基于點(diǎn)陣式字符編碼與實(shí)體顏色的工程圖密寫技術(shù)研究

楊玉軍， 楊夷梅， 尹湘鋒

（1. 懷化學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，湖南 懷化 418008；2. 湖南科技大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)院，湖南 湘潭 411201）

基于點(diǎn)陣式字符編碼與實(shí)體顏色的工程圖密寫技術(shù)研究

楊玉軍1， 楊夷梅1， 尹湘鋒2

（1. 懷化學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，湖南 懷化 418008；2. 湖南科技大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)院，湖南 湘潭 411201）

針對數(shù)字工程圖的版權(quán)保護(hù)問題和現(xiàn)有密寫技術(shù)魯棒性和實(shí)用性不強(qiáng)的特點(diǎn)，提出了一種基于點(diǎn)陣式字符編碼與實(shí)體顏色的工程圖密寫技術(shù)算法。該算法先對要隱藏的信息進(jìn)行點(diǎn)陣式編碼處理，使字符具有圖像的特性，然后根據(jù)Logistic混沌系統(tǒng)對該點(diǎn)陣式編碼信息進(jìn)行二值化處理加密，結(jié)合HVS將加密后信息和加密信息的校驗(yàn)碼嵌入到工程圖的實(shí)體顏色中，從而實(shí)現(xiàn)信息的隱藏和自校驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該算法對平移、旋轉(zhuǎn)和編輯等攻擊具有較好的魯棒性和較高的嵌入量, 較好地解決了數(shù)字工程圖的版權(quán)保護(hù)問題。

計(jì)算機(jī)應(yīng)用；密寫技術(shù)；實(shí)體顏色；字符點(diǎn)陣式編碼；工程圖

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為發(fā)布信息的重要媒介，這使得數(shù)據(jù)的交換和傳輸變成了一個(gè)相對簡單的過程。大量的重要文件以數(shù)字形式存儲(chǔ)和交換，信息安全問題變得非常地重要，數(shù)字密寫技術(shù)也因此得到迅猛的發(fā)展。數(shù)字密寫[1]是將秘密信息嵌入到載體中，通過公眾媒體傳輸而不被察覺，以實(shí)現(xiàn)信息的隱藏。密寫技術(shù)主要考慮以下幾個(gè)方面的性能：

1） 不可見性：嵌入信息后，不會(huì)引起載體文件產(chǎn)生可以感知的失真；

2） 不可測性：對非法者來說，要檢測到秘密信息的存在，并且提取出來應(yīng)該是十分困難的；

3） 穩(wěn)定性：隱藏信息能永久地存在，并在特定條件下可以提取出來；

4） 安全性：第三方在不知道隱藏算法和密鑰的情況下是不能獲得秘密信息的；

5） 魯棒性：在第三方察覺載體文件可能存在隱藏信息而采取多種攻擊技術(shù)進(jìn)行破壞而能保證隱藏信息完整或基本完整；

6） 實(shí)用性：算法能在比較簡單的條件下實(shí)現(xiàn)并能達(dá)到理論的性能，并能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。

