用于重要电子文件保护的数字水印和数字指纹算法研究

摘要

随着计算机和互联网技术的发展，电子文件在电子政务网和企业内部网中得到广泛使用，其中不乏以电子文件形式存放的机密信息。由于电子文件易于复制和传播，而且复制后不留任何痕迹，因此，一旦文件管理不当，很容易引发严重的信息泄露问题。如何防范电子文件的非法访问、复制和传播已成为内网中必须重点解决的信息安全问题。传统的安全技术无法满足当前内网中电子文件的保护需要。通过引入数字水印和数字指纹技术，保障内网中重要电子文件的安全，对于促进经济、政治、军事、外交等部门的信息安全具有重要的理论意义和实用价值。
　　 数字水印技术可用于在电子文件中嵌入密级标识，以实现对文件重要性的说明，为文件的分级保护提供基础。这要求水印算法具有较大的水印容量及较强的鲁棒性。在借鉴并改进已有图像校正方法的基础上，提出了一种基于小波包变换和离散余弦变换的CDMA（Code Division Multiple Access）水印算法。该算法利用CDMA扩频技术提高水印的嵌入容量，并将水印嵌入在图像经小波包分解后的低中频区域以保证水印的鲁棒性和不可感知性。同时，采用了基于SIFT（Scale Invariant Feature Transform）特征点的图像校正方法对图像几何失真进行校正，以保证水印算法对几何攻击的鲁棒性。
　　 数字指纹技术可用于防范内网中用户的合谋攻击。当合谋人数不超过两个时，指纹算法应能同时跟踪到所有的合谋用户。运用级联码的思想设计了一种基于IPP（Identifiable Parent Property）码的数字指纹算法。该算法首先构造一个2-防诬陷码，进而构造出一个2-安全码，然后结合2-安全码和混沌序列得到一个基于混沌序列的两用户合谋安全码，将其作为内码；采用IPP码作为外码，对内码译码输出的结果进行分析，从而能以较高概率跟踪到两个合谋用户，并且不会诬陷无辜用户。
　　 当合谋人数多于两个时，指纹算法应能快速准确地跟踪到其中一个合谋用户。运用级联码的思想设计了一种基于Turbo码的数字指纹算法。该算法采用 码作为内码，Turbo码作为外码，并对外码的译码算法进行改进，以充分利用内码译码所输出的多个可疑信息，从而更准确地判断和跟踪到合谋用户。与目前已有的基于 码的编码算法相比，在相同的合谋人数和错误率下，该算法可以更好地抵抗合谋攻击，并具有更短的指纹码长。
　　 通过对数字水印和数字指纹技术的研究，取得了若干具有理论价值和实用价值的成果，对保护重要电子文件信息，提高内网的信息安全具有积极意义。