基于差分特征点网格的抗RSD攻击盲检测数字指纹方法技术

本发明专利技术公开了一种基于差分特征点网格的抗RSD攻击盲检测数字指纹方法，采用在时域构造具有固定间距、固定差分值的差分特征点网格，在频域嵌入带有同步信息帧的指纹信息的基本技术路线；利用帧编码、分片嵌入与有效分片定位技术实现抗CTP攻击，利用辅助信息实现抗RSD攻击；数字指纹提取采用盲检测，在空域嵌入差分网格同时对指纹信息进行基于密钥的指纹信息分组移位置乱，同时采用HDLC数据帧的构成模式，对指纹信息进行了帧编码，使得指纹信息和代表辅助信息的同步字段绑定在一起。目前多数数字指纹方案严重影响了数字指纹技术的应用，本发明专利技术不仅可以进行版权保护，还可以对扩散或泄密者进行追踪。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于软件通信
，尤其涉及一种基于差分特征点网格的抗RSD攻击盲检测数字指纹方法。
技术介绍
计算机通信技术的迅速发展以及多媒体存储和传输技术的进步为存储和传输数字化信息提供了可能，使得对这些数字产品的版权的保护需求增多。密码学能够保护数字产品安全传输，但不能保证数字产品解密后的泄密与扩散问题，而数字指纹技术就是对数字产品非法传播起威慑作用的数字版权保护技术。数字指纹(水印)算法主要分为时域算法和频域算法。较早的算法都是时域上的，最为典型的算法是最低有效位方法(Least Significant Bit)，还包括通过伪随机置换、图像降质和秘密信道、隐秘区域和奇偶位、量化和抖动、失真技术等技术来实现。总体上来看，时域算法对攻击的抵御能力较差。目前变换域算法是研究的重点，现有多数水印系统都是在变换域中进行处理，一般基于常用的图像变换，这些变换包括离散余弦变换(DCT)、离散小波变换(DWT)、傅氏变换(DFT或FFT)、傅立叶-梅林(Fourie-Mellin)变换以及哈达马变换(Hadamard transform)等等。实际上，就是利用上述相应的变换方法将数字图像的空间域数据转化为相应的频域系数；其次，根据待隐藏的信息类型，对其进行适当编码或变形；再次，确定某种规则或算法，用待隐藏的信息的相应数据去修改前面选定的频域系数序列；最后，将数字图像的频域系数经相应的反变换转化为空间域数据。该类算法的嵌入和提取信息操作较时域复杂，但对攻击的鲁棒性更强，很适合用于数字指纹技术。目前研究者们提出了大量的数字指纹(水印)的嵌入和提取算法，并具有一定的稳健性，但这些算法大多只能抵抗常规数字 信号处理，在工程实践中有一定的局限性，必须要研究抵抗多种攻击的算法以增强数字指纹的稳健性能。数字指纹可能受到的攻击可以分为三类：去除攻击(Removal Attack)、同步攻击(Synchronization Attack)、协议攻击(Protocol Attack)。其中，去除攻击包含了多数常规图像处理操作，该类攻击是图像的常规攻击；同步攻击不需要利用算法来去除数字产品中指纹，而是试图通过对载体做各种修改以使得检测器失效，破坏了载体与指纹的同步性；协议攻击使检测器的结果错误或不明确，从而不能唯一地确定版权所有，引起版权纠纷。同步攻击中的几何失真攻击(Geometrical Distortion Attack)也称为几何攻击，易于实施，是较为常见的一类攻击，主要包括旋转(Rotation)、缩放(Scaling)、平移(Translation)、剪切(Cropping)、图像反转等。其中，旋转、缩放、平移简称为RST。由于几何失真攻击只要有微小的几何变换就会造成指纹同步信息的丢失，故其已成为数字指纹技术稳健性能进一步提高的瓶颈。