CN110414194B - 一种文本水印的嵌入及提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种文本水印的嵌入及提取方法。该方法为：首先将水印信息替换为二进制字符串，在原文本的每一个单词后嵌入一个特殊的水印标识，生成一个包括原文本字数以及水印信息的二进制字符串；然后将二进制字符串替换为Unicode零宽度控制字符，形成不可见水印，查找原文本的每一个标记字符，将不可见水印重复嵌入到字符后面；提取文本水印时，先查找待检测文本中被特殊水印标记的单词；然后提取待检测文本标记字符后面的零宽度水印字符串，并还原为二进制字符串，从中提取原文本单词数以及水印信息；最后计算待测文本与原文本的相似性，判断文本的原始性，输出水印信息。本发明水印嵌入容量高，且可靠性强、不易丢失、鲁棒性好。

Description

一种文本水印的嵌入及提取方法
技术领域
本发明属于文本水印、信息隐藏技术领域，特别是一种文本水印的嵌入及提取方法。
背景技术
随着互联网以及社交媒体越来越广泛的使用，人们的日常活动产生了重大的商业和社会影响。一般而言，社交媒体可以比传统服务或网点更快地共享即时新闻、文章、电子书等，虽然它带来了丰富的信息，但也带来了关于如何验证和指定此类信息的准确性及原创性的问题。随着智能手机、平板电脑等智能设备使用量的增长，用户可以轻松地重现或重新分享虚假信息。由于数字文本是互联网上使用最广泛的数字媒体之一，网站、社交媒体、文章、电子书等的重要部分都为纯文本，因此，对文本的版权保护是一个必须改进的问题，以提供所有权证明并获得敏感数字文本的理想的准确性。
针对文本的版权问题，研究人员提出了一些与Unicode编码相关的文本水印研究技术，如文献1(S.G.Rizzo,F.Bertini,D.Montesi,“Content-preserving TextWatermarking through Unicode Homoglyph Substitution”,IDEAS'16 Proceedings ofthe 20th International Database Engineering&Applications Symposium,2016；pp.97-104.)提出了一种名为TWSM的文本水印方法，它隐藏了拉丁语文本中被加密的水印，这种方法使用同形字符、Unicode字符和特殊空格来将水印嵌入到文本中，可以将64位水印隐藏到只有46个字符的短文本中，而且它还提供了高不可见性和高的嵌入容量。然而，它易受到失真攻击，修改带有水印的文本字体类型将导致水印位丢失，并且由于使用了同形字符，该算法只能用于拉丁语文本。
现有的文本水印技术有三点不足：一是文本水印的嵌入容量不高，二是水印抵御攻击的鲁棒性较低，三是嵌入的水印可能会影响文本的结构甚至内容，降低了文本水印的安全性与准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以平衡嵌入容量、鲁棒性、透明性的文本水印的嵌入及提取方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种文本水印的嵌入及提取方法，包括以下步骤：
步骤1、将水印信息的每个字符用设定的规则替换为二进制字符串；
步骤2、在原文本的每一个单词后嵌入一个特殊水印标识，即Unicode十六进制编码为202D的零宽度控制字符；
步骤3、生成一个包括原文本字数以及水印信息的二进制字符串；
步骤4、将二进制字符串根据规则替换为Unicode零宽度控制字符，形成不可见水印，查找原文本的每一个“。”、“！”、“？”字符，将不可见水印重复嵌入到原文本的每一个“。”、“！”、“？”字符后面；
步骤5、查找并计算待检测文本中被特殊水印标识标记的单词；
步骤6、查找并提取待检测文本“。”、“！”、“？”字符后面的零宽度水印字符串，并还原为二进制字符串；
步骤7、从还原的二进制字符串中提取原文本单词数以及水印信息；
步骤8、计算待测文本与原文本的相似性，判断文本的原始性，输出水印信息。
进一步地，步骤1所述的将水印信息的每个字符用设定的规则替换为二进制字符串，具体如下：
每一个字符根据设定的规则进行编码，每一个字符编码为一个6位二进制字符串，将每个6位字符串组合到一起形成水印信息的二进制字符串，如表1所示：
表1字符与二进制字符串替换规则
进一步地，步骤3所述的生成一个包括原文本字数以及水印信息的二进制字符串，具体如下：
步骤3.1、计算原文本的字数nw，将nw转化为二进制字符串；
