CN1272955C - 将数据嵌入和隐藏到软拷贝文本文档中的方法 - Google Patents
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Abstract
一种以不可见方式将数据嵌入和隐藏到文本文档中的方法，它通过修改多个字间间隔处的不可见字符的所选不可见属性的方式来实现，该方法包括下列步骤：选择在作为字间间隔的空格字符处不可见的至少一种属性(10)；通过在所有字间间隔处把所选属性的值设为相同的缺省值，将该文档转换成规范形式(14)；将该要嵌入和隐藏到该文档中的数据编码(18)为与所选属性的不同值相应的一组有序的值；从所有字间间隔当中选择与一组空格字符相应的一组字间间隔(20)；和在这组空格字符中的每一空格字符处用相应的编码数据取代缺省属性值(22)。
Description
技术领域
本发明涉及将数据嵌入和隐藏到软拷贝文本文档中，比如以不可见方式(invisibly)将文本文档的完整性信息嵌入到文档本身中，尤其涉及这种做法的改进型方法和系统。
背景技术
在当今的计算机网络环境中，依托非安全媒体(比如因特网)传播的电子文本文档(如电子邮件)日益增长，其中一个重要问题是鉴别(authentication)。对电子文本文档的接收者而言，不一定能肯定该文本文档的来源，并且不一定能肯定没有人会冒充另一个人。同时，还必须证实文本文档在传输期间未曾被意外地或恶意地修改。
相应地，已经提出了一些方法来进行这种鉴别。适应于电子文本文档的标准解决方案是：将一种完整性信息以消息鉴别码(MAC)的形式附加到软拷贝文本文档中。MAC是一种对文本应用单向散列函数计算出的摘要，它也可取决于一种密钥(比如，只有发送系统和接收系统知道的密钥)，这样，接收系统可以先检查接收到的文档一定是共用该密钥的人发出的，然后检查该文档未被改动过。例如，美国商业部的国家标准与技术学会(NIST)于93年5月在FIPS PUB 180-1“Secure Hash Standard”中规定的安全散列算法(SHA)产生了一种160比特的散列。这种算法可以与密钥相结合，这种结合例如可利用称为HMAC(消息鉴别加密散列法)的机制来进行，HMAC是IETF(因特网工程部)的编号2104以下的RFC(请求评论)的主题。HMAC被设计成可以与迭代加密的散列函数(包括SHA)一起使用。因此，MAC可以附加到文本文档的软拷贝中，以便接收者可以进行整体检查。
显然，这种将检查信息附加到文件中的方法的不便之处在于实际上要分离文本和检查信息。因此，这种信息容易(无论有意、试图欺骗还是仅仅意外地)被隔离和去除，这是因为，负责转发电子文档的一些中间设备或通信协议不适合处理这条多余的信息。
然后，这种检查信息最好被透明地编码成文本文档本身的一部分(即以无论如何都不影响文本格式和可读性的方式)。因此，文档在其到达目的地途中经过各种操作后仍保持完整，从而使最终接收者仍然能鉴别该文档。
另一种主要应用于软拷贝图象(因而也可以应用于硬拷贝文本文档的图象)的鉴别方法是将数据隐藏到其数字表示中，从而满足上述最好将检查信息融合到文档本身中的要求。为了标识、注释、防篡改和版权，将数据嵌入到数字媒体中的数据隐藏技术(隐蔽术的一种形式)已受到广泛关注，受关注的主要原因是因为附加到数字多媒体资料的版权问题，通常这些数字多媒体资料可通过因特网和网络被容易地到处拷贝和散布。W.Bender等人于1996年在IBM SystemsJournal第35卷第3和4号发表的“Techniques for data hiding”对数据隐藏技术作了很好的评述。作为可以执行数据隐藏的方法的一种实例，是用嵌入数据取代图象数据的最低有效发光位。这种确能满足不易被察觉要求(即要将恢复的图象改变成可被察觉的并不容易)的技术可用于与鉴别类似的各种用途，包括水印(用于在图象上作去不掉的标记)或防篡改，以便尤其通过将MAC嵌入到软拷贝图象中的方式来检测图象变动情况。然而，由于必须将文本作为图象来考虑，因此代价会很高，而且从发送它所必须的存储量和带宽来考虑，它也不是合适的解决方案。为此，提出了一些特别适合的方法，用于将数据编码并隐藏到软拷贝文本文档中。
