[发明专利]基于FPGA技术的差错控制芯核水印方法

摘要

本发明公开了一种基于FPGA技术的差错控制芯核水印方法，对IP用户的文字签名信息进行分存，然后加密生成的子水印，得到n份加密子水印后将其嵌入到FPGA设计中，使用户得到不同的带有用户标识的IP版本。当发生版权侵权事件，只需正确提取t或t份以上的加密子水印并进行解密即可完成用户指纹信息恢复，通过用户指纹信息进行版权侵权跟踪。使用IP拥有者的图像信息进行版权保护，并且利用门限多秘密共享方法对图像进行分发来解决资源开销问题。人类视觉系统对图像质量变化具有一定的容错性，即使图像中版权文字信息的误码率为16.74％，仍然可以成功识别出版权内容。本发明不仅在嵌入水印开销方面具有良好的性能，而且在鲁棒性方面也达到了很好的效果。

主权项

1.一种基于FPGA技术的差错控制芯核水印方法，其特征在于，包括水印提取与水印认证两个部分；所述水印提取部分包括以下步骤：1)将用户签名信息S以ASCII码依次连接起来形成一个二进制比特串B；2)将二进制比特串B进行分组，分成r组，转化为十进制数后，得到矢量Y＝(y₁，y₂，...y_r)，构造一个n×r矩阵α，那么β＝(αY^T)^T＝Yα^T即为分解得到的子水印序列W(x)＝(w₁，w₂，...，w_n)；3)选取长度位16的伪随机序列K作为密钥，将伪随机序列K与子水印w_i进行异或运算以达到加密效果，其中w_i转二进制不够16位的在左边补0，最终得到加密子水印序列i＝1，2，...，n；4)设二值图像版权信息为P，将二值图像版权信息转换成二进制文件，去除文件格式头，提取出二值图像版权信息二进制流W；5)对W进行分组，将W中每4位二进制信息作为一组并转换成十进制数，最后一组如果二进制数量不足4位，则以随机数补充，一共得到p个十进制数，即秘密信息序列S＝{s₁，s₂，...，s_p}；6)依次从S中取出m个秘密信息，构造m‑1次多项式h(x)＝s₁+s₂x+…+s_tx^m‑1，设f(x，r)为双变量单向函数，然后选取一个随机数r，通过双变量单向函数对n个加密子水印计算对应的伪子水印最后计算将信息C_i＝{r，y₁，y₂，...，y_n}作为公开参数以认证的方式注册到第三方机构以备认证阶段使用；m为多秘密共享方案的门限；i＝1，2，...，n；7)重复步骤6)，直到分发完所有的秘密信息，如果最后一组不够m个，则以随机数补充；8)从待嵌入水印的FPGA芯核中得出所有可能的水印位置信息，假设包含的可能水印位置数目为len，那么所有的位置信息存入数组Loc[len]，然后以len为约束条件，利用伪随机数生成器生成一组长度为n且不重复的随机数序列作为水印密钥key，用于确定具体的水印位置Loc_w[n]；9)将n个十进制加密子水印写入到对应的水印位置中完成水印的嵌入；所述水印认证部分包括以下步骤：1)利用随机算法RA(x)得到所有水印分存位置{p₁，p₂，...，p_n}，以{p₁，p₂，...，p_n}作为提取算法EA(x)的输入，然后分存于{p₁，p₂，...，p_n}的配置逻辑数据作为算法的输出，得到加密子水印序列2)从提取出的n个加密子水印中随机选取出t个加密子水印，从公开参数中依次获取每组信息C＝{r，y₁，y₂，...，y_n}，然后计算出t个加密子水印对应的伪子水印f(r，w_j′)，得到t个数值对(f(r，w′_j)，y_j)，最后根据这t个数值对重构t‑1次Lagrange插值多项式h(x)，于是从h(x)的系数中得到t个秘密信息；j＝1，2，...，t；3)重复步骤2)，直至所有的秘密信息重构完成；4)将所有重构得到的秘密信息转换成二进制信息并依次拼接到一起，得到二进制水印信息序列W′，然后，将二进制水印信息序列W′加上图像格式信息，还原成二值图像P′；5)将还原得到的二值图像P′同IP拥有者在注册时候二值图像P进行比较，完成版权认证；6)利用子水印加密阶段使用的密钥K进行加密子水印序列解密，将密钥K序列与加密子水印进行异或，对加密水印解密，解密后得到子水印序列W′(x)＝(w₁′，w₂′，...，w_n′)；i＝1，2，...，n；7)从提取出的n个子水印中任意取出t个子水印w_j′，结合矩阵α组成r元一次方程组，通过解方程组即可重获用户指纹分存前的r组序列信息Y′＝(y₁′，y₂′，...，y_r′)；8)将序列信息Y′转换成二进制并依此拼接起来，获得二进制流B′，根据ASCII码将二进制比特流B′转换成对应文字指纹信息S′，通过文字指纹信息S′进行版权侵权跟踪，找到版权侵权的始作俑者。