特征攻擊在格式化文本水印攻擊中的研究

邢曉溪， 吳雁南

(1.國網(wǎng)北京市電力公司物資分公司，北京 100054； 2.國網(wǎng)北京市電力公司，北京 100031)

特征攻擊在格式化文本水印攻擊中的研究

邢曉溪1， 吳雁南2

(1.國網(wǎng)北京市電力公司物資分公司，北京 100054； 2.國網(wǎng)北京市電力公司，北京 100031)

針對(duì)目前沒有基于Word的特征攻擊分類方法，結(jié)合基于文本文檔的算法與已有的數(shù)字水印攻擊分類方式，提出Word特有的攻擊分類，可以完善已有的數(shù)字水印攻擊方式。針對(duì)Word的格式特征，提出了Word的攻擊范圍選擇。結(jié)合攻擊方法分類，完善了攻擊強(qiáng)度。對(duì)Word進(jìn)行了特征攻擊測試實(shí)驗(yàn)，分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析了水印嵌入算法與攻擊方式的關(guān)系。

數(shù)字水印技術(shù)； 數(shù)字水印攻擊； 特征攻擊

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，信息化的普及，越來越多的文本作品被人們下載和傳播，從而，由于版權(quán)糾紛引發(fā)的問題越來越多。數(shù)字水印技術(shù)的運(yùn)用可以在一定程度上有效的保護(hù)數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)。但是，隨著數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字水印攻擊技術(shù)也隨之發(fā)展。兩者相互影響，相互促進(jìn)發(fā)展。新的水印攻擊的出現(xiàn)一方面對(duì)水印系統(tǒng)的魯棒性提出了新的要求，另一方面也促進(jìn)了水印技術(shù)的發(fā)展，從而促使人們提出抵抗攻擊能力更強(qiáng)的數(shù)字水印系統(tǒng)。

通過對(duì)水印算法進(jìn)行攻擊檢測分析，可以知道其魯棒性的強(qiáng)弱，并且可以分析算法在不同方面的抵抗攻擊的能力，進(jìn)一步幫助研究人員改進(jìn)水印算法，對(duì)改進(jìn)水印系統(tǒng)起到關(guān)鍵的作用。

本文針對(duì)Word文檔，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字水印算法與攻擊分析，用理論和實(shí)驗(yàn)分析水印算法在遭受不同攻擊后的魯棒性。

1 文本水印技術(shù)

文本數(shù)字水印技術(shù)指的是將可以代表版權(quán)所有人的信息(數(shù)字水印)，在避免被肉眼察覺的情況下，將其以某種方式嵌入到本文產(chǎn)品中去，在發(fā)生版權(quán)糾紛時(shí)，合法的文本產(chǎn)品的擁有者可以將數(shù)字水印信息檢測提取出來，以保護(hù)自身的合法權(quán)利。

1.1 算法

文本數(shù)字水印算法[1]主要可以分為以下3類：基于文檔結(jié)構(gòu)；基于自然語言；基于圖像。基于文檔結(jié)構(gòu)的水印算法通常與HVS(人類視覺系統(tǒng))相結(jié)合，在人眼無法分辨文檔有所變化的情況下，通過微調(diào)行間距、字符間距或改變字符的特征編碼等方式嵌入水印信息?；谧匀徽Z言的文本水印算法，其基本思想主要是通過在不改變語句原有意義的情況下，通過替換同義詞、增刪不必要的字符以及改變句子結(jié)構(gòu)等方式嵌入水印信息，通常分為兩類，即基于語義和基于句法。基于語義的文本水印算法通常使用同義詞和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)替換、增刪等方法嵌入水印信息。基于句法的文本水印算法通常分為以下四類：移動(dòng)附加語位置；加入形式主語；主動(dòng)式變?yōu)楸粍?dòng)式；插入透明短語。這四類基于句法的水印算法可以單獨(dú)使用，也可結(jié)合使用，以達(dá)到增大水印嵌入容量的目的。

基于圖像的文本水印算法，通常是把文本文檔轉(zhuǎn)為圖像，進(jìn)而運(yùn)用圖像中嵌入水印算法的方法對(duì)轉(zhuǎn)化后的文本文檔進(jìn)行水印信息的嵌入。

1.2 攻擊

數(shù)字水印攻擊技術(shù)是伴隨著數(shù)字水印算法的發(fā)展而發(fā)展的，其目的主要是通過攻擊的方式，使嵌入的水印信息無法被正確檢測并提取，以至于使數(shù)字產(chǎn)品的所有人無法通過水印信息保護(hù)自己的合法權(quán)利。

