CN105303075A - 基于pdf格式的自适应文本水印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于PDF格式的自适应文本水印方法，该方法基于PDF格式，利用二次剩余理论自适应地选择要进行字移编码的字符位置，对整篇文档进行字符间距编码，使水印的嵌入位置呈现随机状态，这样水印嵌入位置没有规律而言，降低了水印被破坏的可能性，从而使得算法的鲁棒性得到了提高，实现了版权保护的目的。同时结合密码学原理和纠错编码理论，设计了循环嵌入、同步编码、汉明编码、循环加密等关键技术，进一步提高了算法的鲁棒性和安全性。

Description

基于PDF格式的自适应文本水印方法
技术领域
本发明属于计算机信息安全领域。用于对PDF格式文本文档的数字版权保护、数据真伪鉴别以及数据的安全通信。
背景技术
近年来，随着网络通信技术的迅猛发展，人们可以更方便快捷的在网络上传输、发表数字作品，同时也使得这些作品的版权问题显得尤为重要。数字水印技术在版权保护方面具有很大的优势，因此越来越多的人们投身于数字水印的研究。现如今，人们对水印的研究主要聚集在图像水印、视频水印以及音频水印，而对应用广泛的文本水印的研究比较少，成果也较少。而且越来越多的重要文件、军事机密、商业机密等的呈现方式也是文字材料，确保文本文档中信息的安全关系到国家的发展与安全。因此，对在PDF文档中实现数字水印的嵌入的研究十分重要。
PDF格式文档应用越来越广泛，由于其具有跨媒体、跨平台等优点，现已逐渐成为数字化时代的一个工业标准，在文本领域起着至关重要的作用。然而，在文本水印中，PDF文本水印的研究更是处于一个相对不成熟的发展阶段，这与PDF文档在文本信息领域的重要地位形成巨大的反差，因此，对PDF文本数字水印技术的研究显得格外重要。
发明内容
本发明提出了一种基于PDF格式的自适应文本水印方法，该方法基于PDF格式，利用二次剩余理论自适应地选择要进行字移编码的字符位置，对整篇文档进行字符间距编码，使水印的嵌入位置呈现随机状态，这样水印嵌入位置没有规律而言，降低了水印被破坏的可能性，从而使得算法的鲁棒性得到了提高，实现了版权保护的目的。同时结合密码学原理和纠错编码理论，设计了循环嵌入、同步编码、汉明编码、循环加密等关键技术，进一步提高了算法的鲁棒性和安全性，以克服上述现有技术的存在缺陷。
本发明提供一种基于PDF格式的自适应文本水印嵌入方法，包括以下步骤：
步骤A：将需要隐藏的版权信息M及密钥D根据编码规则转换为8位二进制序列；
步骤B：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水印序列；
步骤C：对二进制序列X进行纠错编码，为待嵌入的水印信息添加一定的纠错编码，得到水印序列P；
步骤D：在水印的二进制序列P的头部，加入同步标识F以及长度标识N，得到新的水印二进制比特序列W；
步骤E：在预嵌入水印位置TJ处，定位并选择具体嵌入水印位置，嵌入水印信息，具体步骤如下；
步骤E1、从文本第一个字符开始，以每个标点符号为界的一段文本，统计文本的字符数N；
步骤E2、遍历文档寻找预嵌入水印位置TJ，定位文档中各字符间距属性。判读字符数N的奇偶性，根据字符数N确定嵌入位；
步骤E2-1、若字符数为偶数且N＝2时，那么N的二次剩余为1，即嵌入水印的位置为1，即在第一个字符间距处嵌入水印信息；
步骤E2-2、若字符数N为非2的偶数时，取字符数N的平均值，然后判断N/2是否为质数，若为质数，求N/2的二次剩余，该二次剩余作为水印信息的嵌入位；
步骤E2-3、若字符数N为奇数，判断字符数N是否为质数，若是质数，求字符数N的二次剩余，该二次剩余作为水印信息的嵌入位；
步骤E2-4、若字符数N不是质数，判断(N-1)/2是否为质数，若是，求字符数N二次剩余，该二次剩余作为水印信息的嵌入位；否则的话不嵌入水印信息；
步骤F、依次修改二次剩余位置上的字符间距，当水印信息为1时，此处嵌入间距基数a。当水印信息为0时，此处嵌入负间距基数-a；
步骤G、重复步骤E和步骤F，循环嵌入水印信息，增大水印容量，提供水印鲁棒性；
步骤H、嵌入完成，保存已嵌入水印的PDF文档。
