專利名稱：基于脆弱水印的電子印章的產(chǎn)生及驗(yàn)證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)信息安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有脆弱水印的電子印章的產(chǎn)生及驗(yàn)證方法，可應(yīng)用于電子政務(wù)、電子商務(wù)中的電子文檔，通過對電子文檔中所加蓋印章真?zhèn)涡缘蔫b別，從而起到保障電子文檔內(nèi)容真實(shí)性和完整性的作用。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和電子政務(wù)、電子商務(wù)的興起，各種各樣的電子文檔(公文、合同等)需要大量地在網(wǎng)上不同的用戶之間進(jìn)行傳送或交換。如何保障電子文檔內(nèi)容的真實(shí)性和完整性，是計(jì)算機(jī)信息安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其是在電子政務(wù)、電子商務(wù)中必須解決的技術(shù)問題。目前，解決此類問題的方法大致可以分為兩類一類是基于文檔內(nèi)容的數(shù)字簽名或數(shù)字水印技術(shù)，另一類是基于電子印章的水印技術(shù)。
1.基于文檔內(nèi)容的數(shù)字簽名技術(shù)基于傳統(tǒng)的密碼學(xué)，可利用數(shù)字簽名技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)(文檔)真實(shí)性的認(rèn)證。數(shù)字簽名的目的是保證數(shù)據(jù)(文檔)的完整性和真實(shí)性，在電子商務(wù)、電子政務(wù)等領(lǐng)域中已經(jīng)得到了應(yīng)用。其原理(技術(shù)要點(diǎn))如下(1)采用哈希算法對原始報(bào)文進(jìn)行運(yùn)算，得到一個(gè)固定長度的數(shù)字串，稱為報(bào)文摘要(Message Digest)，不同的原始報(bào)文所得到的報(bào)文摘要各異，但對相同的原始報(bào)文它的報(bào)文摘要卻是唯一的。
(2)發(fā)送方用自己的私鑰對報(bào)文摘要進(jìn)行加密來形成發(fā)送方的數(shù)字簽名。
(3)這個(gè)數(shù)字簽名將作為原始報(bào)文的附件和原始報(bào)文一起發(fā)送給接收方。
(4)接收方首先從接收到的報(bào)文中用同樣的算法計(jì)算出新的報(bào)文摘要，再用發(fā)送方的公鑰對報(bào)文附件的數(shù)字簽名進(jìn)行解密，得到發(fā)送方的報(bào)文摘要，然后比較兩個(gè)報(bào)文摘要，如果值相同，接收方就能確認(rèn)所接收到的報(bào)文確為發(fā)送方所發(fā)送的原始報(bào)文。
但是數(shù)字簽名存在一些不足一方面，發(fā)送方需要對私鑰妥善保存(有可能造成私鑰丟失的情況發(fā)生)；另一方面，數(shù)字簽名一旦被非法用戶截獲，就有可能被解密從而導(dǎo)致文檔內(nèi)同被篡改，最終導(dǎo)致數(shù)字簽名的失效。另外，數(shù)字簽名技術(shù)由于沒有考慮到政務(wù)或商務(wù)中文檔使用印章的習(xí)慣，所以數(shù)字簽名技術(shù)在電子政務(wù)或電子商務(wù)中未能得到廣泛的應(yīng)用。
2.基于文檔內(nèi)容的數(shù)字水印技術(shù)基于文檔內(nèi)容的數(shù)字水印技術(shù)的基本原理是根據(jù)文檔內(nèi)容的特征，如字移編碼、行移編碼和特征編碼等技術(shù)處理，形成數(shù)字水印并嵌入到文檔中以保障文檔內(nèi)容的真實(shí)性和完整性。
數(shù)字文本是由內(nèi)容和格式構(gòu)成的，包含字、語句、行、段落和標(biāo)點(diǎn)符號等元素。我們可以把這些元素看成大小不同的實(shí)體，如果對這些實(shí)體的位置進(jìn)行少量修改(分辨率在300dpi情況下移動1～2個(gè)像素點(diǎn))，是不易被察覺的。文本水印嵌入主要有字移編碼、行移編碼和特征編碼。