文獻(xiàn)[2]中，按照水印攻擊技術(shù)的原理，將其分為4類：

簡單攻擊，指的是通過線性濾波、壓縮、AD/DA轉(zhuǎn)換、添加噪聲等方法對(duì)嵌入水印信息后的載體數(shù)據(jù)進(jìn)行攻擊，以減弱嵌入的水印的幅度，使水印信息無法被正確檢測并提取。

同步攻擊并不是直接減弱或去除嵌入的水印信息，而是使水印信號(hào)被攻擊后發(fā)生錯(cuò)位，破壞水印信息與載體作品之間的同步性，使其無法被正確提取出。

削去攻擊主要是分析含有水印信息的數(shù)字產(chǎn)品，使用去噪、非線性濾波等方法，將其中的水印信息與數(shù)據(jù)分離，進(jìn)而拋棄水印信息，得到無水印信息的數(shù)字產(chǎn)品。

混淆攻擊又為解釋攻擊，即在同一個(gè)數(shù)字產(chǎn)品中重復(fù)嵌入水印信息，在發(fā)生版權(quán)糾紛時(shí)，雙方均可以提取自己的水印信息，使版權(quán)的歸屬無法解釋。

2 基于word的特征攻擊

基于word的特征編碼的水印算法是通過改變文檔中字符的特征屬性來嵌入水印信息。比如，通過改變字體的大小、顏色、字形、效果等屬性嵌入水印信息。也可以通過微調(diào)字體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)嵌入水印信息。

對(duì)word文檔進(jìn)行特征攻擊的目的是通過攻擊其特征屬性，從而達(dá)到削弱或去除水印信息的目的，使得嵌入的水印信息無法被正確檢測提取。

2.1 攻擊方式及分類

基于word的字體屬性如圖1所示。

圖1 字體屬性圖

圖1中將特征攻擊分類分為字體攻擊和效果攻擊。

字體攻擊可以分為：中文字體、字形、字號(hào)、字體顏色、下劃線和著重號(hào)攻擊。

效果攻擊可以分為：刪除線、雙刪除線、上標(biāo)、下標(biāo)、陰影、空心、陽文、陰文、小型大寫字母、全部大寫字母和隱藏文字攻擊。

2.2 攻擊強(qiáng)度

攻擊強(qiáng)度為攻擊范圍與攻擊方法的組合。Word文檔是由字符、單詞、句子和段落組成的集合。此外，每個(gè)文檔具有一個(gè)包含一個(gè)或多個(gè)節(jié)的Sections集合。

所以，攻擊范圍可以分為選擇一段、選擇一節(jié)、選擇全篇。

攻擊強(qiáng)度可以分為每次對(duì)文檔進(jìn)行攻擊測試只選擇一種攻擊方式，或選擇一種分類下的兩種或兩種以上攻擊方法，也可以選擇不同分類下的多種攻擊方式對(duì)文檔進(jìn)行組合攻擊。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 特征攻擊

由文獻(xiàn)[3]可知，通過改變字體顏色(RGB)嵌入水印的方法，在遭到顏色攻擊時(shí)，將會(huì)被攻擊成功。

由文獻(xiàn)[4]可知，通過改變字體大小嵌入水印的方法，無法抵御字體攻擊。

由文獻(xiàn)[5][6]可知，通過基于改變下劃線顏色嵌入水印信息的方法，在遭遇到下劃線攻擊時(shí)，將會(huì)失去嵌入的隱藏信息。同時(shí)，文獻(xiàn)[6]還指出，該算法可以抵御字體、字號(hào)攻擊。

由文獻(xiàn)[7]，基于逗號(hào)的水印嵌入算法，即改變逗號(hào)的字體，也可以看作基于改變特別的字體嵌入水印信息，無法抵抗字體攻擊。

總結(jié)以上的文獻(xiàn)，可以得出，基于字符特征的數(shù)字水印算法，可以抵御其他攻擊方式，但是，無法抵抗特征攻擊。

3.2 其他攻擊

攻擊實(shí)驗(yàn)采用文獻(xiàn)[8]所提出的基于字符間距的數(shù)字水印算法，水印信息為“usst”，對(duì)嵌入水印信息的word文檔進(jìn)行攻擊，驗(yàn)證水印信息是否可以被提取。

通過對(duì)嵌入水印的文檔進(jìn)行中文字體、字形、字號(hào)、字體顏色、下劃線、著重號(hào)、刪除線、雙刪除線、上標(biāo)、下標(biāo)、陰影、空心、陽文、陰文、小型大寫字母、全部大寫字母攻擊，無論是使用一種攻擊方式，或者使用多種攻擊方式對(duì)其進(jìn)行組合攻擊，水印均可以被正確提取出來。只有在隱藏文字攻擊時(shí)，水印信息無法提取。如圖2所示。