工程圖廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械和服裝等行業(yè)，它是設(shè)計(jì)師們的勞動(dòng)成果，更是企業(yè)的重要資產(chǎn)，其版權(quán)保護(hù)一直是人們關(guān)注的問題。目前，已經(jīng)有一些相關(guān)的研究[2]，但還處于起步階段。文獻(xiàn)[3]提出了一種通過工程圖中各實(shí)體頂點(diǎn)間的距離比例來嵌入信息的信息隱藏算法；在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[4]提出了一種改進(jìn)的信息隱藏算法。雖然這些方法能夠有效的抵抗平移、旋轉(zhuǎn)、縮放和修改等攻擊，但是由于修改了頂點(diǎn)間的距離會(huì)改變工程圖的尺寸，因此在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)影響產(chǎn)品的加工與制造。文獻(xiàn)[5]提出了一種基于實(shí)體調(diào)色板的信息隱藏算法，但不能抵抗編輯、修改甚至刪除攻擊，而且嵌入的信息量不高。在此，本文提出一種基于點(diǎn)陣式字符編碼與實(shí)體顏色的工程圖密寫技術(shù)算法，該算法先對要隱藏的信息進(jìn)行點(diǎn)陣式編碼處理，使字符具有圖像的特性，然后根據(jù)Logistic混沌系統(tǒng)對該點(diǎn)陣式編碼信息進(jìn)行二值化處理加密，結(jié)合HVS將加密后信息和加密信息的校驗(yàn)碼嵌入到工程圖的實(shí)體顏色中，從而實(shí)現(xiàn)信息的隱藏和自校驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該算法對平移、旋轉(zhuǎn)和編輯等攻擊具有較好的魯棒性和較高的嵌入量, 較好地解決了數(shù)字工程圖的版權(quán)保護(hù)問題。

1 點(diǎn)陣式字符編碼和工程圖實(shí)體特征

1.1 點(diǎn)陣式字符編碼

點(diǎn)陣式字符編碼是以字符的點(diǎn)陣字庫為基礎(chǔ)的字符編碼技術(shù)，點(diǎn)陣字庫是一個(gè)保存了所有文字的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)文件。使用過“文曲星”之類的電子辭典和LED的人們會(huì)發(fā)現(xiàn)上面顯示的漢子就能夠明顯地看出“點(diǎn)陣”的痕跡，而計(jì)算機(jī)顯示器的顯示分辨率很高，肉眼一般無法區(qū)分，因此“點(diǎn)陣”的痕跡不是那么明顯。

點(diǎn)陣、矩陣、位圖這3個(gè)概念在本質(zhì)上是有聯(lián)系的，從某種程度上來講，這3個(gè)就是同義詞。點(diǎn)陣從本質(zhì)上講就是單色位圖，他使用一個(gè)比特來表示一個(gè)點(diǎn)，如果這個(gè)比特為0，表示某個(gè)位置沒有點(diǎn)，如果為1表示某個(gè)位置有點(diǎn)。矩陣和位圖有著密不可分的聯(lián)系，矩陣其實(shí)是位圖的數(shù)學(xué)抽象，是一個(gè)二維的陣列。位圖就是這種二維的陣列，這個(gè)陣列中的（x，y）位置上的數(shù)據(jù)代表的就是對原始圖形進(jìn)行采樣量化后的顏色值。以UCDOS中文宋體字庫為例，根據(jù)國標(biāo)漢字庫中的每一個(gè)字均由256點(diǎn)陣來表示的標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)字由16行16列的點(diǎn)陣組成，每一個(gè)點(diǎn)可以理解為一個(gè)像素，因此每一個(gè)字的字形可以理解為一幅圖像。事實(shí)上任何一個(gè)字符不僅可以顯示為字符，也可以顯示為256像素的圖像。

1.2 工程圖實(shí)體特征

AutoCAD是美國Autodesk公司的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于電子電路、機(jī)械設(shè)計(jì)、服裝鞋帽、航空航天等諸多領(lǐng)域。現(xiàn)已經(jīng)成為國際上廣為流行的繪圖工具。本文將以AutoCAD 2004為應(yīng)用工具，討論工程圖的密寫技術(shù)。

組成工程圖的實(shí)體元素主要有點(diǎn)、線段、圓和弧，其中以線段最多。實(shí)體是屬于某個(gè)層的對象，在每一層上都可以進(jìn)行圖形繪制和設(shè)置線段的線型和顏色。AutoCAD支持多種顏色的選擇，選擇不同的顏色可以是圖形更美觀和查看。在默認(rèn)情況下，AutoCAD中層的顏色為白色，層中實(shí)體顏色為隨層，同時(shí)實(shí)體的顏色還可以選擇其它顏色。如圖1所示，AutoCAD提供了3種顏色的選擇方式：