正如以上Bender的论文中所述，文本编码和数据隐藏方法可以是处理空白区(空白或空格)的开放式空格方法(open spacemethod)，或者是利用标点和缩写的句法方法(syntacticmethod)，或者是，
·通过对字本身进行处理将数据编码的语义方法(semanticmethod)，或者是
·通过修改图形属性将数据编码的隐蔽方法(steganographicmethod)，如同那些被称为行变换编码、字变换编码或特征编码的方法，这些方法的操作手段是在行之间、在字之间或在文本字符的位图图象上的空白处引入小的受控的变动。
开放式空格方法基于处理文本文档始发方所插入的空白尤其是字间的空白字符的处理，这种方法被认为是对易被鉴别的文本作标记的最简单方便的方法，它不用附加分离的MAC，这是因为，需要检查的信息此时被嵌入(以某种方式被隐藏)到了文本本身中，不经意的读者不太可能注意到它。这些方法基本上都基于将信息编码并隐藏到文本中的思想，其方式是通过插入广义地说，通过修改原输入文本的(经密码选择或未经密码选择的)间隔的子集中的“空白数”。
然而，为了将文本中的信息编码而插入或删除空白的方法的主要缺点在于：改变和破坏了原输入文本的格式。此外，对文本间隔处的空白数进行处理以便对二进制信息编码通常要求安排一个字间间隔来将单个比特编码。因此，为了应用这些方法，根据所要编码的信息量，可能需要大文本。
因此，通过对以上提到的用于将数据编码并隐藏到软拷贝文本中的所有方法的分析可以看出，所有这些方法的公共特征在于它们基于将通过一种或另一种方法将原文本的某些可见特征进行修改(比如，修改字间空格数，变动或移动标点符号，变换字或行的位置，改变文本字形，利用替换字，等等)来对信息编码。因此，所有这些编码和数据隐藏方法都对原输入文本的格式或视觉外观进行了修改，因而编辑时可能会引人注意。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于：实现一种以不可见方式将数据(比如完整性信息)编码并隐藏到软拷贝文本文档中的方法，从而使文本文档的格式和视觉外观保持不变。
本发明的另一个目的在于：实现一种以不可见方式将数据编码并隐藏到软拷贝文本文档中的方法，从而尽可能增大要融合和隐藏到软拷贝文本文档中的信息量。
因此，本发明涉及一种以不可见方式将数据嵌入和隐藏到文本文档中的方法，这通过修改文本文档的多个字间间隔处的不可见字符的所选不可见属性的方式来实现，该方法包括下列步骤：选择在作为字间间隔的空格字符处不可见的至少一种属性；在所有字间间隔处通过把所选属性的值设为相同的缺省值，将该文本文档转换成规范形式；将该数据编码，以便作为与所选属性的不同的可能值相应的一组有序的值嵌入和隐藏到文本文档中；从文本文档中的所有字间间隔当中选择与一组用于将该数据嵌入和隐藏到文本文档中的空格字符相应的一组字间间隔；和在这组空格字符中的每一空格字符处用相应的编码数据取代缺省属性值。
一种用于对通信系统所接收到的文本文档进行鉴别的方法，其中，所述文本文档包括所隐藏的完整性信息，所述隐藏的完整性信息通过在空格字符处修改所选的不可见属性的值而嵌入到所述文档中，所述方法包括下列步骤：通过在所述接收文档的所有字间间隔处把所述所选属性的值设为相同的缺省值，将所述文本文档转换成规范形式；根据所述文本文档计算出用于鉴别的所述完整性信息；将所述完整性信息编码为与所述所选属性的不同值相应的一组有序的值；在预定空格字符集合中的每个空格字符处，用所述这组有序的值中相应的值来取代缺省属性值，以得到编码的文本文档；将所述编码的文本文档与所述接收到的文本文档进行比较，以便在相符时认可所述接收到的文本文档。
