CN113704711A

CN113704711A - 基于参考共享机制的数字指纹叛逆追踪水印嵌入方法

Info

Publication number: CN113704711A
Application number: CN202111270041.9A
Authority: CN
Inventors: 郭丽娜; 刘超; 车文彬; 李晓明
Original assignee: Nanjing Shurui Data Technology Co ltd
Current assignee: Nanjing Shurui Data Technology Co ltd
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2021-11-26

Abstract

本发明主要涉及通信追踪的技术领域，公开了基于参考共享机制的数字指纹叛逆追踪水印嵌入方法，包括数字指纹的生成和数字指纹的嵌入，所述数字指纹的生成包括：对原始信息数据进行二进制编码，得到二进制序列，对所述二进制序列，按分组机制得到分组数据，对分组数据进行多重交织得到嵌入值，具体操作可运用矩阵运算，所述数字指纹的嵌入包括：数字指纹嵌入位置的选取，以及数字指纹对应位置的嵌入，本发明针对现有结构化文本指纹技术易发现并去除的缺陷，对指纹进行编码，通过修改少量文本信息嵌入编码的方式，在结构化文本中隐蔽嵌入指纹信息，从而达到有效追踪非法传播效果。

Description

基于参考共享机制的数字指纹叛逆追踪水印嵌入方法

技术领域

本发明涉及了通信追踪的技术领域，尤其是基于参考共享机制的数字指纹叛逆追踪水印嵌入方法。

背景技术

在数据使用和流通的过程中，常常面临着的数据泄露、数据非法售卖等问题，现有的技术大都采用指纹技术进行预防。

现有指纹技术往往是采用显性指纹，在一定程度上可预防非法传播问题，但这种方式过于明显，可通过一定技术手段直接去除，文本保护能力差。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明的目的在于提供基于参考共享机制的数字指纹叛逆追踪水印嵌入方法，以解决上述背景技术中提出的问题:现有指纹技术往往是采用显性指纹，在一定程度上可预防非法传播问题，但这种方式过于明显，可通过一定技术手段直接去除，文本保护能力差。

技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于参考共享机制的数字指纹叛逆追踪水印嵌入方法，包括数字指纹的生成和数字指纹的嵌入；所述数字指纹的生成包括：对原始信息数据进行二进制编码，得到二进制序列；对所述二进制序列，按分组机制得到分组数据；对分组数据进行多重交织得到嵌入值，具体操作可使用矩阵运算；所述数字指纹的嵌入包括：数字指纹嵌入位置的选取，以及数字指纹对应位置的嵌入。

优选的，所述分组机制包括：对所述二进制序列，按每7个为一组进行切分，得到多组7位二进制；将7位二进制作为每行嵌入指纹的依据，得到所述分组数据。

优选的，所述矩阵算法包括：设原始信息数据经过二进制转换切分后的消息矩阵为S，编码过程相当于乘以一个生成矩阵G；设编码后矩阵为M，则整个编码过程则表示为M=SG，公式通过向量表示为：

；

所述生成矩阵G为一个根据度分布随机生成的K*N的矩阵；所述K为码长，即7位二进制序列拆分组数；所述N为生成的编码包数量，即该行嵌入值个数。

优选的,所述数字指纹嵌入位置的选取包括：遍历每一列，寻找方差最大列作为关键列；通过规则模型遍历所处行中所有可嵌入空间位置并保存，记录可嵌空间个数n；将所处行所获取到的关键列的值通过二进制编码器转换为二进制序列，再将二进制序列经过十进制解码器转换为十进制值V；若n>7，则根据V和n得到起始嵌入位置p；所述p=V%n；否则跳到下一行，并重新开始。

优选的，所述数字指纹对应位置的嵌入包括：从所述p位置开始嵌入指纹信息；若到末尾位置仍未完成嵌入，则循环至首位，重新嵌入。

有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明针对现有结构化文本指纹技术易发现并去除的缺陷，对指纹进行编码，通过修改少量文本信息嵌入编码的方式，在结构化文本中隐蔽嵌入指纹信息，从而达到有效追踪非法传播效果；