1） AutoCAD顏色索引顏色；

2） 使用真彩色指定顏色設(shè)置，包括色調(diào)、飽和度和亮度(HSL)顏色模式和紅、綠、藍(lán)(RGB)顏色模式，使用真彩色功能時(shí)，可以使用1600多萬種顏色；

3） 配色系統(tǒng)或用戶自定義的配色系統(tǒng)指定顏色。

圖1 CAD顏色選擇方案

2 基于工程圖實(shí)體顏色的密寫技術(shù)

由于在大多數(shù)情況下，工程圖主要是由點(diǎn)、線段、弧和圓實(shí)體組成，可以將要隱藏的信息隱藏在這些實(shí)體的顏色中。然而衡量一個(gè)密寫技術(shù)的好壞，一方面取決于其抗攻擊能力，另一方面取決于人的主觀視覺特性，若目標(biāo)工程圖中含有某些人眼不敏感或者“不在乎”的信息，那么對觀察者而言，就意味著密寫技術(shù)較好。因此要在密寫技術(shù)必須考慮人眼的視覺特性。

人眼視覺系統(tǒng)(Human Visual System，HVS)的掩蔽特性主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：亮度特性、頻率特性和顏色感知特性。而對文本內(nèi)容主要考慮的是顏色感知特性。從顏色感知特性來說，HVS對不同的顏色有不同的感知。對實(shí)體顏色的像素值I=RGB(VR,VG,VB)，由Weber定律其可見性檢測門限為：

這表明人眼是無法對實(shí)體顏色在RGB（±0.02×VR，±0.02×VG，±0.02×VB）范圍內(nèi)進(jìn)行區(qū)分的。因此，從人體視覺系統(tǒng)特性來看，對工程圖實(shí)體顏色做微小的改變來隱藏信息會(huì)具有很好的隱藏效果。與此同時(shí)，工程圖的實(shí)體顏色的改變不會(huì)改變工程圖的內(nèi)容和閱讀，隱藏信息后的工程圖與沒有隱藏信息的工程圖實(shí)際上沒有任何差別的。如圖1和實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)體顏色在上下調(diào)整5個(gè)單位是不會(huì)影響工程圖的視覺效果的。

3 基于點(diǎn)陣式字符編碼與實(shí)體顏色的工程圖密寫技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1 密寫信息的嵌入算法

密寫信息的嵌入算法具體描述如下：

步驟 1 輸入要密寫的信息W和待處理的工程圖D；

步驟 2 將要密寫的信息W轉(zhuǎn)換成為點(diǎn)陣式字符編碼序列M＝{m1, m2,…, mi,…, mn}，其中mi是要密寫信息的某個(gè)字符的點(diǎn)陣式編碼；

步驟 3 逐個(gè)將點(diǎn)陣式字符編碼序列mi轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制形式{bi×1×1,…, bi×j×k,…, bi×r×c}，其中bi×j×k是要密寫信息字符的點(diǎn)陣式編碼的一位二進(jìn)制位，表示點(diǎn)陣式的j行k列的一位二進(jìn)制位，r和c是點(diǎn)陣式的陣列的行數(shù)和列數(shù)，最后形成所有點(diǎn)陣式字符編碼序列的二進(jìn)制形式B={b1×1×1, b1×1×2,…, bi×j×k,…, bn×r×c}；

步驟 4 在密鑰K的作用下，由混沌系統(tǒng)L生成混沌序列，經(jīng)過二值化處理后，得到二值化的混沌序列S={s1, s2,…, sx,…, sn}，其中sx∈{0,1}；

步驟 5 獲得工程圖D的順序?qū)嶓w索引集合E={ e1, e2,…, ei,…, en}和實(shí)體實(shí)際顏色集合C={ c1, c2,…, ci,…, cn}；

