具有冗余度的抗干扰文本伪装算法
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摘要
随着计算机技术和因特网技术的飞速发展,数字作品的传播达到了前所未有的深度和广度,其版权保护也正成为一个迫切需要解决的问题。数字水印是近十年来出现的一种有效的数字产品版权保护技术。它克服了传统密码学技术中加密的内容在解密之后不再安全的问题,因而作为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段,正得到广泛的研究与应用。
目前,基于图像、视频和音频的数字水印研究成果很多,并且很多方法是比较有效的。但是这些方法都不太适用于文本文档的规则结构。迄今为止,基于文本的数字水印研究因其特殊性,相关的研究成果主要集中在基于文本的格式方面,即通过对文档的格式作一些微量调整,将信息以二进制编码的形式隐藏于文本对象的变动中。这类算法由于完全信赖于文本格式(行移、字移、特征编码等),均存在抗攻击性不够强,鲁棒性较差,容量较小的缺点。究其原因,主要是因为水印信息只能加入文本内容之外或基于文本内容。
为了提高秘密文本在传输过程中的安全性,加大水印容量,本文在文本伪装算法的基础上改进提出了一种具有冗余度的抗干扰文本伪装算法。本算法利用小波分析的多分辨特性,将秘密文本在小波域进行变换,它将不具有冗余度的文本信号变为具有冗余度的信号,再对冗余信号进行文本的伪装。算法基于Matlab平台处理文本数据,Delphi平台编制的水印程序进行实验,重点针对水印的容量、鲁棒性、抗干扰、隐蔽性这四个指标进行了大量的水印嵌入、提取和攻击实验,验证了本文的数字水印方法具有较好的隐蔽性、鲁棒性、抗干扰能力以及较好的容量性能。
本文提出的具有冗余度的抗干扰文本伪装算法不但可以实现用一段普通文本和图像来掩饰秘密文本的传输,突破了现有水印方法中容量不足、鲁棒性较差的难题,对解决目前文本文件安全难以控制的问题是一个有益的尝试,对文本水印领域的研究和发展有着一定的意义。
The rapid development of computer and Internet technology has led to digital products being distributed deeply and widely to a previously unpredicted level. Meanwhile, their copyright protection is a pressing problem. Fortunately Digital Watermarking has become an effective method of copyright protection for digital products in the last ten years. It has solved the problem of traditional cryptography that encrypted contents are not secure after decryption, therefore it has been studied and used widely as an effective method of knowledge copyright protection and preventing from sham for digital multimedia.
There are now many published digital watermarking research papers covering image, video and audio documents, which demonstrate how effective these methods are. However these methods can't be applied to the regular structure of text documents very much. Until now digital watermarking researches on text, have been focusing on the format of text documents because of their particularity. In detail these methods convert binary information into tiny changes in the format of text documents. These algorithms are vulnerable to attack and poor in robustness because they depend totally on the format of text documents, such as line-shift, word-shift and feature coding. Chiefly this is because the watermark data can only be embedded onto the text document's or the text-watermarking algorithms based on the content of text documents.
In order to improve the security of secret text during transmission processing, enlarge the capacity of watermarking. This article improved in the algorithm of text steganography, and statement a the algorithm of text steganography which has redundance and can antijamming. This algorithm based on multi resolution characteristics of wavelet analysis, The text become has the redundance signal again. The algorithm based on the Matlab platform processing text data, the Delphi platform establishment watermark procedure carries on the experiment. It aimed at the watermark with emphasis the capacity, robust, antijamming confidentiality these four targets has carried on massive watermark inserting, the extraction and the attack experiment, confirmed this article digital watermark method to have the good confidentiality, robustness, antijamming ability as well as the good capacity performance.
This algorithm realizes conceals transmission the secret text with ordinary texts and the image, broken through in the capacity insufficiency, the robust bad difficult problem of the existing watermark method. It is a beneficial attempt to solves the problem which at present text document safe controls with difficulty has certain significance to the text watermark domain research and the development.
