一種數(shù)值型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)水印的嵌入及提取驗(yàn)證方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及數(shù)據(jù)庫(kù)安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于數(shù)值型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的水印嵌入 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字水印技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)多媒體信息版權(quán)保護(hù)的一種有效手段。隨著關(guān)系 型數(shù)據(jù)庫(kù)的廣泛使用，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注數(shù)據(jù)庫(kù)的版權(quán)保護(hù)，特別是提供信息服務(wù)的公司，如 氣象服務(wù)、人才市場(chǎng)信息、股票交易信息等，其主要資產(chǎn)是存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)里的大量數(shù)據(jù)。通 過(guò)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中嵌入代表所有權(quán)的水印信息，可W有效防止有價(jià)值的數(shù)據(jù)被非法盜用， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的版權(quán)保護(hù)。因此，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)水印技術(shù)的研究和發(fā)展具有較大的理論價(jià)值 和實(shí)際意義。
[0003] 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)不同于多媒體載體數(shù)據(jù)，有其自身特點(diǎn)，而直接將多媒體水印技 術(shù)應(yīng)用到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中是不適合的，因此就必須研究一種適應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)自身特點(diǎn)的水 印。2002年，R.Agrawal和Kiernan等首次提出關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)水印，并提出一種適應(yīng)關(guān)系數(shù) 據(jù)庫(kù)特性的水印標(biāo)記策略。2003年，R.Sion等任在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中用對(duì)數(shù)值型屬性進(jìn)行標(biāo)記 的方法實(shí)現(xiàn)水印來(lái)保護(hù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的版權(quán)。2003年，牛夏牧等人對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)字水印作 進(jìn)一步研究加入小量有實(shí)際意義的水印的技術(shù)。國(guó)內(nèi)其他水印工作者們?yōu)橥七M(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)水印 研究發(fā)展作了許多努力。但他們有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即安全性較差、容易受到破解、盜版者 可W輕易的破壞或除去水印內(nèi)容，該樣便失去了水印技術(shù)的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種用數(shù)字水印技術(shù)保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)版權(quán)的方 法，該方法能夠有效的保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，并且具有較強(qiáng)的抗攻擊性，使得水印不容易受到破壞， 可為數(shù)據(jù)所有者證明數(shù)據(jù)版權(quán)的有效性。
[0005] 本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
[0006] 一種數(shù)值型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)水印的嵌入及提取驗(yàn)證方法，其流程如圖1和圖2所示，具 體包括W下步驟：
[0007] 步驟1.數(shù)據(jù)庫(kù)初始化；
[0008] 數(shù)據(jù)庫(kù)包含有多個(gè)元組，每個(gè)元組的數(shù)據(jù)模式相同均為R= (Pk，A1，A2…An,Fk)， 其中，Pk為主鍵，化為外鍵，Al、A2…An為屬性；將主鍵、外鍵及具有唯一約束的屬性歸屬 為核屯、屬性列集C;定義列集S為可選屬性集，所述可選屬性集由非敏感數(shù)值型屬性組成， 非敏感數(shù)值型屬性為對(duì)數(shù)值的微小變化不敏感的屬性，如坐標(biāo)，重量，長(zhǎng)度等屬性；
[0009] 步驟2.對(duì)上述數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行水印嵌入操作；
[0010] 步驟2-1.采用單向散列算法結(jié)合水印密鑰Key對(duì)每一個(gè)元組中屬于核屯、屬性列 集C的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行散列計(jì)算得相應(yīng)的散列值H，使得水印信息均勻的分布在數(shù)據(jù)庫(kù)中，單向 散列算法在保持核屯、列集其自身特性的同時(shí)避免了其公開(kāi)性的特點(diǎn)；所述散列算法采用的 化sh函數(shù)可W是MD5(MessageDigestAlgorithm5)、SHA(Se州re化shAlgorithm)或MAC(MessageAuthenticationCode)；