步驟 6 根據(jù)序列S的值來修改實(shí)體的顏色，設(shè)sx為二位二進(jìn)制數(shù)，當(dāng)sx值為“11”、“10”和“01”時(shí)，則將對相應(yīng)實(shí)體顏色的RGB值做微小的改變，當(dāng)sx值為“00”時(shí)，則不在該實(shí)體對象中密寫信息，但也對相應(yīng)實(shí)體顏色的RGB值做微小的改變；

實(shí)體顏色的RGB值做微小的改變具體如下：

式中的i，j，k是bi×j×k的下標(biāo)號，bi×j×k是要密寫信息字符i的點(diǎn)陣式編碼的一位二進(jìn)制位，表示點(diǎn)陣式的j行k列的一位二進(jìn)制位；上式中的K’是由密鑰K產(chǎn)生的一個(gè)整數(shù)，表示序號x處的Rx的修改值的校驗(yàn)碼與x的偏移距離，校驗(yàn)碼保存在Gx+K’值中；當(dāng)Sx＝y(tǒng)（y取值3，2，1）時(shí)，Bx′ ＞0 a nd Bx′ ≠5，當(dāng)Sx＝0時(shí)，Bx′ =0 or Bx′=5 ，B值保存了字符號。

步驟 7 待所有信息嵌入后，即獲得含有密寫信息的工程圖DW。

3.2 密寫信息的提取或檢測算法

密寫信息的提取或檢測算法具體描述如下：

步驟 1 輸入含有密寫的信息W的工程圖DW；

步驟 2 在密鑰K的作用下，由混沌系統(tǒng)L生成混沌序列，經(jīng)過二值化處理后，得到二值化的混沌序列S＝{s1, s2,…, sx,…, sn}，其中sx∈{0, 1}；

步驟 3 獲得含有密寫信息的工程圖DW的順序?qū)嶓w索引集合E＝{ e1, e2,…, ei,…, en}和實(shí)體實(shí)際顏色集合C＝{ c1, c2,…, ci,…, cn}；

步驟 4 根據(jù)序列S的值來檢測和提取bi×j×k的值，具體規(guī)則如下：

規(guī)則 1 當(dāng)sx值為“11”、“10”或“01”時(shí)，如果所對應(yīng)實(shí)體顏色的B值 Bx′ ＞0 a nd Bx′≠5，則對應(yīng)的信息bi×j×k＝11、bi×j×k＝10 或 bi×j×k＝01；

規(guī)則 2 當(dāng)sx值為“11”、“10”或“01”時(shí)，如果所對應(yīng)實(shí)體顏色的B值 Bx′ =0 or Bx′=5 ，說明該處被攻擊過了，需要進(jìn)行校驗(yàn)值進(jìn)行校驗(yàn)，則向前偏移K'個(gè)單位，讀取校驗(yàn)信息，如果校驗(yàn)成功，則正確設(shè)置bi×j×k的值，如果校驗(yàn)失敗，則令bi×j×k＝0；

規(guī)則 3 當(dāng)sx值為“11”、“10”或“01”時(shí)，相鄰實(shí)體顏色的B值 B′x不符合局部遞增關(guān)系，則說明該處被攻擊過了，需要進(jìn)行調(diào)整；

規(guī)則 4 當(dāng)sx值為“00”時(shí)，則不做任何處理，繼續(xù)后面的操作。

步驟 5 循環(huán)執(zhí)行步驟3，直到所有的信息都被檢測處理，得到二進(jìn)制集合B={bi×1×1,…, bi×j×k,…, bi×r×c}；

步驟 6 對集合B進(jìn)行為點(diǎn)陣式字符編碼，得到序列M＝{m1, m2,…, mi,…, mn}；

步驟 7 對mi進(jìn)行點(diǎn)陣式字符編碼校正和識別處理，即密寫信息W。

4 算法的性能分析

算法測試在P4 2.6GHz×2，DDRAM 2048M，Windows XP Professional 5.1，AutoCAD 2004 以及VBA開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行，圖2和圖3分別是原始的部分工程圖和含有密寫信息“HuaiHua UnIversIty”的部分工程圖。對比圖2和圖3，密寫信息在工程圖中是不可察覺的，同時(shí)經(jīng)過測試，可以正確提取隱藏信息“HuaiHua University”。

