CN109740316A - 一种动态水印嵌入、验证方法及系统和动态水印处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动态水印嵌入、验证方法及系统和动态水印处理系统，其中的动态水印嵌入方法包括：确定并存储水印信息；利用绑定信息生成符合水印嵌入比例的水印原像；将水印原像按照映射方式映射至数据字典，得到水印数据；将水印数据嵌入至原始数据集。在进行动态水印验证时，获取待验证数据集对应的水印信息，并按照与嵌入时相同的方法得到待验证的水印数据；根据待验证的水印数据在待验证数据集中进行匹配查询，并统计匹配通过量与待验证数据集数据量的比例；判断待验证的水印数据验证成功。本发明不仅实现了身份绑定以及水印的隐蔽、低损害和抗攻击性，还降低了管理成本；并且无需存储水印数据，大大降低了存储成本。
Description
技术领域
本发明涉及数据安全领域，具体涉及一种动态水印嵌入、验证方法及系统和动态水印处理系统。
背景技术
数字水印技术是信息隐藏技术的一种，它通过将一些标识信息直接嵌入数字载体(包括多媒体、文档、软件等)中而不影响原载体的使用，也不易被察觉。通过这些嵌入的信息能达到确认版权所有者、证明载体是否被篡改和追踪泄密用户等目的。早期的数字水印技术研究主要集中在图像和音频等多媒体水印方面；近年来，数据水印的实现因为保护信息安全、实现防伪溯源和版权保护而受到越来越多的重视。
现有的水印技术大都应用于数据维权，即数据的所有者在数据流转中标记自己的数据，以期在发生数据纠纷时能够有凭证判断数据的权属，这种情景下，水印具有个体性和私密性。而另一重要的应用场景，则是在数据流转中，交付不同用户的数据被非法泄露时对泄露源的判断。现有的水印技术方案为了为满足后一种应用场景，实现为绑定用户身份生成不同水印，采用的是为不同用户一一存储其独有的水印规则或条目的方式，这种方式虽然简单，但存在效率及安全性低的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种动态水印嵌入、验证方法及系统和动态水印处理系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种动态水印嵌入方法，包括：
步骤1、确定并存储水印信息，所述水印信息包括用户的绑定信息和对应的数据字典、映射方式和水印嵌入比例；
步骤2、利用所述绑定信息生成符合所述水印嵌入比例的水印原像；
步骤3、将所述水印原像按照所述映射方式映射至所述数据字典，得到水印数据；
步骤4、将所述水印数据嵌入至原始数据集。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种动态水印验证方法，包括：
步骤1、获取待验证数据集对应的水印信息，所述水印信息包括用户的绑定信息和对应的数据字典、映射方式和水印嵌入比例；
步骤2、利用所述绑定信息生成符合所述水印嵌入比例的水印原像；
步骤3、将所述水印原像按照所述映射方式映射至所述数据字典，得到待验证的水印数据；
步骤4、根据所述待验证的水印数据在所述待验证数据集中进行匹配查询，并统计匹配通过量与所述待验证数据集数据量的比例，即水印验出比；
步骤5、当确认所述水印验出比大于给定阈值，并且小于所述水印嵌入比例时，判断所述待验证的水印数据验证成功。
本发明还提供一种动态水印嵌入系统,包括：
存储模块，用于确定并存储水印信息，所述水印信息包括用户的绑定信息和对应的数据字典、映射方式和水印嵌入比例；
生成模块，用于利用所述绑定信息生成符合所述水印嵌入比例的水印原像；
映射模块，用于将所述水印原像按照所述映射方式映射至所述数据字典，得到水印数据；
嵌入模块，用于将所述水印数据嵌入至原始数据集。
本发明还提供一种动态水印验证系统，包括：
获取模块，用于获取待验证数据集对应的水印信息，所述水印信息包括用户的绑定信息和对应的数据字典、映射方式和水印嵌入比例；