进一步，本发明提供一种基于PDF格式的自适应文本水印嵌入方法，还可以具有这样的特征：所述编码规则为ANSI编码规则。
进一步，本发明提供一种基于PDF格式的自适应文本水印嵌入方法，步骤C中，所述纠错编码为(7,4)汉明码编码。
进一步，本发明提供一种基于PDF格式的自适应文本水印嵌入方法，在循环嵌入水印信息的过程中，每当嵌入水印二进制序列的第一个比特为标识F时，以此标记水印起始位置。
另外，本发明提供一种基于PDF格式的自适应文本水印提取方法，包括以下步骤：
步骤一、统计含水印文本的字符数N，判断其奇偶性；
若字符数N为偶数且N＝2，那么N的二次剩余为1，即在第一个字符间距处嵌入了水印信息；
若字符数N为非2的偶数，取N的平均值，然后判断N/2是否为质数，若为质数，求N/2二次剩余，这些二次剩余就是水印信息的嵌入位；
若字符数N为奇数，判断字符数N是否为质数，若是字符数N为质数，求N的二次剩余，这些二次剩余就是水印信息的嵌入位置；
若字符数N为奇数，但不是质数，判断(N-1)/2是否为质数，若是，求(N-1)/2的二次剩余，这些二次剩余就是水印信息的嵌入位置；否则，没有嵌入水印信息；
步骤二、对提取的二进制序列M’进行同步解码，提取出循环嵌入的多个水印二进制序列Q’，利用长度标识，对各个水印二进制序列Q’进行大数判决，得出水印信息的有效长度，并提取出相应的水印二进制序列Q”，并对该二进制序列Q”进行纠错解码，得出正确的水印二进制序列X’；
步骤三、按照编码标准，转换密钥信息为二进制序列D，进行循环解密，得到最终的二进制序列W’；
步骤四、最后对水印二进制序列X’和密钥二进制序列D循环解密，得到最终的二进制序列W’，并根据编码标准，转换W’为水印字符串，并将该字符串作为水印信息输出。
进一步，本发明提供一种基于PDF格式的自适应文本水印提取方法，还可以具有这样的特征：所述编码规则为ANSI编码规则。
进一步，本发明还提供一种基于PDF格式的自适应文本水印提取方法，还可以具有这样的特征：步骤一中，若某处的字符间距为a，则对应的水印信息为1，若某处的字符间距为-a，则对应的水印信息为0。
进一步，本发明还提供一种基于PDF格式的自适应文本水印提取方法，还可以具有这样的特征：所述纠错解码为(7,4)汉明码编码。
发明的有益效果
本发明提出的嵌入方法是一种基于PDF格式的文本数字水印方法，通过操作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文本的字符间距中，通过引入二次剩余来确定水印嵌入位置，自适应的嵌入水印，以提高鲁棒性；并基于人类视觉模型，提出改进水印隐蔽性的方法，同时通过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等，以提高水印的安全性。
本发明提供的一种基于PDF格式的自适应文本水印方法，具有较好的隐蔽性和较强抗攻击能力，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是本发明的基于PDF格式的自适应文本水印嵌入方法流程图。
图2是本发明的基于PDF格式的自适应文本水印提取方法流程图。
图3是信息位与监督位对应关系图表。
图4是错码位置与校正子关系图表。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
如图1所示，基于PDF格式的自适应文本水印嵌入算法的流程图。
步骤A、将需要隐藏的版权信息M及密钥D根据ANSI编码规则转换为8位二进制序列。
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＝m1m2m3...ms，其中mi∈{0,1}，1≤i≤s，将密钥转换为二进制序列D＝d1d2d3...dt，其中di∈{0,1}，1≤i≤t。
步骤B、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水印序列。
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X＝x1x2x3...xl，其中xi∈{0,1}，1≤i≤l，其中l＝max{s,t}