圖2 原始的部分工程圖

圖3 含有密寫信息的部分工程圖

4.1 嵌入量分析

由于該算法是通過修改實(shí)體顏色來密寫信息，且每一個(gè)實(shí)體只能隱藏2bit的信息，且算法采用了混沌系統(tǒng)來產(chǎn)生二值化的偽隨機(jī)序列來選擇實(shí)體對象進(jìn)行信息隱藏，根據(jù)混沌系統(tǒng)的特性，其“0”和“1”的分布是均勻的，因此“11”、“10”、“01”和“00”都接近0.25，因此對于一個(gè)包含N個(gè)實(shí)體對象的工程圖來說，其理論可嵌入信息容量Capa為3N/2 bit，即

而文獻(xiàn)[5]提出的算法的嵌入量為N/2 bit，因此本文提出的算法嵌入量是文獻(xiàn)[5]中提出算法的嵌入量的3倍。

4.2 抗編輯攻擊能力分析

在實(shí)際應(yīng)用中，工程圖的實(shí)體對象可能被進(jìn)行部分的修改或移動(dòng)，甚至刪除等編輯操作，因此，需要分析該算法是否具有很好的抗編輯等攻擊能力。考慮工程圖的正常編輯，以及工程圖的蓄意破壞、篡改密寫信息等行為通常針對工程圖連續(xù)的若干實(shí)體對象，這樣對密寫信息連續(xù)嵌入的算法是不利的，而對于非連續(xù)的編輯和攻擊，算法具有很好的效果。

4.2.1 抗插入或移動(dòng)攻擊能力分析

為了分析算法的抗插入或移動(dòng)攻擊能力，首先在一個(gè)工程圖中嵌入秘密信息“HuaiHua University”，然后將已嵌入秘密信息的工程圖分別進(jìn)行插入一些實(shí)體對象或移動(dòng)一些實(shí)體對象處理后，再提取處理后工程圖中的秘密信息。表1為工程圖進(jìn)行插入或移動(dòng)部分實(shí)體對象后的秘密信息提取實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表1 插入或移動(dòng)部分對象后的秘密信息提取實(shí)驗(yàn)結(jié)果（實(shí)驗(yàn)次數(shù)：15）

4.2.2 抗編輯或刪除攻擊能力分析

為了分析算法的抗編輯或刪除攻擊能力，首先在一個(gè)工程圖中嵌入秘密信息“HuaiHua University”，然后將已嵌入秘密信息的工程圖分別進(jìn)行隨機(jī)或連續(xù)的編輯或刪除部分實(shí)體對象處理后，再提取處理后工程圖中的秘密信息。表2為工程圖進(jìn)行編輯或刪除部分實(shí)體對象后的秘密信息提取實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表2 編輯或刪除部分對象后的秘密信息提取實(shí)驗(yàn)結(jié)果（測試次數(shù)：15）

由表1可知，對已嵌入隱藏信息的工程圖分別進(jìn)行插入部分實(shí)體對象并不影響秘密信息的提取，從而表明了算法具有較好的抗插入攻擊能力，但移動(dòng)操作對算法提取秘密信息的影響較大，理論情況與實(shí)驗(yàn)情況基本符合，即便采用了自校驗(yàn)技術(shù)對連續(xù)的多實(shí)體對象攻擊，算法還是具有很弱的抗擊能力。

由表2可知，對已嵌入隱藏信息的工程圖分別進(jìn)行編輯或刪除不連續(xù)的部分實(shí)體對象并不影響隱藏信息的提取，從而表明了算法具有較好的抗隨機(jī)編輯或刪除攻擊能力，這也是大部分實(shí)際情況的編輯操作，因此算法具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。但連續(xù)編輯或刪除操作對算法提取隱藏信息的影響較大，理論情況與實(shí)驗(yàn)情況基本符合，即便采用了自校驗(yàn)技術(shù)也沒有辦法達(dá)到較高或完全提取的水平，這正是日后工作要努力解決的問題。