字移編碼通過使文本行內(nèi)字發(fā)生平移改變字間距而嵌入特定標(biāo)記。采用這種方法，相鄰字之間的距離是各不相同的。
行移編碼是通過垂直移動文本行的位置來實(shí)現(xiàn)的。對文本進(jìn)行行處理規(guī)定了文本中的哪些文本行將被移動。
特征編碼就是觀察文本并選擇一些特征量，再根據(jù)要嵌入的標(biāo)記來修改這些特征。
基于行移的水印嵌入和提取基本算法過程(1)嵌入過程在某一行及其兩個(gè)相鄰行都足夠長的情況下，該t行才可嵌入水印，被稱作控制行的兩個(gè)相鄰行保持不動，不能嵌入水印。對某一行進(jìn)行行移操作時(shí)，該行的位置相對其原始位置輕微地上移或者下移，其移動方向取決于水印位的取值。
(2)檢測過程首先，掃描待檢測文檔以及原始文檔，得到相應(yīng)的圖像。然后，根據(jù)圖像生成水平信息。隨后補(bǔ)償衰減、平移以及縮放操作所引起的失真。接著評估水平的檢測錯(cuò)誤率。最后，檢測水平確認(rèn)行移的存在及具體移動方向。
文檔水印的算法受限于固定格式的文檔，而常用的文檔格式有很多種，因此不具有通用性。同樣，基于文檔內(nèi)容的數(shù)字水印技術(shù)也沒有考慮到政務(wù)或商務(wù)中文檔使用印章的習(xí)慣，所以基于文檔內(nèi)容的數(shù)字水印技術(shù)在電子政務(wù)或電子商務(wù)中也未能得到廣泛的應(yīng)用。
3.基于脆弱水印的電子印章技術(shù)基于水印的電子印章技術(shù)的基本原理是將用于保護(hù)電子印章真實(shí)性的水印嵌入到電子印章本身的圖案之中，形成新的具有保護(hù)電子印章真實(shí)性的水印的電子印章，然后將該電子印章加蓋到電子文檔中。由于在電子政務(wù)和電子商務(wù)中應(yīng)用的電子文檔中使用了電子印章來體現(xiàn)文檔的合法性，從而使得在互聯(lián)網(wǎng)上傳送或交換的文檔更符合傳統(tǒng)政務(wù)或商務(wù)上的習(xí)慣。
用于保護(hù)電子印章真實(shí)性的水印通常是一種脆弱水印。脆弱水印在數(shù)字水印領(lǐng)域有著獨(dú)特的地位和應(yīng)用，它要求的是準(zhǔn)確和全面的反映對變化的“脆弱”性而不是魯棒性?；诖嗳跛〉膱D像驗(yàn)證是通過嵌入其中的脆弱水印的變化來定位圖像信號的變化。脆弱水印對圖像信號變化的反映能力決定于它的脆弱程度，它的脆弱程度越高，則對圖像信號變化越敏感，反之，則對圖像信號變化的敏感度越低。
一個(gè)好的脆弱水印系統(tǒng)就滿足的要求有以下幾點(diǎn)要求(1)水印的檢測不需要原始圖像的參與；(2)水印要在整幅圖像中，這不僅是水印隱蔽性的要求，而且也是全面反映圖像變化的要求；(3)如果嵌入了水印的圖像沒有被修改，則恢復(fù)出來的水印信號與原始水印信號完全相同；(4)如果嵌入了水印的圖像被修改并導(dǎo)致圖像發(fā)生可覺察的變化，則恢復(fù)出來的水印信號與原始水印信號一定不同；(5)原始水印和恢復(fù)出來的水印信號的差別可能用于評估圖像內(nèi)容可信度的大小，并能反映出失真的屬性；(6)可以利用原始水印信號和恢復(fù)出來的水印信號的差別對圖像的變化在空間域和頻率域中進(jìn)行定位；基于脆弱水印的電子印章的產(chǎn)生及驗(yàn)證方法，一般包括下述的幾個(gè)步驟脆弱水印的構(gòu)造；脆弱水印的嵌入；水印提取和驗(yàn)證。
其中，涉及脆弱水印的主要算法有Yeung-Mintzer算法它首先用一個(gè)密鑰產(chǎn)生一個(gè)二值函數(shù)，該函數(shù)將0到255的每一個(gè)灰度級隨機(jī)地映射到0或1。如果是彩色圖像，則產(chǎn)生三個(gè)函數(shù)分別對應(yīng)紅、綠、監(jiān)三種彩色通道。然后生成一個(gè)二進(jìn)制標(biāo)志圖L作為脆弱水印，該標(biāo)志圖可以通過密鑰隨機(jī)產(chǎn)生，也可以是一幅有意義的圖案。最后通過修改灰度級，從而嵌入水印，其不足(1)安全性不高。如果同一幅標(biāo)志圖和密鑰被用于多幅圖像，那么攻擊者可以確定出它的二值函數(shù)。