x i = { m i &CirclePlus; d ( ( i - 1 ) mod t + 1 ) s &GreaterEqual; t d i &CirclePlus; m ( ( i - 1 ) mod s + 1 ) s < t , x i &Element; { 0 , 1 } , 1 &le; i &le; l
加密后的水印信息数据X＝x1x2x3...xl，其中xi∈{0,1}。
步骤C、对二进制序列X进行纠错编码，为待嵌入的水印信息添加一定的纠错编码，得到水印序列P。
对加密后的水印信息进行汉明编码，当smod4＝0时(每4位数据)按图3所示，添加监督码，生成新的二进制序列H＝h1h2...ht，hi∈{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。
步骤D、在水印的二进制序列P的头部，加入同步标识F以及长度标识N，得到新的水印二进制比特序列W。
步骤E、通过二次剩余理论，在预嵌入水印位置TJ处，定位并选择具体嵌入水印位置，嵌入水印信息。
步骤E1、从文本第一个字符开始，以每个标点符号为界(逗号、句号、问号、叹号和分号等)的一段文本，统计文本的字符数(包括标点符号)N；
步骤E2、遍历文档寻找预嵌入水印位置TJ，定位文档中各字符间距属性。判读字符数N的奇偶性，根据字符数N确定嵌入位。
步骤E2-1、若字符数为偶数且N＝2时，那么N的二次剩余为1，即嵌入水印的位置为1，即在第一个字符间距处嵌入水印信息。
步骤E2-2、若字符数N为非2的偶数时，取字符数N的平均值，然后判断N/2是否为质数，若为质数，求N/2的二次剩余，该二次剩余作为水印信息的嵌入位。
步骤E2-3、若字符数N为奇数，判断字符数N是否为质数，若是质数，求字符数N的二次剩余，该二次剩余作为水印信息的嵌入位。
步骤E2-4、若字符数N不是质数，判断(N-1)/2是否为质数，若是，求字符数N二次剩余，该二次剩余作为水印信息的嵌入位；否则的话不嵌入水印信息。
步骤F、依次修改二次剩余位置上的字符间距，当水印信息为1时，此处嵌入间距基数a。当水印信息为0时，此处嵌入负间距基数-a。间距基数a可以为任意字符串，如A1B2C3；相应的-a为-A-1-B-2-C-3。
步骤G、重复步骤E和步骤F，循环嵌入水印信息，增大水印容量，提供水印鲁棒性。
步骤H、嵌入完成，保存已嵌入水印的PDF文档。
在循环嵌入水印信息的过程中，每当嵌入水印二进制序列的第一个比特为标识F时，以此标记水印起始位置。
如图2所示，基于PDF格式的自适应文本水印提取算法的流程图。
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。
步骤一、统计含水印文本的字符数N，判断字符数N的奇偶性。
若字符数N为偶数且N＝2，那么N的二次剩余为1，即在第一个字符间距处嵌入了水印信息。
若字符数N为非2的偶数，取N的平均值，然后判断N/2是否为质数，若为质数，求N/2二次剩余，这些二次剩余就是水印信息的嵌入位。
若某处的字符间距为a，则对应的水印信息为1，若某处的字符间距为-a，则对应的水印信息为0。
若字符数N为奇数，判断字符数N是否为质数，若是字符数N为质数，求N的二次剩余，这些二次剩余就是水印信息的嵌入位置。
若字符数N为奇数，但不是质数，判断(N-1)/2是否为质数，若是，求(N-1)/2的二次剩余，这些二次剩余就是水印信息的嵌入位置；否则的话该句话没有嵌入水印信息。
步骤二、对提取的二进制序列M’进行同步解码，提取出循环嵌入的多个水印二进制序列Q’，利用长度标识，对各个水印二进制序列Q’进行大数判决，得出水印信息的有效长度，并提取出相应的水印二进制序列Q’’，并对该二进制序列Q’’进行汉明解码，得出正确的水印二进制序列X’。
步骤三、按照ANSI标准，转换密钥信息为二进制序列D，进行循环解密，得到最终的二进制序列W’。
步骤四、最后对水印二进制序列X’和密钥二进制序列D循环解密，得到最终的二进制序列W’，并根据ANSI标准，转换W’为水印字符串，并将该字符串作为水印信息输出。

Claims (8)