一种用于对通信系统所接收到的文本文档进行鉴别的方法，其中，所述文本文档包括所隐藏的完整性信息，所述隐藏的完整性信息通过在空格字符处修改所选不可见属性的值而嵌入到所述文档中，所述方法包括下列步骤：通过在所述接收文档的所有字间间隔处把所述所选属性的值设为相同的缺省值，将所述文本文档转换成规范形式；计算所述完整性信息，作为与所述所选属性的不同值相应的一组有序的值；从所述空格字符中提取出属性的所述修改值；从属性的所述提取的修改值中恢复出所述编码的完整性信息；和将所述计算出的完整性信息与所述恢复的完整性信息进行比较，以便在相符时认可所接收到的文本文档。
附图说明
通过阅读以下结合附图所作的本发明的详述，可以更好地理解本发明的上述以及其他目的、特征和优点，其中：
图1是根据本发明的将完整性信息嵌入和隐藏到文本文档中的方法的流程图。
图2是表示用于对根据图1中所示方法处理的文本文档进行鉴别的方法的第一实施方式的流程图。
图3是表示用于对根据图1中所示方法处理的文本文档进行鉴别的方法的第二实施方式的流程图。
具体实施方式
本发明的原理是，在不影响原文本的格式和视觉外观前提下，可以在文本的字间或空格字符处对各种不可见参数进行修改。这些参数相应于文本(或字符)属性，包括空格字符的字形(font type)、文字颜色、斜体粗体或受保护属性或者它们的任意组合。
根据本发明的方法，图1中示出了该方法的流程图，选择文本文档的空格字符处不可见的一种或几种属性(步骤10)。本发明的一种优选实施方式在于选择单一的文本“颜色”属性。因此，在文本的单个空格中，可以以不可见方式对与颜色板中的颜色种数一样多的不同可选项进行编码。
然后，通过在所选的一组属性值与表示所要嵌入的数据的数字之间建立一种对应或映射表的方式，对所选的这组属性值进行编码(步骤12)。
| 编码值 | 颜色属性 |
| 1 | 灰色 |
| 2 | 深灰色 |
| 3 | 红色 |
| 4 | 深红色 |
| 5 | 黄色 |
| 6 | 深黄色 |
| 7 | 绿色 |
| 8 | 深绿色 |
| 9 | 青色 |
| 0 | 深青色 |
| 无 | 黑色 |
注意，“颜色”属性可以与另一种属性(比如“斜体”)相结合。选择文本颜色和斜体所组成的这对属性，使得可以有与颜色板中的颜色和斜体/非斜体的组合数一样多的不同可选值。
通过在文本的所有空格处把至少一种所选属性设为相同的缺省值，将准备要嵌入数据的文本文档转换成规范形式(步骤14)。因此，如果选择颜色属性，那么，对于所有空格字符，都将这种颜色属性设为(缺省的)黑色。在这种情况下，对于背景颜色，所有空格字符都具有缺省的白色属性。注意，在任何空格字符处设置缺省值意味着在这一空格处没有信息被编码。
假定所要嵌入的数据是与文本文档的消息鉴别码(MAC)相应的完整性信息，那么，利用密钥来计算这种完整性信息(步骤16)，然后，利用这组编码属性值对这种完整性信息进行编码(步骤18)，以得到一组有序的属性值。
因此，假定完整性信息是下列32个十进制数字构成的序列：
73350293214855841097644612360091
利用上述在十进制数字与颜色属性值之间的对应或映射表，得到下列一组有序的编码属性值：
绿色(7)，红色(3)，红色(3)，黄色(5)，深青色(0)，深灰色(2)，青色(9)，红色(3)，深灰色(2)，灰色(1)，深红色(4)，深绿色(8)，黄色(5)，黄色(5)，深绿色(8)，深红色(4)，灰色(1)，深青色(0)，青色(9)，绿色(7)，深黄色(6)，深红色(4)，深红色(4)，深黄色(6)，灰色(1)，深灰色(2)，红色(3)，深黄色(6)，深青色(0)，深青色(0)，青色(9)，灰色(1)
最后，在从文本文档中的字间间隔当中选择了一个用于编码的空格子集(步骤20)后(通常是从文本文档起点之后连续的间隔)，针对所选空格子集中的每个空格字符，用这组有序的编码属性值中相应的编码属性值取代属性的缺省值(步骤22)。
作为根据本发明的方法的结果，不可见鉴别的文本在显示或打印时与原文本是完全相同的。此外，由于完整性信息被嵌入到实际数据中，因此，谁也不会粗心地误置这一始终伴随文本文档的电子版本的完整性信息。