由于本攻擊實(shí)驗(yàn)采用的算法是基于字符間距嵌入水印信息的，水印信息被嵌入在字符間距，而不是直接嵌入都字符特征中，而本次實(shí)驗(yàn)使用的攻擊方式是對(duì)字符的特征進(jìn)行攻擊，當(dāng)攻擊字符特征屬性時(shí)，只改變其屬性，字符間距并不會(huì)被改變，即使在將文檔進(jìn)行上標(biāo)、下標(biāo)等攻擊時(shí)，使其不僅字體的大小有所改變而且位置有所變化時(shí)，由于字符間距不屬于字符特征屬性，并沒有隨著其變化而被改變，也就是指攻擊操作并沒有攻擊到字符間距這個(gè)特征上，所以，水印信息沒有被攻擊到，進(jìn)而可以被正確完整的提取出來。但是，當(dāng)對(duì)其進(jìn)行隱藏文字攻擊時(shí)，由于該攻擊是將文檔的字符全部刪除，所以，水印信息也便無法被提取出來。如圖3所示。

圖2 未被攻擊的文檔

圖3 遭到刪除線與空心攻擊的文檔

3.3 小結(jié)

通過上述分析和實(shí)驗(yàn)，可以得出，通過特征攻擊這種攻擊方式，如果被攻擊的水印算法是基于字符特征本身的，便可以攻擊成功。如果算法是基于其他算法的，而且攻擊并沒有攻擊到算法嵌入的位置，水印信息便可以被檢測提取出。

4 總結(jié)

本文結(jié)合文本水印算法與攻擊分類方式，分析總結(jié)了word特有的特征攻擊分類方式與攻擊強(qiáng)度。結(jié)合已有的文獻(xiàn)，分析了word在遭受特征攻擊時(shí)，水印魯棒性的強(qiáng)弱。同時(shí)，對(duì)word進(jìn)行了基于字符間距的水印嵌入算法的攻擊測試。最后，總結(jié)了水印嵌入算法與攻擊方式之間的關(guān)系。通過特征攻擊的總結(jié)與實(shí)驗(yàn)，可以分析和檢驗(yàn)被測水印算法的魯棒性，通過分析歸納水印算法的弱點(diǎn)及其易受攻擊的原因，可以幫助研究人員更好的改進(jìn)數(shù)字水印系統(tǒng)。

[1] 劉曼昊,孫堡壘,郭云彪,等.文本數(shù)字水印技術(shù)研究綜述[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007.

[2] 王志雄,王慧琴,李人厚.數(shù)字水印應(yīng)用中的攻擊和對(duì)策綜述[J].通信學(xué)報(bào),2002,23(11):74-79.

[3] 唐承亮,肖海青,向華政.基于文字RGB顏色變化的脆弱型文本數(shù)字水印技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2005,36(7):6-8.

[4] 劉玉玲,孫星明.通過改變文字大小在Word文檔中加載數(shù)字水印的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2005,12: 110-112.

[5] 方旺盛,舒明磊.一種基于特征編碼的Word文檔數(shù)字水印算法[J].科技廣場, 2006(1): 001.

[6] 方旺盛,舒明磊.基于文字下劃線特征變化的脆弱型文本水印[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件, 2008, 25(11): 271-273.

[7] 謝君.基于標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的中文文本數(shù)字水印的設(shè)計(jì)與研究[D]:[D].北京:北京化工大學(xué)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù).2008.

[8] 陳青, 周黎敏.基于Word文檔的數(shù)字水印算法的研究[J].微計(jì)算機(jī)信息, 2010(23): 197-199.

Research of Characteristics of attack in format text watermarking

Xing Xiaoxi1,Wu Yannan2

(1.State Grid Beijing Logistics Supply Company，Beijing 100054,China; 2.State Grid Beijing Electric Power Company，Beijing 100031,China)

Aiming at no attack classification method based on the Word at present, combined with the algorithm based on text document and the classification of digital watermarking attacks, a new classification of Word which can improve proposed watermarking attack classifications is proposed. According to the format of the Word, Word attack range is proposed. Combined with attack classification, attack intensity is enriched. Characteristics of attack test for Word is implemented, and the experiment result is analyzed. The paper analyzes the relationship between the watermarking embedding algorithm and the attack methods according to the experimental results.

Digital watermark technology; Digital watermarking attacks; Characteristics of attack

邢曉溪(1986-),女,北京人,國網(wǎng)北京市電力公司物資分公司,工程師,碩士,研究方向:電力系統(tǒng)信息安全、數(shù)字水印技術(shù)等 吳雁南(1972-)，男，北京人，國網(wǎng)北京市電力公司，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：電力系統(tǒng)運(yùn)行故障分析、電力系統(tǒng)信息安全等

1007-757X(2017)03-0060-02

TP311.1

A

2016.08.12)