大多数抗几何攻击研究重点研究抵抗RST攻击问题，提出了非盲提取和盲提取算法。非盲提取算法由于需要借助原始图像，故使用不如盲提取算法广泛。盲提取方法主要有三种：①不变域方法，即将指纹加载到具有几何不变性的不变域系数中，使得几何变换不影响指纹信息的提取。②利用辅助信息的方法，即在图像中嵌入指纹的同时，嵌入一个能标识图像几何变化的辅助信息，在指纹提取前先根据辅助信息进行几何校正以实现指纹检测的同步，该方法是一种基于几何校正的方法。③使用载体图像的重要特征以嵌入指纹，即将指纹嵌入到图像的重要特征点或以特征点作为指纹提取的参考点。剪切攻击是常见的一类几何攻击，但研究却相对较少，且多数抗剪切攻击测试时，只是擦除了图像的部分内部内容或者剪切后再恢复原始图像大小，并没有丢失任何同步信息。抗剪切攻击方法有两种：①使用载体图像的重要特征以嵌入指纹的方法。该方法可以抵抗剪切攻击，但存在嵌入容量较少的缺点，且如何提取合适的特征以及如何应用这些特征是该类算法仍需进一步完善的方面。②利用辅助信息的方法在解决抗剪切攻击方面具有一定的优势，目前大多数该类算法将辅助信息构造在空域，指纹 (水印)信息嵌入在频域，并确实具备很好的抗剪切能力，但是在空域上构造的辅助信息容易被JPEG、加噪、滤波等攻击破坏，从而失去抵抗剪切攻击的能力。目前的数字指纹(水印)抗单用户攻击时具有了抵抗部分攻击的能力，但是不具备抵抗综合攻击的能力，即当载体先后遭受了多种攻击，特别是同时遭受几何攻击和去除攻击，则指纹(水印)无法正确提取。
技术实现思路
针对现有数字指纹(水印)方案抵抗几何攻击比较困难，基本不具备抵抗CTP和RSD综合攻击的问题。本专利技术通过在空域构造具有固定间距、固定差分值的差分特征点网格，在频域嵌入带有同步信息帧的指纹信息，利用帧编码、分片嵌入与有效分片定位技术实现抗CTP攻击，利用差分特征点网格实现抗RSD攻击，提出了一种基于差分特征点网格的盲检测数字指纹方法，该方法包括基于差分特征点网格的数字指纹嵌入和基于差分特征点网格的数字指纹提取两大部分，如图1所示。其中，基于差分特征点网格的数字指纹嵌入方法包括如下所示三步：第一步，首先采用分组移位置乱算法对指纹信息进行加密，然后采用帧编码技术处理指纹信息，获得指纹数据帧；其中，分组移位置乱算法为本专利技术提出的一种多项式算法，使用密钥对图像进行了多轮分组移位，每轮分组中元素个数依赖于本轮密钥，该算法不仅可以用于二值指纹图像的置乱，也可用于多颜色图像的置乱。第二步，在DCT域嵌入带有同步信息帧头的指纹数据帧。指纹数据帧嵌入的关键步骤为图像分片、嵌入位置选择和指纹比特嵌入，而嵌入位置选择又包括嵌入块的选择和嵌入指纹的DCT系数选择。为保证指纹 能够抵抗CTP攻击，本专利技术采用对载体图像进行分片，每个完整分片分别嵌入指纹数据帧，从而形成指纹数据帧的多个冗余版本。具体做法是：首先将载体图像分成大小为S×S的分片，其中S＝2k；然后按一定规则在每个分片中选择m个8×8像素块作为嵌入块；最后在嵌入块中分别嵌入指纹数据帧中的n个比特的数据。如果指纹数据帧的(二进制)长度为L，则应满足L＝m×n。第三步，在空域构造具有固定间距、固定差分值的差分特征点网格。在已经嵌有数字指纹的载体图像中，以某像素点(i0，j0)为起点，按照行距和列距均为D的方式在图像中嵌入差分特征点，从而在整个图像中形成了一个矩形网格，如图3所示。其中，单个差分特征点的构造方法为：改变差分特征点周围的12个像素点的灰度值，使得右上的4个像素点和左下的4个像素点的灰度值相等，左上的4个像素点(包括特征点)的灰度值相等，而这两部分像素点的灰度值差分值为M。