一种基于改进的动态差分数据库水印方法、系统、设备及可读存储介质与流程

本发明涉及一种基于改进的动态差分数据库水印方法、系统、设备及可读存储介质，属于数据库隐私保护领域。

背景技术：

1、数据库应用越来越广泛，涉及政府、企业、科研机构等各个领域，因此数据安全和完整性面临着越来越大的威胁。攻击者可能会篡改或盗用数据库中的数据，给数据所有者带来损失。为了解决这个问题，数据库水印技术应运而生。大多数现有的数据库水印技术都只是简单地嵌入一串数字序列或一副图像，这些标记容易被攻击者识别并破坏。此外，这些简单的标记方式也难以支持更高级别的数据完整性要求，如数据类型、结构、语义等。

2、水印在遭到攻击被破坏后将无法根据提取的信息锁定攻击者，鲁棒性和可溯源性较差。同时，现有水印嵌入技术中缺乏动态取余的调整，在水印容错性和水印嵌入、提取的准确性上有待提高，而差分扩展中均采用线性计算的方式，水印比较容易受到逆向工程攻击，影响水印的安全性和保密性。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明采用动态数据压缩的思想，提出了一种基于改进的动态差分数据库水印方法，该方法具体步骤如下：

2、(1)将qr码图像分块后进行频域分解与特征值提取，并利用奇异值分解将二维子块压缩成一维序列，得到带嵌入的水印序列；

3、(2)使用聚类数据库分组将相似的数据分到一组，划分为k个大小不同的子组{g1,g2,...,gk}，利用差分扩展将水印嵌入到数据载体中；

4、(3)对嵌入水印的数据库进行聚类处理后，进行逆向操作还原出qr码，完成水印提取，得到用户的身份信息。

5、进一步地，步骤(1)中，对qr码做分块处理，之后进行小波变换。

6、进一步地，步骤(2)中，计算子组的取余值[arr1,arr2,...,arrn]为待嵌入水印属性数组值。a1、a2为要嵌入水印的属性值，wi为带嵌入的水印比特，采用取余值降低属性数值间的差值，其中，a1、a2为取余后的属性值，div1、div2表示对应的除数。计算取余后属性值间的均值和差值，并在水印嵌入阶段利用差值扩展的方式实现水印嵌入。

7、进一步地，对差值进行扩展时，计算d′＝k·d+b·wi+m·sin(c·wi)，其中d表示差值，k，b，m，c分别表示调整参数，wi表示带嵌入水印比特，得到其中，avg表示取余后属性值的均值。水印提取阶段，还原差值计算过程如下：计算d′＝2·(a′1-avg)+1，利用逆正弦变换还原还原原始差值得到还原后的最后还原属性值

8、本发明又提出了一种基于改进的动态差分数据库水印系统，该系统包括：

9、(1)预处理模块，该模块将qr码图像分块后进行频域分解与特征值提取，并利用奇异值分解将二维子块压缩成一维序列，得到带嵌入的水印序列；

10、(2)水印嵌入模块，该模块使用聚类数据库分组将相似的数据分到一组，划分为k个大小不同的子组{g1,g2,...,gk}，利用差分扩展将水印嵌入到数据载体中；

11、(3)水印提取模块，该模块对嵌入水印的数据库进行聚类处理后，逆向操作还原出qr码，完成水印提取，得到用户的身份信息。

12、进一步地，预处理模块中，对qr码做分块处理，之后进行小波变换。

13、进一步地，水印嵌入模块中，计算子组的取余值[arr1,arr2,...,arrn]为待嵌入水印属性数组值，a1、a2为要嵌入水印的属性值，wi为带嵌入的水印比特，采用取余值降低属性数值间的差值，其中，a1、a2为取余后的属性值，div1、div2表示对应的除数。计算取余后属性值间的均值和差值，并在水印嵌入阶段利用差值扩展实现水印嵌入。

14、进一步地，对差值进行扩展时，计算d′＝k·d+b·wi+m·sin(c·wi)，其中d表示差值，k，b，m，c分别表示调整参数，wi表示带嵌入水印比特，得到其中，avg表示取余后属性值的均值。水印提取阶段，还原差值计算过程如下：计算d′＝2·(a′1-avg)+1，利用逆正弦变换还原还原原始差值得到还原后的最后还原属性值本发明又提供了一种设备，所述设备包括：数据采集装置、处理器和存储器；所述数据采集装置用于采集数据；所述存储器用于存储一个或多个程序指令；所述处理器，用于执行一个或多个程序指令，用以执行上述任一项方法。

15、本发明又提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行上述任一项方法。

16、提取水印的过程首先对嵌入水印的数据库进行聚类处理，分成若干个子组，然后找到子组嵌入水印的属性位，依次对每一个元组嵌入水印的属性值进行差分扩展逆运算处理，提取出每一个子组嵌入的水印集合，对集合进行大数表决选取占比超过50％的数作为该子组最终提取的水印比特位，按照分组顺序组合水印比特得到提取的水印序列，提取水印后的属性值恢复成原始数值合并子组得到原始数据库。然后，利用差分扩展逆运算从提取出的水印序列中提取特征值，然后通过svd逆运算还原出qr码的低频图像，最后进行haar小波逆变换还原出全部32×32的子块，去除填充值0得到原始的qr码，扫描qr码中包含的信息可以追踪攻击者。