(2)該算法只能在空間定位圖像的變化，無法在頻率域定位圖像的變化。
(3)該算法的敏感度過高，即使是圖像的最低育效位發(fā)生改變都會導(dǎo)致認(rèn)證失敗。
Wong算法它將圖像分為多個(gè)不重疊的M*N子塊，分別對每一子塊進(jìn)行水印嵌入和驗(yàn)證。該算法的水印嵌入過程如下(1)將一子塊中所有象素值的高7位作為哈希函數(shù)的輸入，得到一個(gè)哈希值。
(2)選擇一個(gè)二進(jìn)制標(biāo)志圖和哈希值進(jìn)行異或，將結(jié)果嵌入同一子塊的最低有效位。該算法的認(rèn)證過程如下(1)將一子塊中所有象素值的高7位作為哈希函數(shù)的輸入，得到一個(gè)哈希值。
(2)將哈希值和子塊的最低有效位進(jìn)行異或，得到的結(jié)果和標(biāo)志圖進(jìn)行比較，如果相同，則表明子塊未被篡改，反之，則表明于塊已被篡改。
該算法存在以下四點(diǎn)不足之處(1)該算法的認(rèn)證是以子塊為單位的，如果標(biāo)志圖有大面積的黑象素或白象素，則交換子塊位置后的圖像仍可能通過認(rèn)證。
(2)該算法只能在空間粗略定位圖像的變化，無法在頻率域定位圖像的變化。
(3)該算法的敏感度過高，圖像的任何比特的改變都會導(dǎo)致認(rèn)證的失敗。
基于小波變換的脆弱水印算法一般，人眼的視覺對圖像平滑部分信息的細(xì)微變化比較敏感，而對圖像邊緣或紋理等部分信息的微小變化不太敏感。小波變換的基本思想就是將圖像進(jìn)行多分辨率分解，分解成不同時(shí)空、不同頻率的子圖像，更符合人眼的視覺機(jī)制。圖像經(jīng)小波分解成小波子圖后，圖像的信息得到了很好的分類，圖像邊緣或紋理等部分信息主要集中在中高頻細(xì)節(jié)子圖的較大小彼系數(shù)上，因此，適當(dāng)修改這些小波系數(shù)值，就可以實(shí)現(xiàn)某種特征信息的嵌入。
在基于小波變換的數(shù)字水印技術(shù)中，通常是先將原始圖像進(jìn)行多級小波分解，然后通過修改小波變換系數(shù)來實(shí)現(xiàn)水印的嵌入。檢測器接收到目標(biāo)圖像以后，先對其進(jìn)行多級小波分解，通過相應(yīng)的提取算法來判定目標(biāo)圖像中是否含有水印或直接將水印提取出來。
由于基于小波變換的脆弱水印算法更符合人眼的視覺機(jī)制，故利用其技術(shù)來產(chǎn)生的具有脆弱水印的電子印章更具有實(shí)用性。
但是，無論基于什么樣的脆弱水印算法，通常是將具有保護(hù)電子印章功能的脆弱水印圖案(如單位標(biāo)識等)嵌入到電子印章圖案中，得到的只是一個(gè)單脆弱水印的電子印章。目前尚未見到將具有電子印章保護(hù)功能和文檔保護(hù)功能的多脆弱水印嵌入到電子印章圖案，從而得到多脆弱水印電子印章的報(bào)道。
綜上所述，在解決電子政務(wù)或電子商務(wù)中保障電子文檔真實(shí)性和完整性技術(shù)問題的現(xiàn)有技術(shù)方案中，數(shù)字簽名技術(shù)或數(shù)字水印技術(shù)都是基于文檔內(nèi)容，除本身固有的不足之外，沒有考慮到政務(wù)或商務(wù)上對于印章這一形式上的需要，不符合傳統(tǒng)政務(wù)或商務(wù)上的習(xí)慣；而現(xiàn)有的基于脆弱水印的電子印章技術(shù)通常是將具有保護(hù)電子印章功能的脆弱水印圖案(如單位標(biāo)識等)嵌入到電子印章圖案中，這種電子印章的使用雖然符合傳統(tǒng)政務(wù)或商務(wù)上的習(xí)慣，但這種電子印章本身沒有結(jié)合具體文檔特征，所以在使用過程中可能被用戶非法復(fù)制出印章，用于非法文檔，從而無法保證具體文檔的真實(shí)性和完整性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對目前基于文檔的數(shù)字簽名或數(shù)字水印技術(shù)和基于脆弱水印的電子印章技術(shù)的不足，提出了一種基于小波變換域的、多脆弱水印電子印章的產(chǎn)生和驗(yàn)證方法。本發(fā)明將具有電子印章保護(hù)功能和文檔保護(hù)功能的多脆弱水印嵌入到電子印章圖案中，從而得到多脆弱水印電子印章，最終可以保證具體文檔的真實(shí)性和完整性。另外，本發(fā)明所產(chǎn)生的印后的印章視覺效果較好，對數(shù)據(jù)的篡改敏感。
