CN108268757B - 一种基于数字水印的数据库身份认证方法及装置 - Google Patents

一种基于数字水印的数据库身份认证方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于数字水印的数据库身份认证方法，包括：将人脸图像转化成水印嵌入数据库的指定位置；用户访问所述数据库时，从所述数据库中提取嵌入的所述水印，并将所述水印恢复为人脸图像信息；将用户提供的人脸图像信息与所述水印恢复出的人脸图像信息进行比较，确定用户的访问权限。本发明还同时公开了一种基于数字水印的数据库身份认证装置。

Description

一种基于数字水印的数据库身份认证方法及装置
技术领域
本发明涉及网络信息安全技术领域，特别涉及一种基于数字水印的数据库身份认证方法及装置。
背景技术
目前，网络信息化已经遍布在各行各业中，随着电子政务、电子商务等应用的快速发展，越来越多的数据库数据需要通过网络进行存储和发布。经过多年的积累，这些数据蕴含有巨大的社会价值和经济价值，是宝贵的数据资源。随着网络数据共享和数据交换需求的不断增多，数据库的安全访问也日益受到重视，如果不采取有效的安全控制和版权保护措施，会给攻击者提供可乘之机，造成无法预估的损失。基于安全考虑，数据库需要严格的数据库版权保护措施，身份认证、存取控制、审计功能、攻击检测、推理控制、数据加密等手段都是常见的安全策略，数字水印技术也由此应运而生。
数字水印技术是一种信息隐藏技术，数字水印的基本思想是：在数字图像、音频和视频等数字产品中嵌入秘密信息，以便保护数字产品的版权，证明产品的真实可靠性；数字水印还可以跟踪盗版行为，提供产品的附加信息。其中，密钥信息可以是版权标志、用户序列号或者产品的相关信息。一般来说，密钥信息需要经过适当变换，再嵌入到数字产品中取，通常称变换后的密钥信息为数字水印。虽然数字水印技术不能阻止盗版活动行为的发生，但数字水印可以判别对象是否受到保护，监视被保护数据的传播、非法拷贝，对数据进行真伪鉴别，解决版权纠纷等。数字水印技术弥补了密码、数字签名等技术的不足。因此，数字水印也逐渐应用在数据库中，以达到安全控制信息的目的。
另外，如今生物特征识别技术发展日渐成熟，应用日趋广泛，出现了生物特征识别技术的身份认证。这里，生物特征包括人脸、声音、虹膜、指纹、掌纹等，这些特征对每个人来说都是独一无二的，而且在一定时间内是不会改变的。生物特征认证具有不会丢失、被盗或被忘记等特点，而且可以防止权限的冒用等行为，为信息安全提供了更加有力的保障。其中，人脸作为一种生物特征，具有唯一性、稳定性、广泛性和易处理性，识别出的人脸信息特征值和结果，能唯一的确定用户，不会随着时间等因素的改变而改变，人脸识别技术已逐渐被应用在身份认证方面。
基于此，如果将数字水印技术与人脸识别技术相结合，应用在数据库身份认证方面，就可以使数据库中数据信息的安全防护更加安全有效。然而，由于数据库自身特点，数据冗余空间小，人脸图像转化成水印嵌入到数据库中存在一定的难度。同时，在人脸匹配时，要及时从数据库中还原人脸图像信息，就必须准确地找到嵌入的水印并可逆地还原水印嵌入过程。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种基于数字水印的数据库身份认证方法及装置，能有效解决水印嵌入数据库困难的问题，在保证数据库中数据信息安全的同时，能够准确快速地进行用户身份认证。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供了一种基于数字水印数据库身份认证方法，该方法包括：将人脸图像转化成水印嵌入数据库的指定位置；所述方法还包括：
用户访问所述数据库时，从所述数据库中提取嵌入的所述水印，并将所述水印恢复为人脸图像信息；
将用户提供的人脸图像信息与所述水印恢复出的人脸图像信息进行比较，确定用户的访问权限。
上述技术方案中，所述将人脸图像转化成水印嵌入所述数据库的指定位置，包括：
将人脸图像转化成水印信息，并将水印信息生成水印；确定唯一标识用户信息的嵌入参数，根据确定的嵌入参数计算所述水印在数据库中的嵌入位置，将所述嵌入位置作为指定位置嵌入所述水印。