目前,基于图像、视频和音频的数字水印研究成果很多,并且很多方法是比较有效的。但是这些方法都不太适用于文本文档的规则结构。迄今为止,基于文本的数字水印研究因其特殊性,相关的研究成果主要集中在基于文本的格式方面,即通过对文档的格式作一些微量调整,将信息以二进制编码的形式隐藏于文本对象的变动中。这类算法由于完全信赖于文本格式(行移、字移、特征编码等),均存在抗攻击性不够强,鲁棒性较差,容量较小的缺点。究其原因,主要是因为水印信息只能加入文本内容之外或基于文本内容。
为了提高秘密文本在传输过程中的安全性,加大水印容量,本文在文本伪装算法的基础上改进提出了一种具有冗余度的抗干扰文本伪装算法。本算法利用小波分析的多分辨特性,将秘密文本在小波域进行变换,它将不具有冗余度的文本信号变为具有冗余度的信号,再对冗余信号进行文本的伪装。算法基于Matlab平台处理文本数据,Delphi平台编制的水印程序进行实验,重点针对水印的容量、鲁棒性、抗干扰、隐蔽性这四个指标进行了大量的水印嵌入、提取和攻击实验,验证了本文的数字水印方法具有较好的隐蔽性、鲁棒性、抗干扰能力以及较好的容量性能。
本文提出的具有冗余度的抗干扰文本伪装算法不但可以实现用一段普通文本和图像来掩饰秘密文本的传输,突破了现有水印方法中容量不足、鲁棒性较差的难题,对解决目前文本文件安全难以控制的问题是一个有益的尝试,对文本水印领域的研究和发展有着一定的意义。
The rapid development of computer and Internet technology has led to digital products being distributed deeply and widely to a previously unpredicted level. Meanwhile, their copyright protection is a pressing problem. Fortunately Digital Watermarking has become an effective method of copyright protection for digital products in the last ten years. It has solved the problem of traditional cryptography that encrypted contents are not secure after decryption, therefore it has been studied and used widely as an effective method of knowledge copyright protection and preventing from sham for digital multimedia.
There are now many published digital watermarking research papers covering image, video and audio documents, which demonstrate how effective these methods are. However these methods can't be applied to the regular structure of text documents very much. Until now digital watermarking researches on text, have been focusing on the format of text documents because of their particularity. In detail these methods convert binary information into tiny changes in the format of text documents. These algorithms are vulnerable to attack and poor in robustness because they depend totally on the format of text documents, such as line-shift, word-shift and feature coding. Chiefly this is because the watermark data can only be embedded onto the text document's or the text-watermarking algorithms based on the content of text documents.
In order to improve the security of secret text during transmission processing, enlarge the capacity of watermarking. This article improved in the algorithm of text steganography, and statement a the algorithm of text steganography which has redundance and can antijamming. This algorithm based on multi resolution characteristics of wavelet analysis, The text become has the redundance signal again. The algorithm based on the Matlab platform processing text data, the Delphi platform establishment watermark procedure carries on the experiment. It aimed at the watermark with emphasis the capacity, robust, antijamming confidentiality these four targets has carried on massive watermark inserting, the extraction and the attack experiment, confirmed this article digital watermark method to have the good confidentiality, robustness, antijamming ability as well as the good capacity performance.
This algorithm realizes conceals transmission the secret text with ordinary texts and the image, broken through in the capacity insufficiency, the robust bad difficult problem of the existing watermark method. It is a beneficial attempt to solves the problem which at present text document safe controls with difficulty has certain significance to the text watermark domain research and the development.