2、本发明嵌入前与嵌入后对比差距极小，不易被用户发现，隐蔽性达100%

3、本发明由于采用多种机制，可有效实现抗合谋攻击；

4、本发明通过修改范围阈值设定，有效保证数据的完整性，修改幅度<10%。

附图说明

图1为本发明的数字指纹的生成和数字指纹的嵌入流程图；

图2为本发明的数字指纹嵌入位置的选取流程图；

图3为本发明实验证明用原始文件表格；

图4为本发明实验证明用添加显性指纹后表格；

图5为本发明实验证明用添加数字指纹后表格；

图6为本发明

与

之间的关系示意图；

图7为本发明x1-x7与w1-w3之间的关系示意图；

图8为本发明x1-x5与w1-w3之间的关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8，本发明公布了一种基于参考共享机制的数字指纹叛逆追踪水印嵌入方法，包括数字指纹的生成和数字指纹的嵌入，所述数字指纹的生成包括：对需要嵌入的原始信息数据进行二进制编码，得到二进制序列，对所述二进制序列，按分组机制得到分组数据，对分组数据进行多重交织得到嵌入值，具体操作可使用矩阵运算，所述数字指纹的嵌入包括数字指纹嵌入位置的选取，以及数字指纹对应位置的嵌入；

所述分组机制提供一个优选方案，所述分组机制包括：对所述二进制序列，按每7个为一组进行切分，得到多组7位二进制，将一组7位二进制作为对应行嵌入指纹的依据，对每行已获取的7位二进制序列通过多重交织来实现共享的方法得到嵌入值，需要说明的是，上述提到的分组机制主要服务于整体流程，本领域技术人员可以根据实际情况自行选择，能实现最终目的即可。

所述矩阵算法包括：设原始信息数据分片后的消息矩阵为S，编码过程相当于乘以一个生成矩阵G，设编码后得到的矩阵为M，则整个编码过程可以表示为M=SG，公式可以通过向量表示为：

；

生成矩阵G为一个根据度分布随机生成的K*N的矩阵，其中K为码长，即7位二进制序列拆分组数，N为生成的编码包数量，需要说明的，该行嵌入值个数，其值理论上可以为无穷大，实现过程中该值为固定值7，生成矩阵G中的每一列中“1”的个数就表明生成的编码包的度数，其中1的位置表明参与编码的源数据包的序号，因此，当G的秩等于K(行满秩)时，整个方程组是可解的，此时源消息可译码，当G的秩不足K时，接收端持续接收数据包，反应在矩阵上为G的列数持续增加，直到G的秩满足要求；

需要说明的，将7位二进制序列分为三组，1-3位为第一组，4-6位为第二组，5-7位为第三组，以“1100101”举一个例子，则w1=110,w2=010,w3=101,

参考共享方案如下，共分为7组，如图6和图7所示，

嵌入到文本

中，将x1，x2……x7转换为十进制作为指纹信息；

需要说明的，在进行数字指纹检测时，首先寻找度为1的值，在本例中，即为x2，x4，x6的值，通过该值可反向解析其他值，根据参考共享机制，在数据存在50%的错误情况下，仍然可以求解出原始指纹，可有效保证算法的鲁棒性；

需要说明的，参考共享机制即一个目标值由多个已知值通过某种计算生成，而该已知值又参与到多个目标值的生成中，因此在已知部分目标值的前提下，可反推已知值。这里目标值指的是待嵌入的数字指纹转换的可嵌入到文本中的值，而已知值为数字指纹；

举例：假如已知值为w1,w2,w3，目标值为x1,x2,x3,x4,x5，如下图8所示，下图8中的边表示参与运算（这里为异或运算）的已知值，即x1=w1⊕w3,x2=w1⊕w2…依次类推。当反推w1,w2,w3时，先找到度（即边数）为1的数值，即x4的值，可以得到w2，由x2和w2通过异或运算，可得到w1,由x3和w2通过异或运算可得到w3，由此可见，反推w1,w2,w3只需x2、x3、x4即可；

考虑到每一行需要7个嵌入位置，若规律性过强，抗合谋攻击性能差，因此如何选取嵌入位置直接影响算法的性能指标，所述数字指纹嵌入位置的选取包括：遍历每一列，寻找方差最大列作为关键列，除关键列外，通过规则模型遍历所处行中所有可嵌入空间位置并保存，记录可嵌空间个数n，规则模型主要是用于限制数值的修改幅度，保证数据修改前后修改幅度在可控范围内，将所处行所获取到的关键列的值通过二进制编码器转换为二进制序列，再将二进制序列经过十进制解码器转换为十进制值V；