步骤3.2、将nw二进制字符串与步骤1所述生成的水印二进制字符串进行组合，两者中间拼接“101111”字符串以区分nw及水印字符串，由此生成一个包括原文本字数以及水印信息的二进制字符串：nw二进制字符串+“101111”+水印二进制字符串。
进一步地，步骤4中所述的将二进制字符串根据规则替换为Unicode零宽度控制字符，具体如下：
将二进制字符串的每连续三位分为一个小组，每个小组根据设定的规则替换为相应的两个Unicode零宽度控制字符，如表2所示：
表2字符串与零宽度字符替换规则
进一步地，步骤5所述的查找并计算待检测文本中被特殊水印标记的单词，具体为：
遍历待测文本中的每个单词，若该单词具有特殊水印标识，则vi为1，否则vi为0，i＝1，2，3，...nw′，由此生成一个向量v＝(v1，v2，v3，…，vnw′)，nw′为待测文本的单词数。
进一步地，步骤6所述的查找并提取待检测文本“。”、“！”、“？”字符后面的零宽度水印字符串，并还原为二进制字符串，具体如下：
查找“。”、“！”、“？”字符后面的零宽度水印字符串，依据设定的规则，用相应的3位的二进制字符串替换每连续的两个零宽度字符，获得一个完整的二进制字符串。
进一步地，步骤7所述的从还原的二进制字符串中提取原文本单词数以及水印信息，具体：
步骤7.1、将二进制字符串每6位分为一个小组，根据设定的规则，将每6位二进制字符串替换为相应的字符，形成一个完整的水印字符串；
步骤7.2、查找水印字符串中的“！”，提取“！”字符前面与后面的两个子字符串，前面的子字符串即原文本的nw，后面的子字符串即水印信息。
进一步地，步骤8中所述的计算待测文本与原文本相似性，判断文本的原始性，具体如下：
步骤8.1、计算待测文本的单词数为nw′；
步骤8.2、计算AC，设定AC为原文本与待测文本的相似性，μ＝(w1，w3，w3，…，wnw)＝(1，1，1，…，1)，计算公式为：
其中α＝Min{|nw|，|nw′|}，α1＝Max{|nw|，|nw′|}；
步骤8.3、判断AC的值，若AC为1，则文本为未被修改的原始文本；若AC为0，则文本为已经进行过修改操作的非原始文本。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)通过在文本信息中嵌入不可见的水印，提高了文本信息在社交媒体上的可靠性；(2)具有高的水印嵌入容量，且水印不容易在网络分享及传播中丢失或损失，具有较好的鲁棒性。
附图说明
图1是本发明的文本水印的嵌入及提取方法的流程示意图。
图2是本发明实施例中文本水印嵌入的流程示意图。
具体实施方式
结合图1，本发明文本水印的嵌入及提取方法，包括以下步骤：
步骤1、将水印信息的每个字符用设定的规则替换为二进制字符串；
步骤2、在原文本的每一个单词后嵌入一个特殊水印标识，即Unicode十六进制编码为202D的零宽度控制字符；
步骤3、生成一个包括原文本字数以及水印信息的二进制字符串；
步骤4、将二进制字符串根据规则替换为Unicode零宽度控制字符，形成不可见水印，查找原文本的每一个“。”、“！”、“？”字符，将不可见水印重复嵌入到原文本的每一个“。”、“！”、“？”字符后面；
步骤5、查找并计算待检测文本中被特殊水印标识标记的单词；
步骤6、查找并提取待检测文本“。”、“！”、“？”字符后面的零宽度水印字符串，并还原为二进制字符串；
步骤7、从还原的二进制字符串中提取原文本单词数以及水印信息；
步骤8、计算待测文本与原文本的相似性，判断文本的原始性，输出水印信息。
进一步地，步骤1所述的将水印信息的每个字符用设定的规则替换为二进制字符串，具体如下：
每一个字符根据设定的规则进行编码，每一个字符编码为一个6位二进制字符串，将每个6位字符串组合到一起形成水印信息的二进制字符串，如表1所示：
表1字符与二进制字符串替换规则
进一步地，步骤3所述的生成一个包括原文本字数以及水印信息的二进制字符串，具体如下：
步骤3.1、计算原文本的字数nw，将nw转化为二进制字符串；
步骤3.2、将nw二进制字符串与步骤1所述生成的水印二进制字符串进行组合，两者中间拼接“101111”字符串以区分nw及水印字符串，由此生成一个包括原文本字数以及水印信息的二进制字符串：nw二进制字符串+“101111”+水印二进制字符串。
进一步地，步骤4中所述的将二进制字符串根据规则替换为Unicode零宽度控制字符，具体如下：
将二进制字符串的每连续三位分为一个小组，每个小组根据设定的规则替换为相应的两个Unicode零宽度控制字符，如表2所示：
表2字符串与零宽度字符替换规则