生成模块，用于利用所述绑定信息生成符合所述水印嵌入比例的水印原像；
映射模块，用于将所述水印原像按照所述映射方式映射至所述数据字典，得到待验证的水印数据；
匹配模块，用于根据所述待验证的水印数据在所述待验证数据集中进行匹配查询，并统计匹配通过量与所述待验证数据集数据量的比例，即水印验出比；
判断模块，用于当确认所述水印验出比大于给定阈值，并且小于所述水印嵌入比例时，判断所述待验证的水印数据验证成功。
本发明还提供一种动态水印处理系统，包括上述动态水印嵌入系统和动态水印验证系统。
本发明的有益效果是：通过水印数据间接嵌入用户的绑定信息的方式，不仅实现了身份绑定以及水印的隐蔽、低损害和抗攻击性，还通过将水印的安全性转化为数据字典等水印参数以及用户绑定信息的安全性，降低了管理成本。同时，本发明无需存储水印数据，而是采用根据水印信息动态生成、验证水印的方式，大大降低了存储成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种动态水印嵌入方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种动态水印验证方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明实施例提供的一种动态水印嵌入方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
110、确定并存储水印信息，所述水印信息包括用户的绑定信息和对应的数据字典、映射方式和水印嵌入比例；
具体的，用户的绑定信息是指用以区分不同用户从而绑定生成不同水印数据的信息，可以是交易记录的流水号、用户密钥、用户标识或几项的组合等；要求对于不同的绑定信息，能够生成不同的水印数据集，并能识别区分。
水印嵌入比例指的是水印数据量占“嵌入后的总数据量”的比例，用于确定所需生成的水印数据量。
数据字典是指对原始数据的某一取值域，与其格式、内容限制匹配的取值空间，具体来讲，其构造方式可采用原数据集抽样方式，即对原始数据集的每个取值域(即可取不同值的数据内容部分)采取抽样方式从原始数据集中提取相应大小的取值集合，每个取值集合作为一个“数据字典文件”存储，也可以采用其他构造方式，如根据取值域具体内容构造，或利用其他来源的数据：比如原始数据集包含一个“姓名”的取值域，既可以编写程序构造随机姓名生成器并生成足够数量的姓名放入数据字典，也可以取网上已有的姓名数据集合作为数据字典。
另外，在数据字典的应用模式上，既可以采用静态存储，也可以采用动态模式，即数据字典并不存储取值域的具体值，而是一种规则限制，通过与水印映射的定义相配合，可以实现直接将水印原像映射成为相应取值域合法数据的效果，而“实现将水印原像映射成为相应取值域合法数据”就是数据字典的本质所在。
映射方式指的是将一段字节串映射至数据字典以生成具体数据取值的方法，例如，采用数组下标引用。具体而言，由于水印原像是字节串，假设其16进制表示为{0x2F,0x5B}，而“2F5B”转换为10进制的整数为“12123”，假设其对应的数据字典容量5000，则对其mod 5000，得到余数“2123”作为下标，该数据字典中下标为“2123”的元素(比如“张三”)为字节串{0x2F,0x5B}的映射结果。应当注意，下标引用仅仅是映射方式的一个例子，而非本发明所保护的唯一映射方式。
水印信息的存储方式既可以采用常规方式如数据库存储，也可以采用区块链等技术以保障数据的不可变更性。
120、利用所述绑定信息生成符合所述水印嵌入比例的水印原像；
具体的，根据字典大小、数量以及映射方式，能够确定所需水印原像的字节长度以及其他水印参数，再利用上述绑定信息，通过密码方式如哈希、加密等操作，根据预定水印嵌入比例，生成足够长度和数量的、与该绑定信息对应的字节串，用作水印原像。