4.3 與普通基于實(shí)體顏色的算法性能對比分析

該算法采用了自校驗(yàn)技術(shù)，在嵌入秘密信息時(shí)同時(shí)把秘密信息的校驗(yàn)信息保存在不相鄰的且具有一定距離的位置上，這樣對連續(xù)攻擊具有一定的抗擊能力，而普通的沒有自校驗(yàn)的基于實(shí)體顏色的算法卻不具有抗連續(xù)攻擊能力，只要連續(xù)的幾處被攻擊過后，一般都會(huì)使秘密信息被破壞，而無法恢復(fù)。連續(xù)和隨機(jī)編輯攻擊是一個(gè)工程圖的實(shí)際操作的需要，因此普通的沒有校驗(yàn)的算法沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，而本文提出的算法則可以抵抗目前實(shí)際的簡單連續(xù)或隨機(jī)的編輯操作攻擊。

該算法采用了字符點(diǎn)陣式編碼技術(shù)，在嵌入信息時(shí)嵌入的是秘密信息字符的點(diǎn)陣式的一個(gè)點(diǎn)素，而不是字符的ASCII或其它編碼的一個(gè)二進(jìn)制位。在提取秘密信息時(shí)，算法提取的也是字符的點(diǎn)陣式的一個(gè)點(diǎn)素，即使字符的部分點(diǎn)陣式編碼的丟失，也可以根據(jù)字符的點(diǎn)陣式識別技術(shù)進(jìn)行糾正。而普通算法在提取信息時(shí)，丟失了任何一個(gè)編碼二進(jìn)制位都是無法糾正的，變成另外一個(gè)字符而發(fā)生信息錯(cuò)誤，這是因?yàn)闄C(jī)器的字符編碼是采用連續(xù)編碼的方式。圖4是實(shí)驗(yàn)過程中提取隱藏信息“a”時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。圖4(a)是完整提取信息“a”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；圖4(b)和圖4(c)是在有部分實(shí)體對象進(jìn)行編輯攻擊之后，有丟失點(diǎn)陣式點(diǎn)素情況下提取信息“a”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，在這種情況下，算法可以正確識別出信息是“a”；圖4(d)是在較大范圍編輯攻擊下提取的信息“a”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，在這種情況下，算法基本可以識別出信息是“a”，但實(shí)驗(yàn)中也有幾次沒有正確識別出來，經(jīng)查看提取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，那是連續(xù)局部大范圍攻擊的原因造成的；圖4(e)是在連續(xù)大范圍編輯攻擊下提取的信息“a”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，在這種情況下，算法無法正確識別提取的信息是信息“a”。

圖4 提取秘密信息“a”時(shí)的實(shí)驗(yàn)圖

4.4 抗圖形處理攻擊能力分析

在實(shí)際情況下，工程圖一般需要進(jìn)行一些圖形處理操作，如平移、旋轉(zhuǎn)和縮放等，因此，需要分析算法針對這些操作的抗攻擊能力。

4.4.1 抗平移攻擊能力分析

為了分析算法的抗平移攻擊能力，首先在工程圖中嵌入秘密信息“HuaiHua University”，然后將已嵌入秘密信息的工程圖分別進(jìn)行隨機(jī)多次平移操作后，再分別提取工程圖中的秘密信息。測試結(jié)果顯示，在經(jīng)過多次平移后的工程圖中都能正確提取秘密信息，如表3所示，表明算法具有很好的抗平移攻擊能力。