由于電子印章多用于電子政務(wù)、電子商務(wù)等電子文檔中，最終目的是更好地保障電子文檔的真實(shí)性和完整性，因此，結(jié)合文檔特征作為水印數(shù)據(jù)嵌入到電子印章里，并加蓋到電子文檔中，這樣每個(gè)電子文檔所蓋的電子印章所嵌入的水印是不完全相同的，即驗(yàn)證電子印章時(shí)需與當(dāng)前的電子文檔進(jìn)行對應(yīng)，從而避免印章被非法加蓋到非法的文檔中。電子印章在單獨(dú)存放時(shí)，也要有脆弱水印加以保護(hù)，可以用單位的標(biāo)識作為水印嵌入。因此本發(fā)明采用多水印來保障電子文檔的真實(shí)性和完整性。
電子印章圖像與一般的灰度或彩色圖像不盡相同，色彩單一，平坦區(qū)較多，因此一般的水印嵌入算法不能直接用于印章水印。本發(fā)明是基于二維小波變換域進(jìn)行的，因此具有多分辨特性，符合人類視覺模型原理。電子印章先進(jìn)行一層小波變換，將單位標(biāo)識數(shù)據(jù)嵌入到選出的最高頻系數(shù)的圖像邊界里；第二層小波變換產(chǎn)生的最高頻系數(shù)則嵌入當(dāng)前文檔用HASH函數(shù)產(chǎn)生的128位數(shù)據(jù)。印章具體的嵌入算法里，將水印數(shù)據(jù)嵌入到邊界分解后的高頻系數(shù)中。利用文檔特征和脆弱水印對篡改的敏感性，能檢測印章的真實(shí)性，且水印提取不需要原始印章圖像。
一般，人眼的視覺對圖像平滑部分信息的細(xì)微變化比較敏感，而對圖像邊緣或紋理等部分信息的微小變化不太敏感。小波變換的基本思想就是將圖像進(jìn)行多分辨率分解，分解成不同時(shí)空、不同頻率的子圖像，更符合人眼的視覺機(jī)制。圖像經(jīng)小波分解成小波子圖后，圖像的信息得到了很好的分類，圖像邊緣或紋理等部分信息主要集中到中高頻細(xì)節(jié)子圖的較大小彼系數(shù)上，因此，適當(dāng)修改這些小波系數(shù)值，就可以實(shí)現(xiàn)某種特征信息的嵌入。
本發(fā)明詳細(xì)技術(shù)方案如下基于脆弱水印的電子印章的產(chǎn)生方法，其特征是，它包括如下步驟一、嵌入電子印章的防偽標(biāo)記水印，包括以下步驟1)、對大小為M1*M2像素的原始電子印章圖像進(jìn)行二維一層小波分解以得到原始電子印章圖像的一個(gè)低頻系數(shù)矩陣LL1和三個(gè)高頻系數(shù)矩陣LH1、HL1、HH1；在基于小波域的數(shù)字水印技術(shù)中，通常是先將原始圖像進(jìn)行多級小波分解，然后通過修改小波變換系數(shù)來實(shí)現(xiàn)水印的嵌入。檢測器接收到目標(biāo)圖像以后，先對其進(jìn)行多級小波分解，通過相應(yīng)的提取算法來判定目標(biāo)圖像中是否含有水印或直接將水印提取出來。
在實(shí)際分析中水平細(xì)節(jié)、垂直細(xì)節(jié)、對角線細(xì)節(jié)和低頻近似系數(shù)分別用HL、LH、HH、LL表示。圖像經(jīng)小波變換后，能量主要集中在低頻部分，人眼對這部分比較敏感。因此，LL部分的小波系數(shù)很大，對這部分系數(shù)的修改很容易使圖像的視覺質(zhì)量下降，所以在嵌入水印時(shí)，特別是脆弱水印對視覺要求較高，應(yīng)盡量避兔對LL小波系數(shù)進(jìn)行較大幅度的修改。對于高頻系數(shù)來說，它們的重要性順序按HL、LH、HH依次遞減，HH部分相對最不重要，這部分的系數(shù)也最小，大部分接近于0。從人眼的感覺上來看，人眼對這部分也相對最不敏感。
為增加水印的脆弱性，在應(yīng)用小波理論進(jìn)行水印嵌入時(shí)，通過修改高頻系數(shù)進(jìn)行水印嵌入還能夠達(dá)到比較好的隱蔽性效果。