引文
[1]陈亮,刘实.信息安全中的文本伪装新方法[J],解放军理工大学学报:自然科学版,2005,6(1),36-39
[2]胡晶晶.文本数字水印综述[J]微处理机,2005年12月第6期 38-41
[3]舒后,何薇,齐亚莉.文本数字水印技术研究[J]北京印刷学院学报 2006年2月 Vol.14 No1
[4]李丽娟,熊淑华.基于文本的信息隐藏技术研究[J]现代电子技术 2006年第5期总第220期
[5]徐蕾,黄玉军,汤光明.利用数字水印技术验证文本信息的篡改[J]微计算机信息2005年和21卷第12-3期64-66
[6]黄永海,余英林.关于文本水印的研究 中国计算机学会第12届网络与数据通信学术会议
[7]廖继旺,孙洪淋.中文WORD文档中数字水印的设计与实现 科学技术与工程2006年4月第6卷第7期
[8]胡国胜,冯亚东,张国红.信息隐藏学——一个古老又年轻的学科 教育研究
[9]麦瑞玲.文本水印向量模型的研究 计算机机工程与应用 2006.19 167-169
[10]周新民,孙星明,刘超.基于汉字结构知识的鲁棒性公开文本水印 计算机工程与应用 2006.08 165-169
[11]钮心忻,杨义先.文本伪装算法研究 电子学报 2003年3月第3期 402-405
[12]高海英,杨义先.信息隐藏的分析 计算机工程 2005年2月第32卷第4期12-14
[13]周继军,杨著,钮心忻,杨义先.文本信息隐藏检测算法研究 通信学报 2004年12月第25卷第12期 97-101
[14]叶成荫,柴于深,张雪松,开建芸.一种基于文本的信息隐藏算法 学术研究106-108
[15]陈振,陈建华.基于Word文本的信息隐藏方法 福建电脑 2006年第2期41-42
[16]李丽娟,熊淑华.基于文本的信息隐藏技术研究 现代电子技术 2005年第5 期总第220期 67-69
[17]陈芳,王冰.基于文本字体的信息隐藏算法 计算机技术与发展 2006年1月第16卷第1期 20-22
[18]刘玉玲,孙星明.通过改变文字大小在Word文档中加载数字水印的设计与实现计算机工程与应用 2005.12 110-112
[19]刘东,周明天.一种文本数字水印系统解决方案 计算机应用 2006年1月第26卷第1期 84-86
[20]冉启文著.小波变换与分数傅里叶变换理论及应用 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社 2001年3月
[21]赵凯 王宗花编著.小波变换及其在分析化学中的应用 北京:地质出版社 2001年4月
[22]尤枫 石常凯 薛英编著.Word排版手册 北京:化学工业出版社 1999年4月
[23]王丽娜 张焕国编著 信息隐藏技术与应用 武汉:武汉大学出版社 2003年8月
[24]王丽娜 郭迟 李鹏编著.信息隐藏技术实验教程 武汉:武汉大学出版社 2004年10月
[25]刘瑞新 汪远征 李凤华编著.Delphi程序设计教程 北京:机械工业出版社 2005年8月
[26]余南南.基于汉字特征的文本水印算法研究:[硕士学位论文].哈尔滨工业大学
[27]李恒.电文本中的数字水印理论及其关键技术研究:[硕士学位论文].西安电子科技大学
[28]张慧.基于水印和加密技术的文档信息安全方案研究:[硕士学位论文].哈尔滨工业大学
[29]鲁芳.多重文本数字水印技术研究:[硕士学位论文].湖南大学
[30]唐飞岳.基于空格编码的文本数字水印算法设计与实现:[硕士学位论文].湖南大学
[31]程玉柱.基于汉字数学表达式的中文文本零水印方法研究:[硕士学位论文].湖南大学
[32]阙喜戎,孙锐,龚向阳,王纯编著.信息安全原理及应用 北京:清华大学出版社 2003年7月
[33]杨义先,钮心忻,任金强.信息安全新技术[M].北京邮电大学出版社,2002
[34] Low S H, N F Maxemchuk, A M Lapone. Document identification for copyright protection using centroid detection [J]. IEEE Transactions on Communication,1998,46(3):372-383.
[35] Low S H, et al. Document marking and identification using both line and word shifting Proc IEEE INFO COM, 1995:853-860
[36] Stefan Katzenbeisser, Fabien A P Petitcolas. Information Hiding Techniques for Steganography and Digital Watermarking [M]. Artech House Publishers, 2000.
[37] Herodotus, The histories[M]. London, England: J.M.Dent& Sons, Ltd, 1992
[38] Tacticus A. How to survive Under Siege[M], Oxford, England: Clarendon Press, 1990.
[39] Wilkins Vinje T. Copyright Imperiled[J]. Eruopean Intellectual Property Review, 1999,pp.192
[40] Anderson R J. Liability and Computer Security: Nine Princeples[J]. in Computer Security-Third European Symposium on Research in Computer Security, Vo. 875 of Lecture Notes in Computer Science, Springer, 1994, pp.231-245
[41] Petitcolas FAP, Abderson RJ, Kuhn MG Information hiding - a survey[J]. Proceedings of IEEE, 1999,87(7): 1062-1078.
[42] LOW SH, MAXEMCHUKNF, BRASSL J, et al Documentmarking and identification using both line and word shifting[A]. Proc IEEE NPO COM'95[C], 1995.853 - 860.
[43] CHA PMAN M, DAV D G Hiding the hidden: a software system for concealing ciphertest as innocuous text[A]. In: Interational Conference on Information and Communications Security [C], Beijing: ICICS, 1997.
[44] LOW S H, MAXEMCHUKN F, LAPONE A M. Document identification for copyright protection using centroid detection[J]. IEEE Transaction on Communications 1998,46(3):372-383.