表3 工程圖平移后的秘密信息提取實(shí)驗(yàn)結(jié)果（測試次數(shù)：15）

4.4.2 抗旋轉(zhuǎn)攻擊能力分析

為了分析算法的抗旋轉(zhuǎn)攻擊能力，同樣首先在工程圖中嵌入秘密信息“HuaiHua University”，然后將已嵌入秘密信息的工程圖分別進(jìn)行隨機(jī)多次旋轉(zhuǎn)操作后，再分別提取工程圖中的秘密信息。測試結(jié)果顯示，在經(jīng)過多次旋轉(zhuǎn)后的工程圖中都能正確提取秘密信息，如表4所示，表明算法具有很好的抗旋轉(zhuǎn)攻擊能力。

表4 工程圖旋轉(zhuǎn)后的秘密信息提取實(shí)驗(yàn)結(jié)果（測試次數(shù)：15）

4.4.3 抗縮放攻擊能力分析

為了分析算法的抗縮放攻擊能力，同樣首先在工程圖中嵌入秘密信息“HuaiHua University”，然后將已嵌入秘密信息的工程圖分別進(jìn)行隨機(jī)多次縮放操作后，再分別提取工程圖中的秘密信息。測試結(jié)果顯示，在經(jīng)過多次縮放后的工程圖中都能正確提取秘密信息，如表5所示，表明算法具有很好的抗縮放攻擊能力。

表5 工程圖縮放后的秘密信息提取實(shí)驗(yàn)結(jié)果（測試次數(shù)：15）

4.5 抗組合攻擊能力分析

抗組合攻擊能力是指對嵌入秘密信息后的工程圖進(jìn)行任意多種以上的攻擊方法后，算法對處理后的工程圖能否正確提取秘密信息的能力。為了分析算法的抗組合攻擊能力，同樣首先在工程圖中嵌入秘密信息“HuaiHua University”，然后將已嵌入秘密信息的工程圖隨機(jī)進(jìn)行前面提到的修改、移動(dòng)、修改、刪除、平移、旋轉(zhuǎn)和縮放七種操作中的多種操作任意組合操作處理后，再分別提取工程圖中的秘密信息。測試結(jié)果顯示，在經(jīng)過多次組合操作處理后的工程圖中都能較好地提取秘密信息，如表6所示，表明算法具有較好的抗組合攻擊能力。

表6 工程圖組合攻擊后的秘密信息提取實(shí)驗(yàn)結(jié)果（實(shí)驗(yàn)次數(shù)：15）

由于算法對平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、修改和插入攻擊具有很好的魯棒性，因此對這幾種操作的任意組合攻擊算法同樣具有很好的魯棒性。而對于移動(dòng)和刪除攻擊算法具有較好的魯棒性，因此算法對所有情況的組合攻擊中主要取決于算法的抗移動(dòng)和抗刪除攻擊能力。

6 結(jié) 論

針對工程圖的版權(quán)保護(hù)問題和現(xiàn)有密寫技術(shù)魯棒性和實(shí)用性不強(qiáng)的特點(diǎn)，提出一種基于點(diǎn)陣式字符編碼與實(shí)體顏色的工程圖密寫技術(shù)算法，該算法先對要隱藏的信息進(jìn)行點(diǎn)陣式編碼處理，使字符具有圖像的特性，然后根據(jù)Logistic混沌系統(tǒng)對該點(diǎn)陣式編碼信息進(jìn)行二值化處理加密，結(jié)合HVS將加密后信息和加密信息的校驗(yàn)碼嵌入到工程圖的實(shí)體顏色中，從而實(shí)現(xiàn)信息的隱藏和自校驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該算法對平移、旋轉(zhuǎn)和編輯等攻擊具有較好的魯棒性和較高的嵌入量，較好地解決了數(shù)字工程圖的版權(quán)保護(hù)問題。即使在提取信息時(shí)出現(xiàn)輕度錯(cuò)誤，算法也可以根據(jù)特定的校驗(yàn)功能進(jìn)行校驗(yàn)，即使校驗(yàn)失效時(shí)還可以根據(jù)字符點(diǎn)陣式編碼圖像識別技術(shù)進(jìn)行字符識別，這樣大大提高了算法的抗攻擊能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該算法對工程圖的實(shí)體對象可能被進(jìn)行部分的修改或移動(dòng)，甚至刪除等編輯操作攻擊具有較好的魯棒性，同時(shí)對工程圖的平移、旋轉(zhuǎn)和縮放等一般圖形處理操作攻擊也具有很好的魯棒性。

