卫星遥感影像TIFF文件的数字水印嵌入和提取方法技术

本发明专利技术的目的是提供一种卫星遥感影像TIFF文件的数字水印嵌入和提取方法，该方法能够对TIFF格式的卫星遥感影像进行认证、防伪、防篡改、保证产品的安全性与完整性保护，该方法支持多密钥，能够确保密钥的安全，进而可以保障数字水印安全可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信息安全
，具体涉及一种卫星遥感影像TIFF文件的数字水印嵌入和提取方法。
技术介绍
卫星遥感影像是国家重要的基础性、战略性信息资源，是科学规划、环境保护、资源开发、工程建设、军事作战等工作的重要依据，是信息化建设和可持续发展的基础性工具和重要保障。保障卫星遥感影像的数据信息安全是工程技术人员面临的重要问题。信息安全加密技术是保护数字产品最常用的方法，该技术的发展比较成熟，在信息社会的各个领域中得到了广泛的应用。利用加密技术将文件进行加密，使文件内容变为密文，这样一来即使文件被非法拦截也无法获取其内容，以此达到保护的目的。然而，加密技术本身存在一些难以克服的缺点，加密后的数据更容易引起攻击者的注意，随着计算机的飞速发展使得密码破译能力越来越强，常规密码的安全性受到了极大的威胁。更严重的是，一旦密码被攻击者破译，数字产品将失去保护，很容易出现盗版侵权、非法访问、恶意篡改等行为。数字水印技术弥补了传统加密技术的不足，逐渐发展起来。一个完整的数字水印方案一般包括三部分：水印生成、水印嵌入、水印提取或检测。具体来说，数字水印技术实际上是通过对载体媒质分析、水印预处理、水印嵌入位置选择、水印嵌入方式设计、水印提取方式设计等关键环节进行合理优化，在优先满足基本需求的前提下，寻求解决不可感知性、安全可靠性、稳健性主要约束条件下的准最优化设计问题。数字水印嵌入的基本过程如图1所示，其输入的内容包括原始水印信息、原始载体数据和一个可选的密钥，输出的结果是含有水印的数据。水印生成算法应保证水印的唯一性、有效性、不可逆性等属性。密钥可用来加强安全性，以避免未授权的水印恢复或水印提取。由下式可以定义水印嵌入的一般过程：其中，表示嵌入水印后的数据（即含水印的数据）；为水印嵌入算法；表示原始载体数据；表示原始水印信息；表示密钥集合。这里密钥是可选项，一般用于水印信号的提取。图2是数字水印提取的一般过程，其过程可以需要原始载体图像或原始水印的参与，也可以不需要这些信息，不同情况下的水印提取过程可以描述如下。需要原始载体数据时：需要原始水印时：没有原始信息时：其中，表示所提取的水印；为水印提取算法；表示含有水印的数据。利用上述数字水印技术在对卫星遥感影像TIFF文件进行水印嵌入时，密钥非常的关键，如果密钥长度不够或被窃取，会导致数字水印可能被解密并篡改。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种卫星遥感影像TIFF文件的数字水印嵌入和提取方法，该方法能够对TIFF格式的卫星遥感影像进行认证、防伪、防篡改、保证产品的安全性与完整性保护，该方法支持多密钥，能够确保密钥的安全，进而可以保障数字水印安全可靠。为了达到上述的目的，本专利技术所采取的技术解决方案如下。一种卫星遥感影像TIFF文件的数字水印嵌入过程，包括如下步骤：步骤1：生成卫星遥感影像TIFF文件的数字水印密钥；步骤2：计算明文水印长度（简称PWL），如果明文水印大于16777215字节，提示用户并终止嵌入，否则转到步骤3；步骤3：计算密钥长度（简称KL）以及密文水印长度（简称CWL）；⌈⌉其中CWL的长度大于或等于PWL的长度；步骤4：如果TIFF图片容量（简称IL）小于需要嵌入的密文水印容量，提示用户并终止嵌入，否则转步骤5；其中，表示TIFF图片的宽度，表示TIFF图片的长度。