上述技术方案中，所述水印信息还包括：权限信息。
上述技术方案中，所述从数据库中提取嵌入的所述水印，包括：
利用水印提取算法在水印嵌入的指定位置提取水印，将水印转换成水印信息；利用水印生成算法的逆算法从所述水印信息中恢复人脸图像信息。
上述技术方案中，所述将用户提供的人脸图像信息与所述水印恢复出的人脸图像信息进行比较，确定用户的访问权限，包括：
如果比较后误差范围小于预设阈值，则按照权限信息赋予用户访问权限；如果比较后误差值范围大于预设阈值，则拒绝所述用户访问。
本发明实施例还提供了一种基于数字水印的数据库身份认证装置，所述装置包括：水印生成模块、水印嵌入模块、水印提取模块、身份认证模块；其中，
所述水印生成模块，用于将人脸图像转化成水印；
所述水印嵌入模块，用于将所述水印生成模块转化成的水印嵌入数据库的指定位置；
所述水印提取模块，用于在用户访问所述数据库时，从所述数据库中提取嵌入的水印，并将所述水印恢复为人脸图像信息；
所述身份认证模块，用于将用户提供的人脸图像信息与水印恢复出的人脸图像信息进行比较，确定用户的访问权限。
上述技术方案中，所述水印生成模块，具体用于将人脸图像转化成水印信息，并将水印信息生成水印；
所述水印嵌入模块，具体用于确定唯一标识用户信息的嵌入参数，根据确定的嵌入参数计算所述水印在数据库中的嵌入位置，将所述嵌入位置作为指定位置嵌入所述水印。
上述技术方案中，所述水印信息还包括：权限信息。
上述技术方案中，所述水印提取模块，具体用于利用水印提取算法在水印嵌入的指定位置提取水印，将水印转换成水印信息；利用水印生成算法的逆算法从所述水印信息中恢复人脸图像信息。
上述技术方案中，所述身份认证模块，具体用于如果比较后误差范围小于预设阈值，则按照权限信息赋予用户访问权限；如果比较后误差值范围大于预设阈值，则拒绝所述用户访问。
本发明实施例所提供的基于数字水印的数据库身份认证方法及装置，将人脸图像转化成水印嵌入数据库的指定位置；用户访问所述数据库时，从所述数据库中提取嵌入的所述水印，并将所述水印恢复为人脸图像信息；将用户提供的人脸图像信息与所述水印恢复出的人脸图像信息进行比较，确定用户的访问权限。可见，本发明实施例能有效地将数字水印技术和人脸识别技术相结合，选取性能好的水印生成算法将人脸图像转化成水印，更加安全有效地保护数据库中的数据信息；并且，由于采用唯一标识用户信息的嵌入参数，并根据确定的嵌入参数计算所述水印在数据库中的嵌入位置，之后直接在嵌入位置嵌入所述水印，如此，可以更加方便地将水印嵌入到数据库中，在进行人脸识别时，能利用水印提取算法通过嵌入参数在水印嵌入的指定位置准确快速地提取水印，利用水印生成算法的逆算法恢复出人脸图像信息，快速进行身份认证。
附图说明
图1为本发明实施例基于数字水印的数据库身份认证方法的实现流程示意图；
图2为本发明实施例水印生成流程示意图；
图3为本发明实施例水印嵌入流程示意图；
图4为本发明实施例水印去提取流程示意图；
图5为本发明实施例数据库身份认证流程示意图
图6为本发明实施例基于数字水印的数据库身份认证装置组成结构示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地说明本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的阐述。
本发明实施例提供的基于数字水印的数据库身份认证方法的实现流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤101：将人脸图像转化成水印嵌入所述数据库的指定位置；
本步骤进一步包括两个子步骤：
步骤101a：将人脸图像转化成水印信息，并将水印信息生成水印；
在步骤101a之前，可以先使用优化的算法对人脸图像进行优化，之后再将人脸图像转化成水印信息；
这里，所述对人脸图像进行优化可以是对人脸图像进行压缩；所述优化的算法是指对已有图像压缩算法的参数进行优化后的图像压缩算法，所谓优化可以是根据实验值或经验值修改参数取值，使图像压缩的效果更好；所述将人脸图像转化成水印信息可以是使用已有的水印生成算法将水印信息生成水印；