举一个例子，假设所处行获取到的关键列的值为“test”，通过二进制编码器转为二进制序列00110101,以每三位为一组切分二进制序列，得到001、101、010三组二进制序列,将每一组分别通过十进制解码器获取十进制数值，即1、5、2，合并3个十进制数据，得到十进制值152。

需要说明的，若n>7，则根据V和n得到起始嵌入位置p=V%n，否则跳到下一行，从新开始，所述数字指纹对应位置的嵌入包括：从p位置开始嵌入指纹信息，若到末尾位置仍未完成嵌入，则循环至首位，重新嵌入；

举一个例子，假设V=28，n=10，则p=V%n=8，从第8个位置开始嵌入7位，嵌入顺序为(p+i)%n，i为嵌入序列对应位置，嵌入序列对应位置从0开始，即i为[0,1,2,3,4,5,6]，得到嵌入顺序为[8，9，10，1，2，3，4]。

需要说明的，当信息发生泄漏，找到发生泄漏信息数据，然后进行数字指纹提取，所述数字指纹的提取包括遍历每一列，寻找方差最大列作为关键列，将所处行所获取到的关键列的值通过二进制编码器转换为二进制序列，再将二进制序列经过十进制解码器转换为十进制值V，除关键列外，通过规则模型遍历所处行中所有可嵌入空间位置，记录可嵌空间个数n，若n>7，则根据V和n得到起始嵌入位置p=V%n，否则跳到下一行，并重新开始，从p位置开始提取指纹信息，若到末尾位置仍未完成提取，则循环至首位，继续提取，将提取的每个十进制值转换为三位二进制，利用参考共享机制首先获取度为1的值，进而解析其他值，得到原始指纹二进制序列，通过解码器将二进制序列转换为指纹信息，完成指纹信息提取。

在上述基础上，本发明还提供了实验数据表以验证本发明所提供的数字指纹隐蔽性高，不易被用户发现，图3为本发明实验证明用原始文件表格；图4为本发明实验证明用添加显性指纹后表格；图5为本发明实验证明用添加数字指纹后表格。

本发明可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中，例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块，一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等；

也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务；

在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中；

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素，在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.基于参考共享机制的数字指纹叛逆追踪水印嵌入方法，其特征在于：包括数字指纹的生成和数字指纹的嵌入；

所述数字指纹的生成包括：

对原始信息数据进行二进制编码，得到二进制序列；

对所述二进制序列，按分组机制得到分组数据；

对分组数据进行多重交织得到嵌入值，具体操作可使用矩阵运算；

所述数字指纹的嵌入包括：

数字指纹嵌入位置的选取；以及

数字指纹对应位置的嵌入。

2.根据权利要求1所述的基于参考共享机制的数字指纹叛逆追踪水印嵌入方法，其特征在于：所述矩阵算法包括：

设原始信息数据经过二进制转换切分后的消息矩阵为S，编码过程相当于乘以一个生成矩阵G；

设编码后矩阵为M，则整个编码过程则表示为M=SG，公式通过向量表示为：

；

所述生成矩阵G为一个根据度分布随机生成的K*N的矩阵；

K为码长，即7位二进制序列拆分组数；

N为生成的编码包数量，即这一行嵌入值个数。

3.根据权利要求1所述的基于参考共享机制的数字指纹叛逆追踪水印嵌入方法，其特征在于：所述数字指纹嵌入位置的选取包括：

遍历每一列，寻找方差最大列作为关键列；

通过规则模型遍历所处行中所有可嵌入空间位置并保存，记录可嵌空间个数n；

将所处行所获取到的关键列的值通过二进制编码器转换为二进制序列，再将二进制序列经过十进制解码器转换为十进制值V；

若n>7，则根据V和n得到起始嵌入位置p；

p=V%n；

否则跳到下一行，并重新开始。

4.根据权利要求3所述的基于参考共享机制的数字指纹叛逆追踪水印嵌入方法，其特征在于：所述数字指纹对应位置的嵌入包括：

从p位置开始嵌入指纹信息；

若到末尾位置仍未完成嵌入，则循环至首位，重新嵌入。