[45] Brassil J, Low S H, Maxemchuk N F. Electronic Marking and Identification Techniques to Discourage Document Copying. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 1995,13(8):1495-1504
[46] Brassil J, Low S H, Maxemchuk. Copyright Protection for the Electronic Distribution of Text Documents. Proceedings of the IEEE, 1999,87(7)
[47] Cox I J, Miller M L, McKellips A L. Watermarking as Communications with Side Information.Proceedigns of the IEEE,1999,87(7):1127-1141
[48]Cox I J,Miller M L,Mckellips A L Digital Watermarking of Text,Image,and Video Documents.Compute & Graphics,1998,22(6)687-695
[49]Maxemchuk N F,Low S.Marking Text Documents.In:International Conference on Image Processing,Santa Barbara,Calif,1998:687-695
[50]Brassil J,O'Gorman L.Watermarking Document Images with Bounding Box Expansion.Information Hiding of Lecture Notes in Computer Science,Springer-Verlag,1996,1174:227-235
[51]Maxemchuk N F.Electronic Document Distribution.AT & T Technical Journal,1994,73(5):73-80
[52]Qruanaidb J J,Dowling W J,Boland F M.Watermarking Digital Images for Copyright Protection[J].Signal and Image Processing,1996,143(4):250-256
[2]胡晶晶.文本数字水印综述[J]微处理机,2005年12月第6期 38-41
[3]舒后,何薇,齐亚莉.文本数字水印技术研究[J]北京印刷学院学报 2006年2月 Vol.14 No1
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[6]黄永海,余英林.关于文本水印的研究 中国计算机学会第12届网络与数据通信学术会议
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[10]周新民,孙星明,刘超.基于汉字结构知识的鲁棒性公开文本水印 计算机工程与应用 2006.08 165-169
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[16]李丽娟,熊淑华.基于文本的信息隐藏技术研究 现代电子技术 2005年第5 期总第220期 67-69
[17]陈芳,王冰.基于文本字体的信息隐藏算法 计算机技术与发展 2006年1月第16卷第1期 20-22
[18]刘玉玲,孙星明.通过改变文字大小在Word文档中加载数字水印的设计与实现计算机工程与应用 2005.12 110-112
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[22]尤枫 石常凯 薛英编著.Word排版手册 北京:化学工业出版社 1999年4月
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[24]王丽娜 郭迟 李鹏编著.信息隐藏技术实验教程 武汉:武汉大学出版社 2004年10月
[25]刘瑞新 汪远征 李凤华编著.Delphi程序设计教程 北京:机械工业出版社 2005年8月
[26]余南南.基于汉字特征的文本水印算法研究:[硕士学位论文].哈尔滨工业大学
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[29]鲁芳.多重文本数字水印技术研究:[硕士学位论文].湖南大学
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[36] Stefan Katzenbeisser, Fabien A P Petitcolas. Information Hiding Techniques for Steganography and Digital Watermarking [M]. Artech House Publishers, 2000.
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[39] Wilkins Vinje T. Copyright Imperiled[J]. Eruopean Intellectual Property Review, 1999,pp.192
[40] Anderson R J. Liability and Computer Security: Nine Princeples[J]. in Computer Security-Third European Symposium on Research in Computer Security, Vo. 875 of Lecture Notes in Computer Science, Springer, 1994, pp.231-245
[41] Petitcolas FAP, Abderson RJ, Kuhn MG Information hiding - a survey[J]. Proceedings of IEEE, 1999,87(7): 1062-1078.
[42] LOW SH, MAXEMCHUKNF, BRASSL J, et al Documentmarking and identification using both line and word shifting[A]. Proc IEEE NPO COM'95[C], 1995.853 - 860.
[43] CHA PMAN M, DAV D G Hiding the hidden: a software system for concealing ciphertest as innocuous text[A]. In: Interational Conference on Information and Communications Security [C], Beijing: ICICS, 1997.
[44] LOW S H, MAXEMCHUKN F, LAPONE A M. Document identification for copyright protection using centroid detection[J]. IEEE Transaction on Communications 1998,46(3):372-383.
[45] Brassil J, Low S H, Maxemchuk N F. Electronic Marking and Identification Techniques to Discourage Document Copying. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 1995,13(8):1495-1504
[46] Brassil J, Low S H, Maxemchuk. Copyright Protection for the Electronic Distribution of Text Documents. Proceedings of the IEEE, 1999,87(7)
[47] Cox I J, Miller M L, McKellips A L. Watermarking as Communications with Side Information.Proceedigns of the IEEE,1999,87(7):1127-1141
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[49]Maxemchuk N F,Low S.Marking Text Documents.In:International Conference on Image Processing,Santa Barbara,Calif,1998:687-695
[50]Brassil J,O'Gorman L.Watermarking Document Images with Bounding Box Expansion.Information Hiding of Lecture Notes in Computer Science,Springer-Verlag,1996,1174:227-235
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