例如，当映射方式采用了“数组下标引用”时，所以需要根据字典大小确定所需字节串的长度(该字节串将通过分割水印原像字节串以取其子串得到)，比如仍假设数据字典容量为5000，若字节串只包含一个字节，则只能表示2^8＝256个下标，而若包含两个字节则能表示2^16＝65536个下标，该字节串能表示的下标值必须大于等于数据字典的容量：所以当数据字典容量为5000时，其所需的字节串长度为两个字节。同时，数据集包含多个取值域，每个取值域将有一个数据字典相对应，所以所需水印原像的总长度，应当是每个数据字典所需字节串的长度之和，比如数据集包含10个取值域，每个数据字典都需要两个字节的水印原像，则该数据集所需水印原像的总长度为2*10＝20个字节。
在该实施例中，可对交易订单流水号使用哈希运算，得到所需水印原像字节长度的字节串；再使用用户密钥对其进行运算，直至得到预定水印比例数目的水印原像。其中，由于一次哈希生成的字节串为固定长度，比如MD5将生成16字节的字节串，如果需要的水印原像长为20字节，则可对哈希一次得到的16字节结果再做一次哈希，并将两次哈希的结果拼接，便得到了32字节的字节串，至此便够20字节了，若所需水印原像更长，则可再做哈希拼接，以此类推；接该例说明，将得到的32字节的字节串后利用用户密钥加密一次，得到第一条水印原像，再对该加密结果加密一次，得到第二条水印原像，以此类推，直到得到足够数量的水印原像(注意，一条水印原像将映射成为一条水印数据，故其需求数量取决于水印嵌入比例)。
130、将所述水印原像按照所述映射方式映射至所述数据字典，得到水印数据；
140、将所述水印数据嵌入至原始数据集。
具体的，为了进一步增强安全性，可将生成的水印数据随机均匀地插入原始数据集，若原始数据集具有某种明显的排序机制，则需先对该排序机制做预处理，取消该机制，或利用该机制保证插入后的水印数据随机而均匀地分布到整个数据集。比如原始数据集是结构化数据库(则一条水印数据在此背景下就是一行记录)，且插入数据行时自动添加递增的id号(假设其只有这一种排序机制)，这种情况下，新插入的数据将具有连续的id号且集中出现在数据表某一块，容易被去除，所以需要对排序机制做处理。第一种方式就是取消自增的id号这一栏，第二种方式则比如可以随机生成已有id号，使水印数据覆盖相应id号的原始数据(随机生成保证其位置均匀打散)，或者是其他方式。
本发明实施例提供的一种动态水印嵌入方法，通过水印数据间接嵌入用户的绑定信息的方式，不仅实现了身份绑定以及水印的隐蔽、低损害和抗攻击性，还通过将水印的安全性转化为数据字典等水印参数以及用户绑定信息的安全性，降低了管理成本。同时，本发明无需存储水印数据，而是采用根据水印信息动态生成水印的方式，大大降低了存储成本。
图2为本发明实施例提供的一种动态水印验证方法的流程图,如图2所示，该方法包括：
210、获取待验证数据集对应的水印信息，所述水印信息包括用户的绑定信息和对应的数据字典、映射方式和水印嵌入比例；
220、利用所述绑定信息生成符合所述水印嵌入比例的水印原像；
230、将所述水印原像按照所述映射方式映射至所述数据字典，得到待验证的水印数据；
240、根据所述待验证的水印数据在所述待验证数据集中进行匹配查询，并统计匹配通过量与所述待验证数据集数据量的比例，即水印验出比；
250、当确认所述水印验出比大于给定阈值，并且小于所述水印嵌入比例时，判断所述待验证的水印数据验证成功。
具体的，该方法用于从候选绑定信息恢复水印数据并判定其是否存在于某数据集中(即该数据集是否嵌有对应的水印)。根据上述动态水印嵌入方法可知，在存储时并未直接存储水印数据本身，而仅仅存储了用于生成水印数据的水印信息，所以验证时需要重新由水印信息“恢复”当初嵌入的水印数据，再进行匹配验证。
在需要对待验证数据集进行验证时，需要首先根据待验数据集，确定候选验证的绑定信息集合；再根据确定的绑定信息，从存储中获取相应的其他水印信息；根据水印信息记录，重复生成水印数据时同样的操作，恢复水印数据；利用完全匹配，或某种规则的模糊匹配算法，在待验水印数据集中查询用户对应的水印数据，并统计水印匹配通过量与该数据集数据量的比例，即水印验出比；在给定阈值下，比对上述水印验出比与水印信息记录中初始水印嵌入比，判断验证结果，具体来讲，当确认水印验出比大于给定阈值，并且小于所述水印嵌入比例时，判断待验证的水印数据验证成功。
