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  1文本数字水印技术在电力物资供应链中应用的需求分析

  1.1供应链的流程主要包含:备件生产、采购、储备与库房建设、管理等一系列流程,需要设备供应商、采购商与用户等轮流接手,将电力物资在此供应链上顺承。因此,只有保证各个环节所获取的信息准确无误,才能进一步确定最终信息的正确性,进而防止信息在传播过程中遭受恶意攻击破坏。如果发现文档被篡改,合理的进行篡改定位,可以及时发现被改动的信息,防止导致严重的后果。

  1.2文本数字水印技术文本数字水印技术利用文本文档的冗余空间,完成水印信息的嵌入,以达到隐蔽通信、真伪鉴定、内容认证等目的。文本数字水印技术结合人类视觉系统(HVS),在肉眼感知系数变化不超过不可感知的范围内,通过微调文档格式或改变文档内容嵌入水印信息,以达到所需目的。基于微调文档格式的水印算法主要是在肉眼不可分辨的阈值内,轻微改变行间距、字符间距及字符属性嵌入水印信息,此类水印算法鲁棒性较好,可以抵抗一定的攻击,透明性高,容量大;通过改变文档内容嵌入水印信息的方法主要是依靠同义词替换和等价句式替换完成水印信息的嵌入,此类算法鲁棒性高于基于格式嵌入水印的算法,但是,由于引起了内容的变化,透明性较差,容量较小。

  2基于字符颜色的文本水印算法

  电力物资供应链中文档的可信传输,针对算法的透明性与鲁棒性要求较高,即不能发生易察觉的变化,引起攻击者的兴趣,保证文档内容不能发生变化导致歧义的同时还必需保障算法具备较好的鲁棒性以抵抗攻击。因此,本文采取基于改变字符颜色嵌入水印信息的水印算法。根据人眼视锥细胞对颜色的敏感度测试可知,肉眼对颜色的RGB分量敏感度不同,对红色最敏感,绿色次之,蓝色最弱。为了保证嵌入水印信息具备更好的透明性,本算法不改变字符颜色的R位,而采用修改字符颜色G分量的低三位,B分量的低四位,完成水印信息的嵌入。

  2.1水印信息潜入规则水印信息的预处理过程为了提高安全性,本算法结合密码学,对水印信息进行预处理,使用汉明编码对加密后的信息进行编码。基于线性同余法实现了水印信息嵌入位置的随机化。线性同余伪随机序列的迭代公式为:xi+1=(axi+c)(modm)其中,m为最接近文档字符总数的素数,a∈(2,m),c小于m且与m互素。步骤1:输入密钥信息,并将其转化为二进制序列K=k1k2k3…km;步骤2:输入水印信息,并将其转化为二进制序列W=w1w2w3…wn;步骤3:针对密钥与水印序列进行循环取模,获得加密后的二进制序列M=m1m2m3…ml,其中,l=max{m,n};步骤4:基于(7,4)汉明编码增加监督码,以实现错位纠正的目的,即可获得预处理后的二进制序列H=h1h2h3…ht,其中,t=7*l/4,hi∈0,1,1≤i≤t。水印信息的嵌入步骤1:文档初始化,将字符颜色均设置为黑色,即RGB(0,0,0);步骤2:遍历文档,统计字符数N,判断预嵌入空间是否足够;步骤3:根据水印信息预处理部分所得的位置,对于字符(jj<N),嵌入水印信息的间隔标识S,进行水印信息的循环嵌入,即修改字符的RGB值,此时,RGB分别被修改为(0,0,1),(0,0,2);步骤4:选定字符j,若j<N,则执行步骤7;否则判断间隔标识,标识嵌入完成执行步骤5,未完成则执行步骤1;步骤5:hi=1时,修改当前字符为RGB(0,1,1);修改下一个字符为RGB(0,1,2);hi=0时,修改当前字符为RGB(0,2,0);修改下一个字符为RGB(0,2,1);步骤6:重复执行步骤1-5嵌入信息。步骤7:嵌入完成,保存文档。

  2.2水印信息的提取步骤1:输入密钥,将其转换成二进制序列K;步骤2:遍历文档,查找RGB被修改的位置,根据嵌入的规则,提取“1”,“0”,得到二进制序列S;步骤3:通过对S解码和纠错,得到二进制序列M;当imod7=0时,计算校正子,如果3位校正子全为0,则水印未被篡改,如果得到其它值,对其进行篡改定位并进行一位错码纠正,去除监督位。步骤4:对二进制序列M与密钥K进行循环取模,可以得到水印信息的二进制序列,再对其进行转换,得到输入的水印信号。

  3实验结果与实验分析

  本实验随机选取3篇包含中、英文字符的word文档为测试文档,对其进行水印信息的嵌入和提取,以及攻击实验,其中,嵌入的测试水印信息为“电力物资123”。

  (1)透明性分析:该算法的透明性设计充分考虑了HVS,满足肉眼不可分辨字符色彩有所变化的范围。同时,由图1和图2对比所见,嵌入信息后的文档与原始文档并无差异。

  (2)鲁棒性分析:该算法的鲁棒性较强,由于此算法采用循环嵌入水印信息的方式,因此,含有水印信息的文档只要有一个完整的水印信息没有被攻击破坏,就可以完成该水印信息的检测提取。该算法可以抵抗除了全篇字符颜色攻击外的其他格式攻击,同时,在针对一部分字符遭受颜色攻击时可以成功进行篡改定位。针对内容攻击,该算法的鲁棒性亦较强,只要全篇内容没有均遭受攻击,嵌入的水印信息就可以被正确检测。

  (3)容量分析:该算法基于改变字符RGB值完成水印信息的嵌入,一个字符可以完成一个字节信息的嵌入,容量很大,但是,算法中结合了纠错机制,即汉明编码,每7个码字包含4个信息位,纠正1比特错误。因此,平均两个字符可以完成一个字节水印信息的嵌入,容量可以满足基本的使用。综上,该算法具备透明性、容量较大的特点,可以实现针对内容进行隐蔽通信,不易引起对手的兴趣,该算法鲁棒性较强,可以抵抗一定的攻击,同时该算法具备一定的篡改定位性能,进一步保障了文档的安全传输。

  4结束语

  针对电力系统的可靠运行,电力物资供应链各个环节的信息传输安全具备重要作用。本文提出将一种文本数字水印算法用于电力物资供应过程中文本文档信息安全保护,可以进一步提高文档在各个环节传递的安全性。通过针对该算法进行水印信息的嵌入、提取与攻击实验,证明该算法具备容量较大、透明性高、鲁棒性强等特点,同时该算法还具备针对对应算法嵌入属性攻击进行篡改定位的性能,验证了该算法可以满足隐蔽通信、内容认证及篡改定位的要求,具备一定的实际工程意义。

 

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