遥感软件知识产权与数字遥感影像版权保护

摘要

随着计算机与网络技术在遥感领域的广泛应用,在相关领域的科研与实践中产生了大量的专业应用软件与电子数据成果,保护这些软件中未公开的知识产权及电子数据的版权是当前的一个重要问题。代码迷惑技术是用来保护遥感软件知识产权的一种新型、经济的方法;数字水印技术为多媒体数据版权保护提供了有效途径。
　　 在遥感领域,遥感软件是一种设计成果,数字遥感影像是一种数据成果;为了实现对二者的保护,本文对代码迷惑技术、数字水印技术、数字遥感影像对水印的要求进行了研究,主要工作及成果如下:
　　 (1)提出了交叉控制流代码迷惑技术及相应的编译器方案,能有效的阻止反编译,并增加静态分析的难度。
　　 为了保护软件知识产权,阻止逆向工程和静态分析,研究了内置迷惑技术的编译器。提出交叉控制流的代码迷惑技术以及应用这种技术的编译实现方案。给出if语句和while循环语句控制流交叉原理,产生多入口多出口控制块,使代码控制流复杂化。同时把被保护代码块放置于交叉控制块间,以达到隐蔽真实控制流的目的,因而能有效阻止自动反编译并增强软件分析的难度。由于源代码级不可形成控制交叉,给出内置此功能的兼容编译实现方法,使得程序员书写的代码简单而安全。经仿真和分析,提出的技术对代码具有很好的保护效果,编译后的目标指令有略微增加,而运行效率几乎不受影响。
　　 (2)提出了一种量化评价迷惑变换鲁棒性的方法,方便程序员在多种迷惑方案中进行选优。
　　 软件迷惑变换能加大软件的反向工程与恶意篡改的技术难度,有利于保护知识产权。面对大量的迷惑变换技术,评价一种变换技术的有效性以及比较不同变换方案的优劣很有现实意义。本文提出了一种量化评价迷惑变换鲁棒性的方法,方便程序员选择不同的迷惑方案。文中提出迷惑变换导致的鲁棒性表现在软件复杂度变化与代码功能模糊性增加两个相对独立的层面上,并为此建立了相应的度量模型:软件系统复杂度模型与迷惑变换模糊度模型。所提出的系统复杂度模型包含丰富的软件元素信息,能较好地从复杂性层面来体现变换对软件的保护;所建立的变换模糊度模型用于刻画变换导致理解的困难性,能适应复杂的变换复合应用需要。评价方法基于程序控制流图,通过平均局部节点度量值描述软件局部秘密代码的鲁棒性。文中给出了相应的实现算法,通过一些例子和实例仿真,详细展示了模型的工作过程。
　　 (3)基于第一主成份向量方向的稳定性,设计了一种适用于遥感图像和普通图像的零水印方案,方案在鲁棒性、经受攻击的广泛性、实用性三方面综合性能优越。
　　 针对灰度值攻击如亮度值的绝对修改、对比度改变、参数直方图均衡化,以及组合攻击破坏数字图像水印,利用第一主成份向量方向的稳定性,提出了一种适应性很强的零水印方法,解决了水印的不可见性与鲁棒性的矛盾。首先分析了第一主成份方向的稳定性,接着通过实验测试它在空域与变换域的表现。在此基础上对输入图像执行多级DT-CWT分解,选择它的两个低频子带并分别进行分块,计算各子块的第一主成份向量;然后分别计算它们与一个秘密参考向量的夹角;最后比较两个低频子带对应子块的夹角关系抽取图像特征。此外对所提出的方案进行了安全性与鲁棒性分析。通过对6幅图像的20种单项攻击以及50种组合攻击进行实验,结果表明所提出的方案在鲁棒性、抗攻击的广泛性、实用性三方面综合性能优越。
　　 (4)提出一种鲁棒的多波段遥感影像可视零水印方案,能适应遥感影像数据的大尺度、多波段、高保真特点,性能稳定、鲁棒。
　　 随着地球观测科学与互联网的快速发展,耗资较大的遥感影像信息的版权保护已成为一个重要问题。由于遥感影像数据的大尺度、多波段、高保真特点,使普通图像的水印算法难以胜任,而且目前绝大多数关于遥感的水印文献并没有真正重视遥感数据的特殊性。本文专门为遥感影像的版权保护设计了一种水印方案,考虑了遥感数据的特殊性,算法的时间性能,图像攻击的多样性。首先通过分析和实验,证明了第一奇异值向量方向的稳定性。接着根据影响稳定性的相关因子建立了水印嵌入位置扫描算法。在此基础上针对多波段遥感影像提出了一种低复杂度的零水印方案,并进行了时间性能与安全性分析。最后,选取5幅不同场景的遥感影像与25种图像处理,对普通攻击、灰度攻击、组合攻击、波段攻击、方案的执行时间进行了全面仿真。结果表明所提出的方案时间性能好,抗攻击性能稳健、稳定,能抵制包含波段攻击在内的较大范围的图像攻击。