下面结合一个具体实例来对本方法进行具体说明：
步骤1、根据待验水印数据集，调取待验水印的交易记录：现待验交易记录I和交易记录II对应的水印；
步骤2、在数据库中查询，得到交易记录I和交易记录II的水印信息；例如，交易记录I具有流水号sn1并指向用户密钥key1，交易记录II具有流水号sn2并指向用户密钥key2，两者使用相同的水印映射，指向相同的数据字典集，且水印嵌入比均为“1％”；
步骤3、对交易记录I和交易记录II分别恢复各自的水印数据；
步骤4、对每一条水印数据，在待验数据集中完全匹配查询，并得到二者对应的实际验出比；
步骤5、假设交易记录I的验出比为0.1％而交易记录II的验出比为0.9％，验证通过阈值取实际验出比在“0.5％以上”，则判断该数据集中嵌有交易记录II所指向的用户的水印，而无交易记录I所指向的用户的水印。
本发明实施例提供的一种动态水印验证方法，通过水印数据间接嵌入用户的绑定信息的方式，不仅实现了身份绑定以及水印的隐蔽、低损害和抗攻击性，还通过将水印的安全性转化为数据字典等水印参数以及用户绑定信息的安全性，降低了管理成本。同时，本发明无需存储水印数据，而是采用根据水印信息动态验证水印的方式，大大降低了存储成本。
本发明实施例提供一种动态水印嵌入系统,该系统中各个模块的功能原理已在上述内容中进行了介绍，以下不再赘述，该系统包括：
存储模块，用于确定并存储水印信息，所述水印信息包括用户的绑定信息和对应的数据字典、映射方式和水印嵌入比例；
生成模块，用于利用所述绑定信息生成符合所述水印嵌入比例的水印原像；
映射模块，用于将所述水印原像按照所述映射方式映射至所述数据字典，得到水印数据；
嵌入模块，用于将所述水印数据嵌入至原始数据集。
可选地，在该实施例中，该系统还包括：
确定模块，用于根据数据字典的大小、数量以及映射方式，确定生成水印原像所需字节串的长度；
所述生成模块，具体包括：
第一生成单元，用于利用所述绑定信息生成符合所述长度的字节串；
第二生成单元，用于利用所述字节串生成符合所述水印嵌入比例的水印原像。
本发明实施例提供一种动态水印验证系统，该系统中各个模块的功能原理已在上述内容中进行了介绍，以下不再赘述，该系统包括：
获取模块，用于获取待验证数据集对应的水印信息，所述水印信息包括用户的绑定信息和对应的数据字典、映射方式和水印嵌入比例；
生成模块，用于利用所述绑定信息生成符合所述水印嵌入比例的水印原像；
映射模块，用于将所述水印原像按照所述映射方式映射至所述数据字典，得到待验证的水印数据；
匹配模块，用于根据所述待验证的水印数据在所述待验证数据集中进行匹配查询，并统计匹配通过量与所述待验证数据集数据量的比例，即水印验出比；
判断模块，用于当确认所述水印验出比大于给定阈值，并且小于所述水印嵌入比例时，判断所述待验证的水印数据验证成功。
可选地，在该实施例中，该系统还包括：
确定模块，用于根据数据字典的大小、数量以及映射方式，确定生成水印原像所需字节串的长度；
所述生成模块具体包括：
第一生成单元，用于利用所述绑定信息生成符合所述长度的字节串；
第二生成单元，用于利用所述字节串生成符合所述水印嵌入比例的水印原像。
本发明实施例提供一种动态水印处理系统，该系统包括上述动态水印嵌入系统和动态水印验证系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种动态水印嵌入方法,其特征在于，包括：
步骤1、确定并存储水印信息，所述水印信息包括用户的绑定信息和对应的数据字典、映射方式和水印嵌入比例；
步骤2、利用所述绑定信息生成符合所述水印嵌入比例的水印原像；
步骤3、将所述水印原像按照所述映射方式映射至所述数据字典，得到水印数据；