具体的，水印生成流程如图2所示，包括以下处理步骤：
步骤a：先对人脸图像进行压缩，以优化人脸图像；
这里，图像压缩是为了确保水印信息足够短，便于嵌入到数据库中。对于数据库水印技术，是通过对数据库中的数据引入误差来达到保护数据库的目的，但同时也要求数据库水印必须保证透明性，即：水印嵌入过程不影响数据库的正常使用，因此引入的误差必须控制在确保数据库水印透明的范围内。
另外，考虑到数据库本身的数据特点是冗余空间小，因此水印信息需要足够短；而一般来说图像数据的冗余量比较大，所以，为满足图像应用于水印的目的，需要对图像进行压缩。这里，可以采用优化的算法对所述人脸图像进行压缩，便于所述人脸图像生成的水印能嵌入到数据库中，且占用尽量少的空间。
步骤b：对优化后的人脸图像进行人脸图像增强；
这里，所述人脸图像增强是采用已有的图像增强算法对人脸图像进行阈值计算和位扩展，得到图像增强后的人脸图像；
步骤c：经过图像增强的人脸图像进行编码二值化，将人脸图像生成二进制串的人脸图像信息。
步骤d：将人脸图像信息和权限信息转化为水印信息，再将水印信息通过水印生成算法转换成水印；
这里，所述权限信息也为二进制串；所述转化是将编码二值化后的人脸图像信息和预先设置的权限信息合并为水印信息，作为水印生成算法的输入，采用水印生成算法生成水印；
其中，权限信息是访问用户被赋予的数据库访问权限控制信息，权限信息通常由管理员预先设置并提供，可以根据访问用户自身情况，合理分配访问用户访问权限的大小；之后与人脸图像信息一同生成水印，嵌入到数据库中存放用户信息的特定区域。
本发明实施例中，所述水印生成算法可以采用基于小波变换的图像水印算法。
步骤101b：确定唯一标识用户信息的嵌入参数，根据确定的嵌入参数计算所述水印在数据库中的嵌入位置，将所述嵌入位置作为指定位置嵌入所述水印；
本步骤是水印的嵌入流程，结合图3所示，步骤101b具体包括：
先选择合适的嵌入参数；这里，可以根据数据库的使用性、精确性以及容错性的要求，选取数据库中特殊的数字型字段作为嵌入参数，一般可以选择能唯一标识用户信息的关键信息作为嵌入参数，比如用户的身份证号。
选择嵌入参数后，根据所述嵌入参数计算嵌入位置，并将计算出的嵌入位置作为指定位置，在数据库中指定位置嵌入水印；
这里，需要对数据库中的元组分组，选择出具有用户信息的元组，根据选择的嵌入参数计算出所述选择数据组中嵌入位置；所述计算具体包括：将选出的嵌入参数和生成的水印分别进行hash值运算，将嵌入参数的hash值与水印的hash值相加，计算得出唯一的地址，即嵌入位置；之后，将步骤101中生成的水印转换成水印流，将水印流嵌入数据库中所述嵌入位置；其中，水印流相当于水印组成的数据流，水印转成水印流可以使用文件转换方法，比如java的file文件操作。
步骤101b嵌入水印之后，还可以进一步包括检验水印嵌入的有效性；
具体的，检验水印嵌入后是否有效，如果嵌入的水印有效，则保留所嵌入的水印；如果嵌入的水印无效，则回滚数据，将数据恢复为嵌入水印前的数据。
步骤102，用户访问数据库时，从数据库中提取嵌入的所述水印，并将所述水印恢复为人脸图像信息；
本步骤是水印的提取流程，结合图4所示，步骤102具体包括：
根据步骤101b中选择的嵌入参数，对嵌入参数计算hash值，得到水印的嵌入位置；在数据库中找到嵌入位置，提取出嵌入位置构成水印流的水印，运用水印生成算法的逆算法将水印流恢复成水印信息。
本发明实施例中，所述水印生成算法的逆算法可以是基于小波变换的图像水印算法的逆算法。
步骤103，将用户提供的人脸图像信息与所述水印恢复出的人脸图像信息进行比较，确定用户的访问权限；
本步骤是数据库身份认证流程，结合图5所示，步骤103具体包括：对用户提供的人脸图像信息与所述水印恢复出的人脸图像信息进行比较后，如果比较后误差值范围小于预设阈值，则按照权限信息赋予用户访问权限；如果比较后误差值范围大于预设阈值，则拒绝该用户访问。