2)、計(jì)算大小為N1*N2像素的二值防偽標(biāo)記圖像的水印數(shù)據(jù)w1(i)，水印數(shù)據(jù)w1(i)的值就是二值防偽標(biāo)記圖像相應(yīng)像素位置上的值；3)、在高頻系數(shù)矩陣HH1中隨機(jī)選取N1*N2個(gè)不為零的系數(shù)的位置；在HH1中選擇出嵌入水印的系數(shù)時(shí)，要在S(HH1)不為0的系數(shù)中選擇，S(HH1)不為0的這些系數(shù)表示高頻值大小，代表了圖像邊緣的變化。因?yàn)橛≌聢D像也是二值圖像，平坦區(qū)比較多，若水印嵌入其中，將很容易被人眼察覺。因此將水印嵌入到圖像邊界，對圖像的視覺效果破壞最小。并且選出的系數(shù)應(yīng)均勻分布在S(HH1)不為0的系數(shù)中。
4)、修改高頻系數(shù)矩陣HH1中所選取的N1*N2個(gè)不為零的系數(shù)的位置上的系數(shù)，具體方法是在HH1中對某一個(gè)選出的位置上的系數(shù)S(HH1)進(jìn)行修改時(shí)，先比較HL1和LH1對應(yīng)位置的系數(shù)大小，修改后的系數(shù)按如下公式計(jì)算；
若w1(i)＝1，S(HH1)＝Max[S(LH1)，S(HL1)]*(1+a)；1≤i≤N1*N2(1)若w1(i)＝0，S(HH1)＝Min[S(LH1)，S(HL1)]*(1-a)；1≤i≤N1*N2(2)系數(shù)修改后，得到新的最高頻系數(shù)矩陣HH1’；由于圖像經(jīng)過小波變換后，能量大小順序?yàn)镠L1＞LH1＞HH1，HH1包含的能量最低，對其中的少部分系數(shù)值進(jìn)行增減修改，并從統(tǒng)計(jì)上來計(jì)算HH1修改后的能量不會超過LH1的能量總和。因此，此嵌入方法對印章圖像的視覺效果的影響不可察。另外，嵌入公式具有自適應(yīng)性，在修改HH1的系數(shù)時(shí)，沒有直接在HH1的系數(shù)值進(jìn)行增減，而且利用HL1和LH1的值修改后再替換給HH1。所以在以后的檢測過程中不需要再參考電子印章的原始圖像，從而實(shí)現(xiàn)盲檢測。
對于公式中參數(shù)a的取值，可對水印的嵌入強(qiáng)度和以后提取檢測的誤檢率之間進(jìn)行平衡后決定，在實(shí)際計(jì)算中取為0.1。
5)、獲得含防偽標(biāo)記水印的電子印章圖像將新的最高頻系數(shù)矩陣HH1’和原來的三個(gè)系數(shù)矩陣HL1，LH1，LL1一起進(jìn)行二維逆小波變換，采用的小波基同分解時(shí)的相同，即得到嵌入了防偽標(biāo)記的電子印章圖像；二、嵌入文檔特征水印，包括以下步驟1)、對經(jīng)步驟一所得的電子印章圖像進(jìn)行兩層小波變換，采用相同的小波基進(jìn)行二維小波分解，可得到第二層的低頻系數(shù)LL2和三個(gè)次高頻系數(shù)LH2、HL2、HH2；2)、計(jì)算文檔特征水印數(shù)據(jù)，對文檔進(jìn)行報(bào)文摘要算法處理，得到一個(gè)固定位數(shù)(J位)的數(shù)據(jù)串，即文檔特征水印數(shù)據(jù)；報(bào)文摘要是傳統(tǒng)密碼學(xué)里的一種加密技術(shù)，再結(jié)合數(shù)據(jù)簽名技術(shù)，也常被用于電子商務(wù)、電子政務(wù)中進(jìn)行數(shù)據(jù)真實(shí)性的認(rèn)證。它是將被發(fā)送文件采用哈希算法對原始報(bào)文進(jìn)行運(yùn)算，得到一個(gè)固定長度的數(shù)字串，稱為報(bào)文摘要(Message Digest)，不同的報(bào)文所得到的報(bào)文摘要各異，但對相同的報(bào)文它的報(bào)文摘要卻是唯一的。
本發(fā)明將報(bào)文摘要結(jié)合小波域水印算法，將綜合兩種信息安全技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對電子印章的合法性保護(hù)。因?yàn)?，?bào)文摘要和脆弱水印都對篡改操作及其敏感，將128位的報(bào)文摘要作為脆弱水印數(shù)據(jù)嵌入印章圖像中，可以加強(qiáng)對印章真實(shí)性的保護(hù)。并且每個(gè)蓋章的文檔所生成的報(bào)文摘要不相同，這樣每個(gè)合法的文檔與所蓋印章形成一一對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)一步杜絕印章被非法使用。
