信息前，嵌入载体字符的无页面修改的Kerning、BoldBi、ItalicBi属性中，用属性组的不同true或false组合代表水印二进制序列中的“0”或“1”；

如图2所示基于字符间距编码的双重水印嵌入的文本水印方法中水印信息提取的流程图。

在水印的检测和提取的过程中，对水印信息进行鉴别和纠错，并进行恢复，根据水印信息的完整和篡改情况，判断载体文本是否完整，有无遭到篡改，甚至还可以定位篡改的位置。

（1）寻找有效的Kerning值，若找到，此值表示水印序列长度，然后从文首开始统计Kerning值的个数，否则水印提取失败，退出程序；

（2）依次选择第i个字符对（1≤i≤N，N为文档总字符数），判断字符间距s；

若s = d磅，则为间隔标志，第n次检测到间隔标志，开始第n组水印信息的提取；

若s = d₁磅，则第n组水印信息提取一个码元“1”；

若s = d₂磅，则第n组水印信息提取一个码元“0”；

直到文档结束，提取出的n组二进制水印序列，逐一比较，根据统计学的大数判决法，得到正确的二进制水印序列Q=q ₁ q ₂ q ₃...q _r，其中q _s∈{0,1}，1≤s≤r；

（3）对二进制序列Q=q ₁ q ₂ q ₃...q _r，其中q _s∈{0,1}，1≤s≤r，当i mod7=0时（每7位码元），计算校正子的值，并做出判断：

①若3位校正子全为0，则可以判断水印信息未被篡改；

②其他取值，则可以判断水印信息被篡改，并对篡改进行定位，并根据表２进行一位错码的纠正，去除监督位；

表２

错码位置
				0	0	1
	0	1	0
				1	0	0
	0	1	1
				1	0	1
	1	1	0
				1	1	1
无错	0	0	0

③循环结束，得到解码后的二进制水印序列H'=h ₁ h ₂...h _l，h _s∈{0,1}，1≤s≤l，l=t/7*4。

（5）将输入的密钥信息转换为二进制序列D=d ₁ d ₂ d ₃...d _p，其中d _s∈{0,1}，1≤s≤p，与汉明解码后得到的二进制水印序列H'=h ₁ h ₂...h _l进行循环取模解密，得到解密后的二进制序列M =m ₁ m ₂ m ₃...m _g，其中m _s∈{0,1}，1≤s≤g；

（6）将二进制水印序列M =m ₁ m ₂ m ₃...m _g，其中m _s∈{0,1}，1≤s≤g每次循环取出8位码元，转换为byte型数组bbyte（m），

Figure 2013100300374100002DEST_PATH_IMAGE013

，将bbyte数组转换为字符串输出，水印提取成功。

Claims

1.一种基于字符间距编码的双重水印嵌入的文本水印方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

（1）将需要隐藏的水印信息M及密钥D转换为二进制序列；

2.根据权利要求1所述基于字符间距编码的双重水印嵌入的文本水印方法，其特征在于，所述步骤2）中水印信息M转换为二进制序列M =m ₁ m ₂ m ₃...m _g，其中m _s∈{0,1}，1≤s≤g；密钥D转换为二进制序列D=d ₁ d ₂ d ₃...d _p，其中d _s∈{0,1}，1≤s≤p；将水印与密钥的二进制序列进行循环取模加密，得到加密后的新的水印序列Q=q ₁ q ₂ q ₃...q _r，其中q _s∈{0,1}，1≤s≤r，其中，

。

3.根据权利要求2所述基于字符间距编码的双重水印嵌入的文本水印方法，其特征在于，所述步骤3）待嵌入的水印信息为加密后的水印信息数据Q=q ₁ q ₂ q ₃...q _r，对加密后的水印信息进行汉明编码，并每4位数据前添加3位监督码，生成带纠错编码新的二进制序列H=h ₁ h ₂...h _t，h _i∈{0,1}，1≤i≤t，t=l/7*4。

4.根据权利要求1所述基于字符间距编码的双重水印嵌入的文本水印方法，其特征在于，所述步骤5）中对水印信息进行无页面修改编码的循环嵌入，每次嵌入进行了纠错编码后的水印序列的“0”比特时将该载体字符的ItalicBi属性设为True，“1”比特时将该载体字符的BoldBi的属性值设置为False。

5.根据权利要求1所述基于字符间距编码的双重水印嵌入的文本水印方法，其特征在于，所述步骤6）中对水印信息进行字符间距编码的循环嵌入，每次嵌入进行了纠错编码后的水印序列一个比特时都修改一个载体字符对，使字符对的中的字符一个增加字符间距而另一个减少同样的字符间距，字符对对周围的字符呈现不变的位置特征。