进一步地，步骤5所述的查找并计算待检测文本中被特殊水印标记的单词，具体如下：
遍历待测文本中的每个单词，若该单词具有特殊水印标识，则vi为1，否则vi为0，i＝1，2，3，...nw′，由此生成一个向量v＝(v1，v2，v3，…，vnw′)，nw′为待测文本的单词数。
进一步地，步骤6所述的查找并提取待检测文本“。”、“！”、“？”字符后面的零宽度水印字符串，并还原为二进制字符串，具体如下：
查找“。”、“！”、“？”字符后面的零宽度水印字符串，依据设定的规则，用相应的3位的二进制字符串替换每连续的两个零宽度字符，获得一个完整的二进制字符串。
进一步地，步骤7所述的从还原的二进制字符串中提取原文本单词数以及水印信息，具体：
步骤7.1、将二进制字符串每6位分为一个小组，根据设定的规则，将每6位二进制字符串替换为相应的字符，形成一个完整的水印字符串；
步骤7.2、查找水印字符串中的“！”，提取“！”字符前面与后面的两个子字符串，前面的子字符串即原文本的nw，后面的子字符串即水印信息。
进一步地，步骤8中所述的计算待测文本与原文本相似性，判断文本的原始性，具体如下：
步骤8.1、计算待测文本的单词数为nw′；
步骤8.2、计算AC，设定AC为原文本与待测文本的相似性，μ＝(w1，w3，w3，…，wnw)＝(1，1，1，…，1)，计算公式为：
其中α＝Min{|nw|，|nw′|}，α1＝Max{|nw|，|nw′|}；
步骤8.3、判断AC的值，若AC为1，则文本为未被修改的原始文本；若AC为0，则文本为已经进行过修改操作的非原始文本。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例
结合图1，本发明文本水印的嵌入及提取方法，包括以下步骤：
步骤1、将水印信息的每个字符用设定的规则替换为二进制字符串，具体如下：
将水印信息的每一个字符根据表1所示规则进行编码，每一个字符编码为6位二进制字符串，将每个6位字符串组合到一起形成水印信息的二进制字符串。
表1字符与二进制字符串替换规则
步骤2、为原文本的每一个单词后嵌入一个特殊的水印标识，即Unicode十六进制编码为U+202D的零宽度控制字符；
步骤3、生成一个包括原文本字数以及水印信息的二进制字符串，具体如下：
步骤3.1、计算原文本的字数nw，将nw转化为二进制字符串；
步骤3.2、将nw二进制字符串与步骤1所述生成的水印二进制字符串进行组合，两者中间拼接“101111”字符串以区分nw及水印字符串，由此生成一个包括原文本字数以及水印信息的二进制字符串：nw二进制字符串+“101111”+水印二进制字符串。
步骤4、将二进制字符串根据规则替换为Unicode零宽度控制字符，形成不可见水印，查找原文本的每一个“。”、“！”、“？”字符，将不可见水印重复嵌入到原文本的每一个“。”、“！”、“？”字符后面，具体如下：
结合图2，是本发明的一个水印嵌入示例，二进制字符串的每连续三位分为一个小组，每个小组根据表2所示规则替换为相应的两个Unicode零宽度控制字符，形成不可见水印，查找原文本的每一个“。”、“！”、“？”字符，将不可见水印重复嵌入到原文本的每一个“。”、“！”、“？”字符后面。
表2字符串与零宽度字符替换规则
步骤5、查找并计算待检测文本中被特殊水印标记的单词，具体如下：
遍历待测文本中每个单词，若该单词具有特殊水印标识，则vi为1，否则vi为0，由此生成一个向量v＝(v1，v2，v3，…，vnw，)。
步骤6、查找并提取待检测文本“。”、“！”、“？”字符后面的零宽度水印字符串，并还原为二进制字符串，具体如下：
查找“。”、“！”、“？”字符后面的零宽度水印字符串，依据表2中所述的规则，用相应的3位的二进制字符串替换每连续的两个零宽度字符，获得一个完整的二进制字符串。
步骤7、从还原的二进制字符串中提取原文本单词数以及水印信息，具体如下：
步骤7.1、将二进制字符串每6位分为一个小组，根据表1所述的规则，将每6位二进制字符串替换为相应的字符，形成一个完整的水印字符串；
步骤7.2、查找水印字符串中的“！”，提取“！”字符前面与后面的两个子字符串，前面的子字符串即原文本的nw，后面的子字符串即水印信息。
步骤8、计算待测文本与原文本的相似性，判断文本的原始性，输出水印信息，具体如下：
步骤8.1、计算待测文本的单词数为nw′；
步骤8.2、计算AC，设定AC为原文本与待测文本的相似性，μ＝(w1，w3，w3，…，wnw)＝(1，1，1，…，1)，计算公式为：
其中α＝Min{|nw|，|nw′|}，α1＝Max{|nw|，|nw′|}.