3)、在高頻系數(shù)矩陣HH2中隨機(jī)選取J個(gè)不為零的系數(shù)的位置；4)、修改高頻系數(shù)矩陣HH2中所選取的J個(gè)不為零的系數(shù)的位置上的系數(shù)，具體方法是在HH2中對某一個(gè)選出的位置上的系數(shù)S(HH2)進(jìn)行修改時(shí)，先比較HL2和LH2對應(yīng)位置的系數(shù)大小，修改后的系數(shù)按如下公式計(jì)算；若w2(i)＝1，S(HH2)＝Max[S(LH2)，S(HL2)]*(1+a)；1≤i≤J(3)若w2(i)＝0，S(HH2)＝Min[S(LH2)，S(HL2)]*(1-a)；1≤i≤J(4)系數(shù)修改后，得到新的最高頻系數(shù)矩陣HH2’；5)、獲得含防偽標(biāo)記水印的電子印章圖像將新的最高頻系數(shù)矩陣HH2’和原來的六個(gè)系數(shù)矩陣HL2，LH2，LL2，HL1，LH1，HH1’一起進(jìn)行二維逆小波變換，采用的小波基同分解時(shí)的相同，即得到嵌入了防偽標(biāo)記水印和文檔特征水印的電子印章圖像。
該算法可以保證嵌入的水印能量最小，對原始印章圖像的可視性效果最好。
基于脆弱水印的電子印章的驗(yàn)證方法，其特征是，它包括如下步驟1)、對電子印章圖像進(jìn)行小波分解對加蓋在具體電子文檔上的待驗(yàn)證的電子印章圖像進(jìn)行二維兩層小波變換，選擇與嵌入方法相同的小波基進(jìn)行分解；2)、提取文檔特征對已蓋了印章的文檔進(jìn)行報(bào)文摘要算法(如HASH算法)處理，得到J位的特征數(shù)據(jù)串；3)、選擇水印數(shù)據(jù)提取位置分別在第一層和第二層最高頻系數(shù)HH1、HH2里選擇出提取水印的正確位置，電子印章產(chǎn)生過程中水印數(shù)據(jù)的嵌入位置就是水印數(shù)據(jù)的提取位置；4)、提取水印數(shù)據(jù)w′k(i)對每一個(gè)提取出的位置判斷其系數(shù)值，判斷若S(HHk)＞Averag(S(LHk)，S(HLk))，則wk′(i)＝1； (5)若S(HHk)＜Average(S(LHk)，S(HLk))，則wk′(i)＝0。(k＝1，2)(6)在嵌入水印時(shí)，由公式(1)、(2)或(3)、(4)知，當(dāng)wk(i)＝1時(shí)，修改得到的S(HHk)值必大于S(LHk)和S(HLk)的平均值；當(dāng)wk(i)＝0時(shí)，修改得到的S(HHk)值必小于S(LHk)和S(HLk)的平均值。因而選擇Averag(S(LHk)，S(HLk))作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，可以減小檢測時(shí)的誤檢率。
5)、判斷將提取出來的兩個(gè)水印，分別對應(yīng)地與防偽標(biāo)記圖像和文檔特征數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算相關(guān)系數(shù)C定義為Ck=||wk||·||wk′||||wk||2(k=1,2)]]>分別計(jì)算得到的C1為二值防偽標(biāo)記圖像相關(guān)系數(shù)，C2為文檔報(bào)文摘要相關(guān)系數(shù)，如果都是1，則說明電子印章是真實(shí)可信的。如果C1不為1，則說明加蓋的印章的真實(shí)性不可靠，可能是偽造的；如果C2不為1，說明印章被非法使用蓋章，即該文檔不是合法的公文。
本發(fā)明的有益效果(1)嵌入水印后的圖章可視效果很好，看不出加入了水印的痕跡。
(2)驗(yàn)證時(shí)，不需要原始圖章，實(shí)現(xiàn)了盲水印提取算法。
(3)脆弱水印結(jié)合密碼學(xué)里的報(bào)文摘要算法，可以增強(qiáng)對印章和文檔的安全性。
(4)嵌入兩個(gè)或多個(gè)水印，防偽標(biāo)記水印對印章圖像加以保護(hù)；結(jié)合具體電子文檔產(chǎn)生的文檔特征水印可以保障文檔的合法性和真實(shí)性。
(5)本發(fā)明使電子印章中水印與文檔相關(guān)，可防止用戶將非法獲取的印章圖像加蓋到別的文檔中。