步骤5：将嵌入的水印长度转化为RGB值，存储到图片第一个像素点；其中，R、G、B三个数值能组合成一个Color(R, G, B)，将该Color(R, G, B)存储到第一个像素点即可；步骤6：将密钥流和明文水印流的位置设置为0，将图片位置设置为（1,0），转步骤7开始水印的嵌入工作；步骤7：从密钥流中的当前位置和相反的位置各取出一个字节，转步骤8；其中，为密钥流，为密钥位置，为密钥流长度，为密钥流当前位置的字节，为密钥流中与当前位置相反位置的字节；步骤8：从当前位置的字节计算出要嵌入信息的目标像素点；其中，、为要嵌入信息的目标像素点的坐标值，为图片宽度，为密钥流中当前位置的字节；步骤9：从水印流中取出当前位置的字节，与步骤7中的相反位置的字节进行异或运算，得到密文数据，将该密文数据转化为RGB值，并将得到的RGB值写入到图片的相应位置：其中，WS为水印流、WP为水引流的位置、为密钥流中与当前位置相反位置的字节，计算出的结果为密文数据；步骤10：如果密钥流中没有数据了，将密钥流的位置重置为0，如果水印流中没有数据了，转步骤11；如果水印流中还有数据转步骤7；步骤11：嵌入完成。进一步的，上述步骤1中的卫星遥感影像TIFF文件的数字水印密钥生成过程，包括如下步骤：步骤1：生成若干个密钥文件Key Files；步骤2：将步骤1得到的若干个密钥文件内容重新组合，得到临时密钥流Temp Key Stream（简称TKS）；步骤3：设置密码Password，对步骤2得到的临时密钥流TKS进行保护；步骤4：对Password进行扩充，扩充方法为在Password后面拼接Password，得到临时密码Temp Password（简称TP），然后检查TP的长度与TKS的长度是否相等，如果不相等，继续在TP后面拼接Password，直至TP的长度与TKS的长度相等为止:其中，为Password或Password中的前面的若干字符； TP的长度与TKS的长度相等；步骤5：用TP对临时密钥流TKS进行异或运算，从而得到最终的密钥Key：此时得到的密钥Key就是卫星遥感影像TIFF文件的数字水印嵌入、提取过程中所使用的密钥。因为密钥Key是由TP和TKS两部分异或得到的，而TKS又来源于多个密钥文件，即使某些密钥文件被窃取，也不需要担心Key的安全，所以上述密钥Key的密钥空间非常的大，安全性很高。上述卫星遥感影像TIFF文件的数字水印提取过程，包括如下步骤:步骤1：从已嵌入文件的第一个像素点中取出水印长度:其中，R、G、B就是文件第一个像素点提出的Color的相关值，计算的结果CWL即为密文水印的长度，步骤2：将密钥流和明文水印流的位置设置为0，将图片位置设置为（1,0），转步骤3开始水印的提取工作；步骤3：从密钥流中的当前位置和相反的位置各取出一个字节，转步骤4；此步骤与数字水印嵌入过程的步骤6相同，其中，为密钥流，为密钥位置，为密钥流长度，为密钥流当前位置的字节，为密钥流中与当前位置相反位置的字节；步骤4：从密钥流中的当前位置的字节计算出图片的目标像素点，转步骤5；其中，、为要嵌入信息的目标像素点的坐标值，为图片宽度，为密钥流中当前位置的字节；步骤5：从图片的相应位置取出RGB值，与步骤3中得到的密钥流中的相反位置的字节进行异或运算，得到明文数据，将该明文数据写入水印流中；其中，WS为水印流、WP为水引流的位置、为密钥流中与当前位置相反位置的字节，计算出的结果为明文数据；步骤6：如果水印流的长度等于1中得到的水印长度了，转步骤7；否则转步骤3；步骤7：提取过程结束。