当接收通信系统接收到根据上述方法处理的不可见编码文本文档时，必须用一种检查方法来鉴别文本文档。这种检查方法有两种实施方式可以采用。在图2所示的第一种实施方式中，在接收到编码文本文档(步骤24)后，如上所述，通过在所接收文本的所有空格处把所选属性设为相同的缺省值，将该文档转换成规范形式(步骤26)。然后，又利用与图1所示的方法中相同的密钥来计算该规范文本的完整性信息(步骤28)，并利用相同的一组编码属性值对这种完整性信息进行编码(步骤30)，以得到一组有序的编码属性值。
针对每个空格字符，用这组有序的编码属性值中相应的编码属性值来取代规范文本文档的字间间隔当中的预定空格子集中的属性的缺省值(步骤32)，以得到编码的文本文档。注意，预定空格子集必须与当接收到的文本文档被编码时所选择的空格子集完全相同。如果这一子集与从文本文档起点之后连续的字间间隔相一致，这就不是问题。
然后，将接收到的文本文档与编码的文本文档进行比较(步骤34)，以检查这两者之间是否相符(步骤36)。如果相符，那么，认可该接收文本(步骤38)。否则，拒绝该接收文本(步骤40)。
在图3所示的第二种实施方式中，在接收到编码文本文档(步骤24)后，将该文档转换成规范形式(步骤26)，并以与第一实施方式相同的方式计算完整性信息(步骤28)。相反，编码属性将从接收文本文档中的预定空格子集中的编码空格中提取出(步骤29)。然后，从所选的编码空格子集中恢复出编码的完整性信息(步骤31)。
然后，将从接收到的文档中恢复出的完整性信息与计算出的规范形式的完整性信息进行比较(步骤33)，以便检查这两者之间是否相符(步骤35)。如果相符，那么，认可该接收文本(步骤37)。否则，拒绝该接收文本。
在所选属性是文本颜色的上述例子中，对于有10种以上的颜色来表示十进制数字0，1，...，9的情况，可对用十进制基数表示的数据进行编码。
假定，选择了一种不同的有10种以下可选值的属性，这种属性不能用于要嵌入到十进制基数中的数据。即使在这种情况下，只要该数据可以根据比不同的可能属性值的个数小的数字基数N来表示，就可以使用这种属性。因此，如果这种所选属性有5种不同的可选值，那么该数据可以用数字为0-4的5进制基数来表示。当然，与通过使用例如十进制基数相比，数据的这种表示法需要在文本文档中保留更多的空格，以对信息编码。
使用一种只能取几个不同值的属性的另一种可能性是：将这种属性与另一种属性相结合。例如，上述取5个值的属性可以与另一种具有两种可选值的属性(比如，斜体/非斜体)相结合，以便表示按十进制基数编码的数据的10个数字(0-9)。
例如，下列对应或映射表将一对属性(如颜色属性和斜体/非斜体属性)关联为十六进制数字：
| 编码值 | 颜色属性 | 斜体属性 |
| 0 | 青色 | 不是 |
| 1 | 深青色 | 不是 |
| 2 | 红色 | 不是 |
| 3 | 深红色 | 不是 |
| 4 | 黄色 | 不是 |
| 5 | 深黄色 | 不是 |
| 6 | 绿色 | 不是 |
| 7 | 深绿色 | 不是 |
| 8 | 青色 | 是 |
| 9 | 深青色 | 是 |
| A | 红色 | 是 |
| B | 深红色 | 是 |
| C | 黄色 | 是 |
| D | 深黄色 | 是 |
| E | 绿色 | 是 |
| F | 深绿色 | 是 |
| 无 | 黑色 | 不关心 |
注意，无论如何，在应用本发明时，以电子形式(软拷贝)交换文本文档的通信系统必须是兼容的。几乎所有现代办公和电子邮件产品都是如此。此外，尤其还要注意，即使系统不支持颜色(而只有黑白文本存在)，通过使用几种不同的可能属性(如字形、斜体、粗体或受保护)之一或者它们的组合以进行编码，甚至可以对纯文本的空白处的不可见信息进行编码。
Claims (12)
1.一种通过修改文本文档的多个字间间隔处的不可见字符的所选不可见属性，以不可见方式将数据嵌入和隐藏到文本文档中的方法，所述方法包括下列步骤：
选择在作为字间间隔的空格字符处不可见的至少一种属性(10)；
通过在所述文档的所有字间间隔处把所述所选属性的值设为相同的缺省值，将所述文本文档转换成规范形式(14)；