1.一种基于PDF格式的自适应文本水印嵌入方法，其特征在于：
步骤A：将需要隐藏的版权信息M及密钥D根据编码规则转换为8位二进制序列；
步骤B：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水印序列；
步骤C：对二进制序列X进行纠错编码，为待嵌入的水印信息添加一定的纠错编码，得到水印序列P；
步骤D：在水印的二进制序列P的头部，加入同步标识F以及长度标识N，得到新的水印二进制比特序列W；
步骤E：在预嵌入水印位置TJ处，定位并选择具体嵌入水印位置，嵌入水印信息，具体步骤如下；
步骤E1、从文本第一个字符开始，以每个标点符号为界的一段文本，统计文本的字符数N；
步骤E2、遍历文档寻找预嵌入水印位置TJ，定位文档中各字符间距属性。判读字符数N的奇偶性，根据字符数N确定嵌入位；
步骤E2-1、若字符数为偶数且N＝2时，那么N的二次剩余为1，即嵌入水印的位置为1，即在第一个字符间距处嵌入水印信息；
步骤E2-2、若字符数N为非2的偶数时，取字符数N的平均值，然后判断N/2是否为质数，若为质数，求N/2的二次剩余，该二次剩余作为水印信息的嵌入位；
步骤E2-3、若字符数N为奇数，判断字符数N是否为质数，若是质数，求字符数N的二次剩余，该二次剩余作为水印信息的嵌入位；
步骤E2-4、若字符数N不是质数，判断(N-1)/2是否为质数，若是，求字符数N二次剩余，该二次剩余作为水印信息的嵌入位；否则的话不嵌入水印信息；
步骤F、依次修改二次剩余位置上的字符间距，当水印信息为1时，此处嵌入间距基数a。当水印信息为0时，此处嵌入负间距基数-a；
步骤G、重复步骤E和步骤F，循环嵌入水印信息，增大水印容量，提供水印鲁棒性；
步骤H、嵌入完成，保存已嵌入水印的PDF文档。
2.根据权利要求1所述的基于PDF格式的自适应文本水印嵌入方法，其特征在于：
步骤A中，所述编码规则为ANSI编码规则。
3.根据权利要求1所述的基于PDF格式的自适应文本水印嵌入方法，其特征在于：
步骤C中，所述纠错编码为(7,4)汉明码编码。
4.根据权利要求1所述的基于PDF格式的自适应文本水印嵌入方法，其特征在于：
在循环嵌入水印信息的过程中，每当嵌入水印二进制序列的第一个比特为标识F时，以此标记水印起始位置。
5.一种基于PDF格式的自适应文本水印提取算法，其特征在于：
步骤一、统计含水印文本的字符数N，判断其奇偶性；
若字符数N为偶数且N＝2，那么N的二次剩余为1，即在第一个字符间距处嵌入了水印信息；
若字符数N为非2的偶数，取N的平均值，然后判断N/2是否为质数，若为质数，求N/2二次剩余，这些二次剩余就是水印信息的嵌入位；
若字符数N为奇数，判断字符数N是否为质数，若是字符数N为质数，求N的二次剩余，这些二次剩余就是水印信息的嵌入位置；
若字符数N为奇数，但不是质数，判断(N-1)/2是否为质数，若是，求(N-1)/2的二次剩余，这些二次剩余就是水印信息的嵌入位置；否则，没有嵌入水印信息；
步骤二、对提取的二进制序列M’进行同步解码，提取出循环嵌入的多个水印二进制序列Q’，利用长度标识，对各个水印二进制序列Q’进行大数判决，得出水印信息的有效长度，并提取出相应的水印二进制序列Q’’，并对该二进制序列Q’’进行纠错解码，得出正确的水印二进制序列X’；
步骤三、按照编码标准，转换密钥信息为二进制序列D，进行循环解密，得到最终的二进制序列W’；
步骤四、最后对水印二进制序列X’和密钥二进制序列D循环解密，得到最终的二进制序列W’，并根据编码标准，转换W’为水印字符串，并将该字符串作为水印信息输出。
6.根据权利要求5所述的基于PDF格式的自适应文本水印提取算法，其特征在于：所述编码规则为ANSI编码规则。
7.根据权利要求5所述的基于PDF格式的自适应文本水印提取算法，其特征在于：
步骤一中，若某处的字符间距为a，则对应的水印信息为1，若某处的字符间距为-a，则对应的水印信息为0。
8.根据权利要求5所述的基于PDF格式的自适应文本水印提取算法，其特征在于：所述纠错解码为(7,4)汉明码编码。
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