圖1基于多脆弱水印的電子印章產(chǎn)生方法的流程圖；圖2基于多脆弱水印的電子印章驗(yàn)證方法的流程圖。
權(quán)利要求
1.基于脆弱水印的電子印章的產(chǎn)生方法，其特征是，它包括如下步驟一、嵌入電子印章的防偽標(biāo)記水印，包括以下步驟1)、對大小為M1*M2像素的原始電子印章圖像進(jìn)行二維一層小波分解以得到原始電子印章圖像的一個(gè)低頻系數(shù)矩陣LL1和三個(gè)高頻系數(shù)矩陣LH1、HL1、HH1；2)、計(jì)算大小為N1*N2像素的二值防偽標(biāo)記圖像的水印數(shù)據(jù)w1(i)，水印數(shù)據(jù)w1(i)的值就是二值防偽標(biāo)記圖像相應(yīng)像素位置上的值；3)、在高頻系數(shù)矩陣HH1中隨機(jī)選取N1*N2個(gè)不為零的系數(shù)的位置；4)、修改高頻系數(shù)矩陣HH1中所選取的N1*N2個(gè)不為零的系數(shù)的位置上的系數(shù)，具體方法是在HH1中對某一個(gè)選出的位置上的系數(shù)S(HH1)進(jìn)行修改時(shí)，先比較HL1和LH1對應(yīng)位置的系數(shù)大小，修改后的系數(shù)按如下公式計(jì)算；若w1(i)＝1，S(HH1)＝Max[S(LH1)，S(HL1)]*(1+a)；1≤i≤N1*N2若w1(i)＝0，S(HH1)＝Min[S(LH1)，S(HL1)]*(1-a)；1≤i≤N1*N2系數(shù)修改后，得到新的最高頻系數(shù)矩陣HH1′；5)、獲得含防偽標(biāo)記水印的電子印章圖像將新的最高頻系數(shù)矩陣HH1′和原來的三個(gè)系數(shù)矩陣HL1，LH1，LL1一起進(jìn)行二維逆小波變換，采用的小波基同分解時(shí)的相同，即得到嵌入了防偽標(biāo)記的電子印章圖像；二、嵌入文檔特征水印，包括以下步驟1)、對經(jīng)步驟一所得的電子印章圖像進(jìn)行兩層小波變換，采用相同的小波基進(jìn)行二維小波分解，可得到第二層的低頻系數(shù)LL2和三個(gè)次高頻系數(shù)LH2、HL2、HH2；2)、計(jì)算文檔特征水印數(shù)據(jù)，對文檔進(jìn)行報(bào)文摘要算法處理，得到一個(gè)固定位數(shù)(J位)的數(shù)據(jù)串，即文檔特征水印數(shù)據(jù)；3)、在高頻系數(shù)矩陣HH2中隨機(jī)選取J個(gè)不為零的系數(shù)的位置；4)、修改高頻系數(shù)矩陣HH2中所選取的J個(gè)不為零的系數(shù)的位置上的系數(shù)，具體方法是在HH2中對某一個(gè)選出的位置上的系數(shù)S(HH2)進(jìn)行修改時(shí)，先比較HL2和LH2對應(yīng)位置的系數(shù)大小，修改后的系數(shù)按如下公式計(jì)算；若w2(i)＝1，S(HH2)＝Max[S(LH2)，S(HL2)]*(1+a)；1≤i≤J若w2(i)＝0，S(HH2)＝Min[S(LH2)，S(HL2)]*(1-a)；1≤i≤J系數(shù)修改后，得到新的最高頻系數(shù)矩陣HH2′；5)、獲得含防偽標(biāo)記水印的電子印章圖像將新的最高頻系數(shù)矩陣HH2′和原來的六個(gè)系數(shù)矩陣HL2，LH2，LL2，HL1，LH1，HH1一起進(jìn)行二維逆小波變換，采用的小波基同分解時(shí)的相同，即得到嵌入了防偽標(biāo)記水印和文檔特征水印的電子印章圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脆弱水印的電子印章的產(chǎn)生方法，其特征是，步驟一中所述的防偽標(biāo)記圖像為二值圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于脆弱水印的電子印章的產(chǎn)生方法，其特征是，所述二值圖像可以是單位標(biāo)識圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脆弱水印的電子印章的產(chǎn)生方法，其特征是，所述參數(shù)a的取值為0.1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脆弱水印的電子印章的產(chǎn)生方法，其特征是，步驟二中所述的報(bào)文摘要算法為哈希算法。