本专利技术支持多密钥，为了确保数字水印的安全，必须确保密钥的安全，所以密钥不能太短，否则不安全；但是密钥比较长的话，用户记忆起来比较困难，本专利技术将非常长的密钥存储到文件中，另外设置一个简短的密码，将密钥与密码混合运算，确保密钥的安全，用户只本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星遥感影像TIFF文件的数字水印嵌入过程，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：生成卫星遥感影像TIFF文件的数字水印密钥；步骤2：计算明文水印长度（简称PWL），如果明文水印大于16777215字节，提示用户并终止嵌入，否则转到步骤3；步骤3：计算密钥长度（简称KL）以及密文水印长度（简称CWL）；⌈⌉其中CWL的长度大于或等于PWL的长度；步骤4：如果TIFF图片容量（简称IL）小于需要嵌入的密文水印容量，提示用户并终止嵌入，否则转步骤5；其中，表示TIFF图片的宽度，表示TIFF图片的长度；步骤5：将嵌入的水印长度转化为RGB值，存储到图片第一个像素点；其中，R、G、B三个数值能组合成一个Color(R, G, B)，将该Color(R, G, B)存储到第一个像素点即可；步骤6：将密钥流和明文水印流的位置设置为0，将图片位置设置为（1,0），转步骤7开始水印的嵌入工作；步骤7：从密钥流中的当前位置和相反的位置各取出一个字节，转步骤8；其中，为密钥流，为密钥位置，为密钥流长度，为密钥流当前位置的字节，为密钥流中与当前位置相反位置的字节；步骤8：从当前位置的字节计算出要嵌入信息的目标像素点；其中，、为要嵌入信息的目标像素点的坐标值，为图片宽度，为密钥流中当前位置的字节；步骤9：从水印流中取出当前位置的字节，与步骤7中的相反位置的字节进行异或运算，得到密文数据，将该密文数据转化为RGB值，并将得到的RGB值写入到图片的相应位置：其中，WS为水印流、WP为水引流的位置、为密钥流中与当前位置相反位置的字节，计算出的结果为密文数据；步骤10：如果密钥流中没有数据了，将密钥流的位置重置为0，如果水印流中没有数据了，转步骤11；如果水印流中还有数据转步骤7；步骤11：嵌入完成。...

【技术特征摘要】
1.一种卫星遥感影像TIFF文件的数字水印嵌入过程，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：生成卫星遥感影像TIFF文件的数字水印密钥；步骤2：计算明文水印长度（简称PWL），如果明文水印大于16777215字节，提示用户并终止嵌入，否则转到步骤3；步骤3：计算密钥长度（简称KL）以及密文水印长度（简称CWL）；⌈⌉其中CWL的长度大于或等于PWL的长度；步骤4：如果TIFF图片容量（简称IL）小于需要嵌入的密文水印容量，提示用户并终止嵌入，否则转步骤5；其中，表示TIFF图片的宽度，表示TIFF图片的长度；步骤5：将嵌入的水印长度转化为RGB值，存储到图片第一个像素点；其中，R、G、B三个数值能组合成一个Color(R, G, B)，将该Color(R, G, B)存储到第一个像素点即可；步骤6：将密钥流和明文水印流的位置设置为0，将图片位置设置为（1,0），转步骤7开始水印的嵌入工作；步骤7：从密钥流中的当前位置和相反的位置各取出一个字节，转步骤8；其中，为密钥流，为密钥位置，为密钥流长度，为密钥流当前位置的字节，为密钥流中与当前位置相反位置的字节；步骤8：从当前位置的字节计算出要嵌入信息的目标像素点；其中，、为要嵌入信息的目标像素点的坐标值，为图片宽度，为密钥流中当前位置的字节；步骤9：从水印流中取出当前位置的字节，与步骤7中的相反位置的字节进行异或运算，得到密文数据，将该密文数据转化为RGB值，并将得到的RGB值写入到图片的相应位置：其中，WS为水印流、WP为水引流的位置、为密钥流中与当前位置相反位置的字节，计算出的结果为密文数据；步骤10：如果密钥流中没有数据了，将密钥流的位置重置为0，如果水印流中没有数据了，转步骤11；如果水印流中还有数据转步骤7；步骤11：嵌入完成。2.根据权利要求1所述的卫星遥感影像TIFF文件的数字水印嵌入过程，其特征在于，所述卫星遥感影像TIFF文件的数字水印密钥生成过程，包括如下步骤:步骤1：生成若干个密钥文...

【专利技术属性】
技术研发人员：金永涛，周建伟，陈曦，
申请(专利权)人：北华航天工业学院，
类型：发明
国别省市：河北;13