步骤4、将所述水印数据嵌入至原始数据集。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
将所述水印数据随机均匀嵌入至原始数据集。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤2之前，还包括：根据数据字典的大小、数量以及映射方式，确定生成水印原像所需字节串的长度；
所述步骤2具体包括：
步骤2.1、利用所述绑定信息生成符合所述长度的字节串；
步骤2.2、利用所述字节串生成符合所述水印嵌入比例的水印原像。
4.一种动态水印验证方法,其特征在于，包括：
步骤1、获取待验证数据集对应的水印信息，所述水印信息包括用户的绑定信息和对应的数据字典、映射方式和水印嵌入比例；
步骤2、利用所述绑定信息生成符合所述水印嵌入比例的水印原像；
步骤3、将所述水印原像按照所述映射方式映射至所述数据字典，得到待验证的水印数据；
步骤4、根据所述待验证的水印数据在所述待验证数据集中进行匹配查询，并统计匹配通过量与所述待验证数据集数据量的比例，即水印验出比；
步骤5、当确认所述水印验出比大于给定阈值，并且小于所述水印嵌入比例时，判断所述待验证的水印数据验证成功。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤2之前，还包括：根据数据字典的大小、数量以及映射方式，确定生成水印原像所需字节串的长度；
所述步骤2具体包括：
步骤2.1、利用所述绑定信息生成符合所述长度的字节串；
步骤2.2、利用所述字节串生成符合所述水印嵌入比例的水印原像。
6.一种动态水印嵌入系统,其特征在于，包括：
存储模块，用于确定并存储水印信息，所述水印信息包括用户的绑定信息和对应的数据字典、映射方式和水印嵌入比例；
生成模块，用于利用所述绑定信息生成符合所述水印嵌入比例的水印原像；
映射模块，用于将所述水印原像按照所述映射方式映射至所述数据字典，得到水印数据；
嵌入模块，用于将所述水印数据嵌入至原始数据集。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：
确定模块，用于根据数据字典的大小、数量以及映射方式，确定生成水印原像所需字节串的长度；
所述生成模块，具体包括：
第一生成单元，用于利用所述绑定信息生成符合所述长度的字节串；
第二生成单元，用于利用所述字节串生成符合所述水印嵌入比例的水印原像。
8.一种动态水印验证系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取待验证数据集对应的水印信息，所述水印信息包括用户的绑定信息和对应的数据字典、映射方式和水印嵌入比例；
生成模块，用于利用所述绑定信息生成符合所述水印嵌入比例的水印原像；
映射模块，用于将所述水印原像按照所述映射方式映射至所述数据字典，得到待验证的水印数据；
匹配模块，用于根据所述待验证的水印数据在所述待验证数据集中进行匹配查询，并统计匹配通过量与所述待验证数据集数据量的比例，即水印验出比；
判断模块，用于当确认所述水印验出比大于给定阈值，并且小于所述水印嵌入比例时，判断所述待验证的水印数据验证成功。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：
确定模块，用于根据数据字典的大小、数量以及映射方式，确定生成水印原像所需字节串的长度；
所述生成模块具体包括：
第一生成单元，用于利用所述绑定信息生成符合所述长度的字节串；
第二生成单元，用于利用所述字节串生成符合所述水印嵌入比例的水印原像。
10.一种动态水印处理系统，其特征在于，包括如权利要求6或7所述的动态水印嵌入系统和如权利要求8或9所述的动态水印验证系统。
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