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[学位]

自然语言数字水印的关键技术

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Author:

何路 (何路.)

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Abstract:

数字水印是目前保护数字内容的重要手段,在图像、音频、视频等方面在过去的近20年里取得了长足的发展。但是当研究者把数字水印的技术运用到由语言文字组成的文本时却遇到了巨大的困难。造成这种困难的原因首先是因为自然语言文字构成的文本文件与数字信号构成的图像、音频、视频文件在本质上是不同的,信号处理的方法不能用来分析语言文字。所以将文本的格式或字形看作图像把文本水印转化为图像水印的研究方法,其鲁棒性都难以有效保障。其次,虽然通过同义词替换、句法变换等手段在自然语言上寻找到了冗余空间,可是其容量仍然有限,而且由于自然语言处理技术本身还不完美,所以应用自然语言处理技术分析文本进行改写不可避免地会由于其分析错误造成改写的错误,影响了数字水印的隐蔽性。基于同样的原因,自然语言数字水印的鲁棒性、隐蔽性也不能采用图像水印的方法来进行评价。但目前自然语言数字水印鲁棒性、隐蔽性的评测工作非常少,而且只是研究者针对自己算法的评估,并不是全面的评估,也缺乏系统的理论支持。有鉴于此,本文以自然语言数字水印的鲁棒性、隐蔽性为研究对象展开研究,并将这些研究成果应用到新算法的设计中去,主要的研究内容和取得的研究成果包括:1. 自然语言数字水印敌手模型的研究。根据自然语言的特点分析了各种可能的攻击,提出一个简洁的自然语言数字水印的敌手模型,仅设计替换攻击和摘要攻击两种攻击就可以仿真实际中各种可能的攻击效果。设计实现了一个自然语言数字水印的自动攻击工具,可以用于测评自然语言数字水印系统的鲁棒性。定量地研究了攻击力度与载体使用价值之间的关系。实验数据表明当压缩比为0.9、攻击力度不超过0.2时,不会对载体的使用价值造成显著影响。2. 自然语言数字水印鲁棒性的研究。根据敌手模型和自然语言文字的特点,建立了攻击力度和误比特率之间关系的数学模型,并且通过实验验证了模型的正确性。理论分析与实验数据显示现有的自然语言数字水印的鲁棒性远比预期的差。对于难以归类做一般性分析的编码算法逐个进行分析:以n维超球为模型,证明了在摘要攻击下扩频向量水印无法在虚警率和漏警率之间进行平衡;从每种词性序列中随机选择一个句子进行替换攻击,实验结果表明只需攻击少量的句子即可破坏词性标记串统计特性水印算法的水印;根据替换攻击对零水印可能的影响,提出同步攻击和生日攻击两种替换攻击的策略,理论和实验都证明了将这两种策略融合起来使用不到0.4%的改写量就可以有几乎百分之百的把握破坏载体中的零水印信息。这些模型和攻击对于评价现有的自然语言数字水印编码算法和研究新的编码算法具有重要的指导意义。3. 自然语言数字水印隐蔽性评测方法的研究。根据语言心理学分析了使用自然语言处理技术改写载体时引入的错误给人类感官上造成影响的程度,提出了自然语言数字水印的隐蔽性评测方法。以此设计实现了一个隐蔽性的自动测评系统。实验证明该方法可以正确地反映人类的感知。4. 自然语言数字水印的设计研究。提出一种以载体单元统一表达不同自然语言处理技术对载体分析的结果,在此基础上设计实现了一个通用嵌入提取算法,可以把任意多种载体操纵技术和一个水印编码算法搭配使用。这样,一方面,有效地缓解了自然语言数字水印的容量问题。另一方面,使得研究者可以分别设计水印编码和载体操纵技术来更加有效地处理鲁棒性和隐蔽性问题。水印编码方面,本文提出一个在载体单元的哈希域上以频次来构造水印编码的算法。这种算法在遭受攻击时,产生误比特的概率几乎为零。进而又提出一个折中方案,可以在鲁棒性和改写量之间调整。载体操纵方面,由于自然语言处理技术在深层分析上正确率不高,本文仅使用词性序列表达句式,根据语言学的研究成果,建立句式之间的变换关系。根据不同变换在语用学上相似的作用对变换关系进行筛选,保障变换在不同上下文中的一致性,实验与现有的典型算法比较,这种方法可以显著减少改写错误,提高水印的隐蔽性。

Keyword:

自然语言数字水印自然语言处理文本水印信息隐藏零水印

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  • [ 1 ] 西安交通大学电子与信息工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学博士

Mentor: 桂晓林

Year: 2013

Language: Chinese

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WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 5

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