将要嵌入和隐藏到所述文本文档中的数据编码(18)为与所述所选属性的不同值相应的一组有序的值；
从所述文本文档中的所有字间间隔当中选择与一组要用于将所述数据嵌入和隐藏到所述文本文档中的空格字符相应的一组字间间隔(20)；和
在所述组的空格字符中的每一空格字符处用相应的编码数据取代缺省属性值(22)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述数据是用于鉴别所述文本文档的完整性信息，比如是一种对所述文本文档应用单向散列函数计算出的消息鉴别码，所述完整性信息利用密钥进行计算(16)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，利用一组属性值对所要嵌入的所述数据编码，通过在所述属性值与表示所要嵌入的所述数据的数字之间建立一种对应表来对所述组的属性值编码(12)。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所要嵌入的所述数据是一个数字序列，这些数字可以是N进制基数中的数字0，1，2，...，N-1中的每一个，所述数字分别与N个所选属性值相应。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述所选属性是字符颜色，所述属性值与针对颜色属性可选的N种不同颜色相应。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所要嵌入的所述数据用10进制基数N＝10中的十进制数字来表示，每个数字0-9分别与字符颜色属性所定义的一种颜色相应。
7.如权利要求4、5或6所述的方法，其中，两种属性可组合使用，从而N进制基数中的所述数字0，1，2，...，N-1中的每一个分别与第一属性的所选值和第二属性的所选值的一种组合相应。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述第二属性是字符的“斜体”格式，其属性值相应于“斜体”或“非斜体”。
9.一种用于对通信系统所接收到的文本文档进行鉴别的方法，其中，所述文本文档包括所隐藏的完整性信息，所述隐藏的完整性信息通过在空格字符处修改所选的不可见属性的值而嵌入到所述文档中，所述方法包括下列步骤：
通过在所述接收文档的所有字间间隔处把所述所选属性的值设为相同的缺省值，将所述文本文档转换成规范形式(26)；
根据所述文本文档计算出用于鉴别的所述完整性信息(28)；
将所述完整性信息编码(30)为与所述所选属性的不同值相应的一组有序的值；
在预定空格字符集合中的每个空格字符处，用所述这组有序的值中相应的值来取代缺省属性值(32)，以得到编码的文本文档；
将所述编码的文本文档与所述接收到的文本文档进行比较(34)，以便在相符时认可所述接收到的文本文档(36)。
10.如权利要求9所述的方法，其中，用于鉴别所述文本文档的所述完整性信息是一种对所述文本文档应用单向散列函数计算出的消息鉴别码，所述完整性信息利用密钥来计算。
11.一种用于对通信系统所接收到的文本文档进行鉴别的方法，其中，所述文本文档包括所隐藏的完整性信息，所述隐藏的完整性信息通过在空格字符处修改所选不可见属性的值而嵌入到所述文档中，所述方法包括下列步骤：
通过在所述接收文档的所有字间间隔处把所述所选属性的值设为相同的缺省值，将所述文本文档转换成规范形式(26)；
计算所述完整性信息(28)，作为与所述所选属性的不同值相应的一组有序的值；
从所述空格字符中提取出属性的所述修改值(29)；
从属性的所述提取的修改值中恢复出所述编码的完整性信息(31)；和
将所述计算出的完整性信息与所述恢复的完整性信息进行比较(33)，以便在相符时认可所接收到的文本文档(35)。
12.如权利要求11所述的方法，其中，用于鉴别所述文本文档的所述完整性信息是一种对所述文本文档应用单向散列函数计算出的消息鉴别码，所述完整性信息利用密钥来计算。
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