这里，所述预设阈值可以根据人脸识别设备自身的人脸匹配度阈值进行设置，或者根据现有普遍的人脸识别阈值范围进行设置；可以设置阈值为75％；
其中，用户的访问权限是根据权限信息进行配置，高级用户可访问的权限和进行的操作范围大，低级用户可访问的权限和进行的操作范围小，管理员根据访问用户的身份级别的高低赋予访问用户访问权限的大小。
为实现上述基于数字水印的数据库身份认证方法，本发明实施例还提供了一种基于数字水印的数据库身份认证装置，所述装置的组成结构如图6所示，包括：水印生成模块11、水印嵌入模块12、水印提取模块13、身份认证模块14；其中，
所述水印生成模块11，用于将人脸图像转化成水印；
所述水印嵌入模块12，用于将所述水印生成模块11转化成的水印嵌入数据库的指定位置；
所述水印提取模块13，用于在用户访问所述数据库时，从所述数据库中提取嵌入的水印，并将所述水印恢复为人脸图像信息；
所述身份认证模块14，用于将用户提供的人脸图像信息与水印恢复出的人脸图像信息进行比较，确定用户的访问权限。
此外，所述水印生成模块11，具体用于将人脸图像转化成水印信息，并将水印信息生成水印。所述水印嵌入模块，具体用于确定唯一标识用户信息的嵌入参数，根据确定的嵌入参数计算所述水印在数据库中的嵌入位置，将所述嵌入位置作为指定位置嵌入所述水印。所述提取模块13，具体用于利用水印提取算法在水印嵌入的指定位置提取水印，将水印转换成水印信息；利用水印生成算法的逆算法从所述水印信息中恢复人脸图像信息。所述身份认证模块，具体用于如果比较后误差范围小于预设阈值，则按照权限信息赋予用户访问权限；如果比较后误差值范围大于预设阈值，则拒绝所述用户访问。
这里，水印信息还包括权限信息；具体的，水印生成模块11使用优化的算法对人脸图像进行优化，之后再将人脸图像和权限信息转化为水印信息，再将水印信息通过水印生成算法转换成水印。水印生成之后，水印嵌入模块12选择合适的嵌入参数，根据所述嵌入参数计算嵌入位置，并将计算出的嵌入位置作为指定位置，在数据库中指定位置嵌入水印。
进一步地，当用户访问数据库时，水印提取模块13从数据库中提取嵌入的所述水印，并将所述水印恢复为人脸图像信息。人脸图像信息恢复之后，身份认证模块14将用户提供的人脸图像信息与水印恢复出的人脸图像信息进行对比，确定用户的访问权限：如果比较后误差值范围小于预设阈值，则按照权限信息赋予用户访问权限；如果比较后误差值范围大于预设阈值，则拒绝该用户访问。
在实际应用中，所述水印生成模块11、水印嵌入模块12、水印提取模块13、身份认证模块14均可由位于网络设备上的中央处理器(CPU，Central Processing Unit)、微处理器(MPU，Micro Processor Unit)、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)、或现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)等实现。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于数字水印的数据库身份认证方法，其特征在于，将人脸图像转化成水印嵌入数据库的指定位置；所述方法还包括：
用户访问所述数据库时，从所述数据库中提取嵌入的所述水印，并将所述水印恢复为人脸图像信息；
将用户提供的人脸图像信息与所述水印恢复出的人脸图像信息进行比较，确定用户的访问权限；
所述将人脸图像转化成水印嵌入所述数据库的指定位置，包括：将人脸图像转化成水印信息，并将水印信息生成水印；确定唯一标识用户信息的嵌入参数，根据确定的嵌入参数计算所述水印在数据库中的嵌入位置，将所述嵌入位置作为指定位置嵌入所述水印；
所述根据确定的嵌入参数计算所述水印在数据库中的嵌入位置，包括；
将选出的嵌入参数和生成的水印分别进行hash值运算，将嵌入参数的hash值与水印的hash值相加，计算得出的地址作为所述嵌入位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水印信息还包括：权限信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从数据库中提取嵌入的所述水印，并将所述水印恢复为人脸图像信息，包括：