[0011] 所述單向散列算法的水印密鑰Key為數(shù)據(jù)庫(kù)所有者設(shè)置并持有，水印密鑰值的作 用是防止盜版者對(duì)系統(tǒng)的破解，若無(wú)該Key值，盜版者可W輕松的通過(guò)對(duì)核屯、列集進(jìn)行散 列計(jì)算并找出水印規(guī)律并消除水??；散列函數(shù)具有單向計(jì)算的特性，對(duì)于給定的輸入m，能 夠計(jì)算出唯一的散列值H，但是無(wú)法根據(jù)散列值H計(jì)算出其輸入m的值；
[0012] 步驟2-2.數(shù)據(jù)庫(kù)所有者設(shè)置水印嵌入密度N，水印密度值N的含義為：每N個(gè)元 組中有一個(gè)元組包含水印信息；N的值越小，嵌入水印的密度越大，N值越大，嵌入水印的密 度越?。徊捎迷摍C(jī)制使得本發(fā)明方法能夠應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的持續(xù)增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)庫(kù)的增長(zhǎng)不會(huì)影響 嵌入水印的密度，也不用對(duì)之前所嵌入的水印進(jìn)行重新計(jì)算和操作；
[0013] 步驟2-3.針對(duì)所有元組，若一個(gè)元組的散列值H能夠被水印嵌入密度N整除，貝U 標(biāo)記該元組需要進(jìn)行水印嵌入，若不能整除則不對(duì)該元組做任何操作；
[0014] 針對(duì)該數(shù)據(jù)庫(kù)，其完整的水印內(nèi)容為一個(gè)二進(jìn)制序列數(shù)組師，所述序列數(shù)組師由 數(shù)據(jù)庫(kù)所有者設(shè)置；針對(duì)需要進(jìn)行水印嵌入的元組，每個(gè)元組對(duì)應(yīng)一個(gè)索引值Index,索引 值由W下方法獲得：
[0015] 選取與步驟2-1相同的化sh函數(shù)并采用單向散列算法結(jié)合索引密鑰化ey，對(duì)每一 個(gè)元組中屬于核屯、屬性列集C的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行散列計(jì)算得相應(yīng)的散列值H。，記索引值Index 為散列值H。除W數(shù)組Wb的位數(shù)所得的余數(shù)；所述索引密鑰化ey為數(shù)據(jù)庫(kù)所有者設(shè)置并持 有且不同于所述水印密鑰Key,由此加強(qiáng)水印機(jī)制的安全性；
[0016] 步驟2-4.針對(duì)需要進(jìn)行水印嵌入的每個(gè)元組，從所述二進(jìn)制序列數(shù)組師中選擇 第Index位對(duì)應(yīng)的數(shù)值師[index],將數(shù)值師[index]嵌入到對(duì)應(yīng)的元組中；將對(duì)應(yīng)元組的 屬于可選屬性集S的數(shù)據(jù)塊的最低有效位數(shù)值替換成師[index];由此完成該數(shù)據(jù)庫(kù)水印 的嵌入；
[0017] 步驟3.針對(duì)按上述方法實(shí)現(xiàn)水印嵌入的數(shù)據(jù)庫(kù)，按W下方法可實(shí)現(xiàn)所述數(shù)據(jù)庫(kù) 的水印提取與驗(yàn)證；
[0018] 步驟3-1.采用單向散列算法結(jié)合水印密鑰Key對(duì)每一個(gè)元組的屬于核屯、屬性列 集C的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行散列計(jì)算得相應(yīng)的散列值H'，所述散列算法采用的化sh函數(shù)與步驟2-1 采用的化sh函數(shù)相同；
[0019] 步驟3-2.針對(duì)所有元組，若一個(gè)元組的散列值H'能夠被水印嵌入密度N整除，貝U 標(biāo)記該元組需要進(jìn)行水印提取，若不能整除則不對(duì)該元組做任何操作；
[0020] 步驟3-3.針對(duì)需要進(jìn)行水印提取的元組，提取出每個(gè)元組中屬于可選屬性集S的 數(shù)據(jù)塊的最低有效位數(shù)值LSBkelectAttr]，選取與步驟2-1相同的化sh函數(shù)并采用單向 散列算法結(jié)合索引密鑰化ey，對(duì)每一個(gè)元組中屬于核屯、屬性列集C的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行散列計(jì)算 得相應(yīng)的散列值H。'，記索引值Index'為散列值H。'除W數(shù)組師的位數(shù)所得的余數(shù)；所述 索引密鑰化ey與步驟2-3所述的索引密鑰化ey相同；此時(shí)，每一個(gè)需要進(jìn)行水印提取的元 組，其最低有效位數(shù)值LSB[selectAttr]存在一個(gè)與其相對(duì)應(yīng)的索引值Index' ；
[0021] 步驟3-4.構(gòu)建二進(jìn)制序列數(shù)組Result,所述數(shù)組Result的位數(shù)與步驟2-3所述 數(shù)組師的位數(shù)相同均為T(mén)，則Index'G[0，T-1]，具體構(gòu)建方法如下；
[0022]針對(duì)進(jìn)行水印提取的所有元組，將其中索引值Index'相同的元組對(duì)應(yīng)的最低 有效位數(shù)值LSB[selectAttr]匯聚于一個(gè)集合中，由此構(gòu)建T個(gè)集合Bi、…、Bi、…、Bt，i= 1，…，T，其中集合町為索引值Index'均為i-1的元組對(duì)應(yīng)的最低有效位數(shù)值 LSB[selectAttr]的集合；
[0023] 將所述T個(gè)集合Bi、…、Bi、…、Bt分別賦值Cl、…、。、…、Ct，賦值方法如下：針 對(duì)第i個(gè)集合町，統(tǒng)計(jì)集合中最低有效位數(shù)值LSBkelectAttr]分別為0和1的個(gè)數(shù)，若 集合中數(shù)值LSB[selectAttr]為0的個(gè)數(shù)不小于數(shù)值LSB[selectAttr]為1的個(gè)數(shù)，則將 該集合賦值。=0,否則，將該集合賦值C1= 1 ;由此提取出所述數(shù)據(jù)庫(kù)的水印信息即數(shù)組 Result=町、???、。、…、〔了];
[0024] 由于數(shù)據(jù)庫(kù)的水印信息可能會(huì)受到破壞，所W在生成數(shù)組Result的過(guò)程中，需要 采用投票機(jī)制確定水印信息位的取值，該樣可W保證在對(duì)水印信息50%的修改率W下的情 況下，水印信息不會(huì)被破壞，在實(shí)際狀況中，由于盜版者不知道該元組