而基于差分特征点网格的数字指纹提取方法包括以下步骤：第一步RSD攻击参数的获取。在RSD攻击下，载体图像中的矩形网格会变形成平形四边形网格，如图4所示。因此，本专利技术选择用来刻画RSD攻击的参数有四个，分别为平行四边形的边与X轴的两个夹角α、β，平行四边形的两个边长Sidelen1和Sidelen2，如图5所示。该步骤可以细分为：首先获取空域上的疑似网格点，然后通过设置种子点、候选点的方式，结合“平行四边形法则”确定近似网格平行四边形，最后通过边延拓近似网格平行四边形进行最大限度延拓，为攻击类型判断和参数计算提供精确的平行四边形。第二步图像校正利用Photoshop CS、微软“画图”等软件，根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于差分特征点网格的抗RSD攻击盲检测数字指纹方法，其特征在于，所述基于差分特征点网格的抗RSD攻击盲检测数字指纹方法采用在时域构造具有固定间距、固定差分值的差分特征点网格，在频域嵌入带有同步信息帧的指纹信息的基本技术路线；利用帧编码、分片嵌入与有效分片定位技术实现抗CTP攻击，利用辅助信息实现抗RSD攻击；数字指纹提取采用盲检测，在空域嵌入差分网格同时对指纹信息进行基于密钥的指纹信息分组移位置乱，同时采用HDLC数据帧的构成模式，对指纹信息进行了帧编码，使得指纹信息和代表辅助信息的同步字段绑定在一起。

【技术特征摘要】
1.一种基于差分特征点网格的抗RSD攻击盲检测数字指纹方法，其特征在于，所述基于差分特征点网格的抗RSD攻击盲检测数字指纹方法采用在时域构造具有固定间距、固定差分值的差分特征点网格，在频域嵌入带有同步信息帧的指纹信息的基本技术路线；利用帧编码、分片嵌入与有效分片定位技术实现抗CTP攻击，利用辅助信息实现抗RSD攻击；数字指纹提取采用盲检测，在空域嵌入差分网格同时对指纹信息进行基于密钥的指纹信息分组移位置乱，同时采用HDLC数据帧的构成模式，对指纹信息进行了帧编码，使得指纹信息和代表辅助信息的同步字段绑定在一起。2.如权利要求1所述的基于差分特征点网格的抗RSD攻击盲检测数字指纹方法，其特征在于，所述基于差分特征点网格的抗RSD攻击盲检测数字指纹方法包括基于差分特征点网格的数字指纹嵌入和基于差分特征点网格的数字指纹提取这样两大部分；所述基于差分特征点网格的数字指纹嵌入部分包括：第一步，首先采用分组移位置乱算法对指纹信息进行加密，然后采用帧编码技术处理指纹信息，获得指纹数据帧；第二步，在载体图像的DCT域中嵌入带有同步信息帧头的指纹数据帧；第三步，在载体图像的空域中构造具有固定间距、固定差分值的差分特征点网格；所述基于差分特征点网格的数字指纹提取部分包括：第一步，利用平行四边形法则和边延拓方法计算载体图像遭受的RSD攻击参数；第二步，利用RSD攻击参数对载体图像进行校正；第三步，利用同步信息头对校正后的图像进行有效分片的定位，进而进行指纹提取和恢复。3.如权利要求2所述的基于差分特征点网格的抗RSD攻击盲检测数字指纹方法，其特征在于，所述基于差分特征点网格的抗RSD攻击盲检测数字指纹方法的具体步骤如下：指纹数据帧的生成；利用分组移位置乱算法对指纹信息进行加密；采用帧编码技术...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹忠海，周拥军，高大化，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61