6.基于脆弱水印的電子印章的驗(yàn)證方法，其特征是，它包括如下步驟1)、對電子印章圖像進(jìn)行小波分解對加蓋在具體電子文檔上的待驗(yàn)證的電子印章圖像進(jìn)行二維兩層小波變換，選擇與嵌入方法相同的小波基進(jìn)行分解；2)、提取文檔特征對已蓋了印章的文檔進(jìn)行報(bào)文摘要算法處理，得到J位的特征數(shù)據(jù)串；3)、選擇水印數(shù)據(jù)提取位置分別在第一層和第二層最高頻系數(shù)HH1、HH2里選擇出提取水印的正確位置，電子印章產(chǎn)生過程中水印數(shù)據(jù)的嵌入位置就是水印數(shù)據(jù)的提取位置；4)、提取水印數(shù)據(jù)w′k(i)對每一個(gè)提取出的位置判斷其系數(shù)值，判斷若S(HHk)＞Averag(S(LHk)，S(HLk))，則w′k(i)＝1；若S(HHk)＜Average(S(LHk)，S(HLk))，則w′k(i)＝0。(k＝1，2)在嵌入水印時(shí)，由公式(1)、(2)或(3)、(4)知，當(dāng)wk(i)＝1時(shí)，修改得到的S(HHk)值必大于S(LHk)和S(HLk)的平均值；當(dāng)wk(i)＝0時(shí)，修改得到的S(HHk)值必小于S(LHk)和S(HLk)的平均值。因而選擇Averag(S(LHk)，S(HLk))作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，可以減小檢測時(shí)的誤檢率。5)、判斷將提取出來的兩個(gè)水印，分別對應(yīng)地與防偽標(biāo)記圖像和文檔特征數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算相關(guān)系數(shù)C定義為Ck=||wk||·||wk′||||wk||2(k=1,2)]]>分別計(jì)算得到的C1為二值防偽標(biāo)記圖像相關(guān)系數(shù)，C2為文檔報(bào)文摘要相關(guān)系數(shù)，如果都是1，則說明電子印章是真實(shí)可信的。如果C1不為1，則說明加蓋的印章的真實(shí)性不可靠，可能是偽造的；如果C2不為1，說明印章被非法使用蓋章，即該文檔不是合法的公文。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于脆弱水印的電子印章的驗(yàn)證方法，其特征是，步驟2)中所述的報(bào)文摘要算法為哈希算法。
全文摘要
基于脆弱水印的電子印章的產(chǎn)生方法，包括嵌入電子印章的防偽標(biāo)記水印步驟和嵌入文檔特征水印步驟?；诖嗳跛〉碾娮佑≌碌尿?yàn)證方法，主要包括水印提取和判斷真?zhèn)蔚牟襟E。其實(shí)質(zhì)是利用小波變換對原始電子印章圖像進(jìn)行分解得到四個(gè)系數(shù)矩陣LL、LH、HL和HH，通過改變最高頻系數(shù)矩陣HH中適當(dāng)選取的系數(shù)來嵌入脆弱水印。依據(jù)本發(fā)明所得的電子印章，不僅嵌入了單位標(biāo)識等防偽水印，還可以結(jié)合具體文檔嵌入文檔特征水印。嵌入水印后的圖章可視效果很好；驗(yàn)證時(shí)，不需要原始圖章；可嵌入兩個(gè)或多個(gè)水印，其中防偽標(biāo)記水印對印章圖像加以保護(hù)，文檔特征水印可以保障文檔的合法性和真實(shí)性。本發(fā)明可應(yīng)用于電子政務(wù)、電子商務(wù)中的電子文檔，通過對電子文檔中所加蓋印章真?zhèn)涡缘蔫b別，從而起到保障電子文檔內(nèi)容真實(shí)性和完整性的作用。
文檔編號G06F1/00GK1725244SQ20051002129
公開日2006年1月25日 申請日期2005年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月19日
發(fā)明者佘堃, 彭靜, 侯祥勇, 段貴多 申請人:電子科技大學(xué)