步骤8.3、判断AC的值，若AC为1，则文本为未被修改的原始文本；若AC为0，则文本为已经进行过修改操作的非原始文本。
本发明通过在文本信息中嵌入不可见的水印，提高了文本信息在社交媒体上的可靠性；并且具有高的水印嵌入容量，且水印不容易在网络分享及传播中丢失或损失，具有较好的鲁棒性。

Claims (6)

1.一种文本水印的嵌入及提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将水印信息的每个字符用设定的规则替换为二进制字符串；
步骤2、在原文本的每一个单词后嵌入一个特殊水印标识，即Unicode十六进制编码为202D的零宽度控制字符；
步骤3、生成一个包括原文本字数以及水印信息的二进制字符串，具体如下：
步骤3.1、计算原文本的字数nw，将nw转化为二进制字符串；
步骤3.2、将nw二进制字符串与步骤1所述生成的水印二进制字符串进行组合，两者中间拼接“101111”字符串以区分nw及水印字符串，由此生成一个包括原文本字数以及水印信息的二进制字符串：nw二进制字符串+“101111”+水印二进制字符串；
步骤4、将二进制字符串根据规则替换为Unicode零宽度控制字符，形成不可见水印，查找原文本的每一个“。”、“！”、“？”字符，将不可见水印重复嵌入到原文本的每一个“。”、“！”、“？”字符后面；
步骤5、查找并计算待检测文本中被特殊水印标识标记的单词；
步骤6、查找并提取待检测文本“。”、“！”、“？”字符后面的零宽度水印字符串，并还原为二进制字符串；
步骤7、从还原的二进制字符串中提取原文本单词数以及水印信息；
步骤8、计算待测文本与原文本的相似性，判断文本的原始性，输出水印信息。
2.根据权利要求1所述的文本水印的嵌入及提取方法，其特征在于，步骤1所述的将水印信息的每个字符用设定的规则替换为二进制字符串，具体如下：
每一个字符根据设定的规则进行编码，每一个字符编码为一个6位二进制字符串，将每个6位字符串组合到一起形成水印信息的二进制字符串，如表1所示：
表1字符与二进制字符串替换规则
3.根据权利要求1所述的文本水印的嵌入及提取方法，其特征在于，步骤4中所述的将二进制字符串根据规则替换为Unicode零宽度控制字符，具体如下：
将二进制字符串的每连续三位分为一个小组，每个小组根据设定的规则替换为相应的两个Unicode零宽度控制字符，如表2所示：
表2字符串与零宽度字符替换规则
4.根据权利要求1所述的文本水印的嵌入及提取方法，其特征在于，步骤5所述的查找并计算待检测文本中被特殊水印标记的单词，具体如下：
遍历待测文本中的每个单词，若该单词具有特殊水印标识，则vi为1，否则vi为0，i＝1,2,3,…nw′，由此生成一个向量v＝(v1,v2,v3,…,vnw′)，nw′为待测文本的单词数。
5.根据权利要求1所述的文本水印的嵌入及提取方法，其特征在于，步骤6所述的查找并提取待检测文本“。”、“！”、“？”字符后面的零宽度水印字符串，并还原为二进制字符串，具体如下：
查找“。”、“！”、“？”字符后面的零宽度水印字符串，依据设定的规则，用相应的3位的二进制字符串替换每连续的两个零宽度字符，获得一个完整的二进制字符串。
6.根据权利要求1所述的文本水印的嵌入及提取方法，其特征在于，步骤7所述的从还原的二进制字符串中提取原文本单词数以及水印信息，具体：
步骤7.1、将二进制字符串每6位分为一个小组，根据设定的规则，将每6位二进制字符串替换为相应的字符，形成一个完整的水印字符串；
步骤7.2、查找水印字符串中的“！”，提取“！”字符前面与后面的两个子字符串，前面的子字符串即原文本的nw，后面的子字符串即水印信息。
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