與文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]中提出的算法相比，本文提出的算法沒有修改頂點(diǎn)間的比例和距離，因此不會(huì)改變工程圖的加工尺寸，同也不會(huì)對產(chǎn)品的生產(chǎn)和加工制造產(chǎn)生任何影響。與文獻(xiàn)[5]相比，通過一個(gè)實(shí)體對象一次嵌入2bit的秘密信息，提高了嵌入量，是文獻(xiàn)[5]中提出算法的3倍，同時(shí)引入了校驗(yàn)信息和嵌入信息編組技術(shù)，算法能抵抗實(shí)體對象的普遍編輯操作，如插入、修改、移動(dòng)和刪除，而文獻(xiàn)[5]中提出的算法基本上沒有這個(gè)抗攻擊能力，其次是算法引入了字符點(diǎn)陣式編碼技術(shù)，即使工程圖受到了通過校驗(yàn)也不可正確提取的攻擊時(shí)，算法允許10% ～30%的失敗提取信息也能通過字符點(diǎn)陣式識別技術(shù)而識別出嵌入的秘密信息是什么，這是目前其它文獻(xiàn)還沒有提到過的一種新技術(shù)，這樣大大提高了算法的容錯(cuò)和抗攻擊能力。

[1] 鄧新文, 王國才, 李 娟. 一種安全圖像小波域密寫方案[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2007, 43(36): 1526-1529.

[2] 黃曉生, 顧景文. CAD圖形數(shù)據(jù)數(shù)字水印綜述[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 26(6): 140-145.

[3] 汪亞順, 徐銘政. 基于二維工程圖的數(shù)字水印比例算法[J]. 南昌大學(xué)學(xué)報(bào)(工科版), 2003, 25(4): 29-31.

[4] 汪亞順, 徐銘政. 基于二維工程圖的數(shù)字水印擴(kuò)頻算法[J]. 南昌大學(xué)學(xué)報(bào)(工科版), 2005, 27(4): 91-94.

[5] 彭 飛, 龍 敏, 孫星明. 基于 HVS與實(shí)體調(diào)色板的二維工程圖信息隱藏算法[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 30(3): 71-75.

Research on steganography based on dot-matrix character code and entity color for engineering graphics

Yang Yujun1, Yang Yimei1, Yin Xiangfeng2
( 1. Department of Computer Science and Technology, Huaihua University, Huaihua Hunan 418008, China；2. School of Mathematics and Computing Science, Hunan University of Sciences and Technology; Xiangtan Hunan 411201, China )

Aiming at the problem of copyright protection for digital engineering drawing and the deficiency of robustness and practicability of the steganography for digital engineering drawing, an algorithm of steganography based on dot-matrix character code and entity color for engineering graphics is proposed. In the algorithm of steganography, the hidden message is firstly coded by dot-matrix, and the character of the message has the image characteristic property. Then the coded information is encrypted by a two-value chaotic sequence generated by Logistic map system. To realize the information hiding and self-checking, the encrypted information and its checksum are embedded into the entity color of engineering drawing combining with the HVS. The experiment results show that the algorithm has a higher embedded capacity and a better robustness for some attacking of moving, rotation and edit. And the problem of copyright protection for digital engineering drawing is solved in a good way using the algorithm.

computer application; steganography; entity color; character dot-matrix code; engineering drawing

TP 391.41

A

2095-302X (2012)04-0156-07

2010-10-11

懷化學(xué)院科研資助項(xiàng)目（HHUY2011-17）；懷化學(xué)院教改資助項(xiàng)目（201125）；懷化學(xué)院重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)資助項(xiàng)目

楊玉軍（1978-），男，湖南洞口人，講師，主要研究方向?yàn)閳D像處理和信息安全等。