利用水印提取算法在水印嵌入的指定位置提取水印，将水印转换成水印信息；利用水印生成算法的逆算法从所述水印信息中恢复人脸图像信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将用户提供的人脸图像信息与所述水印恢复出的人脸图像信息进行比较，确定用户的访问权限，包括：
如果比较后误差范围小于预设阈值，则按照权限信息赋予用户访问权限；如果比较后误差值范围大于预设阈值，则拒绝所述用户访问。
5.一种基于数字水印的数据库身份认证装置，其特征在于，所述装置包括：水印生成模块、水印嵌入模块、水印提取模块、身份认证模块；其中，
所述水印生成模块，用于将人脸图像转化成水印；
所述水印嵌入模块，用于将所述水印生成模块转化成的水印嵌入数据库的指定位置；
所述水印提取模块，用于在用户访问所述数据库时，从所述数据库中提取嵌入的水印，并将所述水印恢复为人脸图像信息；
所述身份认证模块，用于将用户提供的人脸图像信息与水印恢复出的人脸图像信息进行比较，确定用户的访问权限；
所述水印生成模块，具体用于将人脸图像转化成水印信息，并将水印信息生成水印；
所述水印嵌入模块，具体用于确定唯一标识用户信息的嵌入参数，根据确定的嵌入参数计算所述水印在数据库中的嵌入位置，将所述嵌入位置作为指定位置嵌入所述水印；
其中，所述水印嵌入模块具体用于；
将选出的嵌入参数和生成的水印分别进行hash值运算，将嵌入参数的hash值与水印的hash值相加，计算得出的地址作为所述嵌入位置。
6.根据权利要求5所述基于数字水印的数据库身份认证装置，其特征在于，所述水印信息还包括：权限信息。
7.根据权利要求5所述基于数字水印的数据库身份认证装置，其特征在于，所述水印提取模块，具体用于利用水印提取算法在水印嵌入的指定位置提取水印，将水印转换成水印信息；利用水印生成算法的逆算法从所述水印信息中恢复人脸图像信息。
8.根据权利要求5所述基于数字水印的数据库身份认证装置，其特征在于，所述身份认证模块，具体用于如果比较后误差范围小于预设阈值，则按照权限信息赋予用户访问权限；如果比较后误差值范围大于预设阈值，则拒绝所述用户访问。
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CB02 Change of applicant information

Address after: 310012 building A01, 1600 yuhangtang Road, Wuchang Street, Yuhang District, Hangzhou City, Zhejiang Province

Applicant after: CHINA MOBILE (HANGZHOU) INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Applicant after: China Mobile Communications Corp.

Address before: 310012, No. 14, building three, Chang Torch Hotel, No. 259, Wensanlu Road, Xihu District, Zhejiang, Hangzhou

Applicant before: CHINA MOBILE (HANGZHOU) INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Applicant before: China Mobile Communications Corp.

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GR01 Patent grant
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