17、为在嵌入更多身份信息的同时压缩水印序列的长度，所以在水印嵌入数据库之前需要对水印图像进行预处理。qr码是一种高容量信息隐藏方法，可嵌入大量原始水印信息，如身份信息、版权标识、源信息、时间戳等，为防伪溯源和版权保护提供了保障。并且，qr码具有较好的鲁棒性，可在图像或视频等多媒体内容中进行隐藏，抵抗各种信号处理和恶意攻击，确保水印信息的安全性和完整性。此外，qr码的编码与解码过程高效且准确，可实现水印信息的准确提取和高效传输，满足版权保护和防伪溯源等应用的需求。因此，本专利使用qr码作为原始的水印载体，并提出一种鲁棒性更高的数据库水印方法。

18、本发明通过将qr码图像进行频域分解与特征值提取，采用奇异值分解将二维子块压缩成一维序列，成功嵌入水印序列。进一步，通过聚类数据库分组与差分扩展技术，将水印嵌入到数据载体中，引入动态取余调整机制，增强了水印容错性，提高了水印嵌入和提取的精确性，并探索了更复杂的非线性计算方式，提高了水印系统对逆向工程攻击的抵抗性。最后，通过对嵌入水印的数据库进行聚类处理，实现逆向操作还原qr码，成功提取用户的身份信息。，

技术特征：

1.一种基于改进的动态差分数据库水印方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

2.如权利要求1所述的一种基于改进的动态差分数据库水印方法，其特征在于：步骤(1)中，对qr码做分块处理，之后进行小波变换。

3.如权利要求1所述的一种基于改进的动态差分数据库水印方法，其特征在于：步骤(2)中，计算子组的取余值[arr1,arr2,...,arrn]为待嵌入水印属性数组值。a1、a2为要嵌入水印的属性值，wi为带嵌入的水印比特，采用取余值降低属性数值间的差值，其中，a1、a2为取余后的属性值，div1、div2表示对应的除数。计算取余后属性值间的均值和差值，并在水印嵌入阶段利用差值扩展的方式实现水印嵌入。

4.如权利要求1所述的一种基于改进的动态差分数据库水印方法，其特征在于：对差值进行扩展时，计算d′＝k·d+b·wi+m·sin(c·wi)，其中d表示差值，k，b，m，c分别表示调整参数，wi表示带嵌入水印比特，得到其中，avg表示取余后属性值的均值。水印提取阶段，还原差值计算过程如下：计算d′＝2·(a′1-avg)+1，利用逆正弦变换还原还原原始差值得到还原后的最后还原属性值

5.一种基于改进的动态差分数据库水印系统，该系统包括：

6.如权利要求5所述的一种基于改进的动态差分数据库水印系统，其特征在于：预处理模块中，对qr码做分块处理，之后进行小波变换。

7.如权利要求5所述的一种基于改进的动态差分数据库水印系统，其特征在于：水印嵌入模块中，计算子组的取余值[arr1,arr2,...,arrn]为待嵌入水印属性数组值，a1、a2为要嵌入水印的属性值，wi为带嵌入的水印比特，采用取余值降低属性数值间的差值，其中，a1、a2为取余后的属性值，div1、div2表示对应的除数。计算取余后属性值间的均值和差值，并在水印嵌入阶段利用差值扩展实现水印嵌入。

8.如权利要求5所述的一种基于改进的动态差分数据库水印系统，其特征在于：对差值进行扩展时，计算d′＝k·d+b·wi+m·sin(c·wi)，其中d表示差值，k，b，m，c分别表示调整参数，wi表示带嵌入水印比特，得到其中，avg表示取余后属性值的均值。水印提取阶段，还原差值计算过程如下：计算d′＝2·(a′1-avg)+1，利用逆正弦变换还原还原原始差值得到还原后的最后还原属性值

9.一种设备，所述设备包括：数据采集装置、处理器和存储器；所述数据采集装置用于采集数据；所述存储器用于存储一个或多个程序指令；所述处理器，用于执行一个或多个程序指令，用以执行上述1-4任一项方法。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行上述1-4任一项方法。

技术总结
本发明提出一种基于改进的动态差分数据库水印方法、系统、设备及可读存储介质，通过将QR码图像进行频域分解与特征值提取，采用奇异值分解将二维子块压缩成一维序列，成功嵌入水印序列。进一步，通过聚类数据库分组与差分扩展技术，将水印嵌入到数据载体中，引入动态取余调整机制，增强了水印容错性，提高了水印嵌入和提取的精确性，并探索了更复杂的非线性计算方式，提高了水印系统对逆向工程攻击的抵抗性。最后，通过对嵌入水印的数据库进行聚类处理，实现逆向操作还原QR码，成功提取用户的身份信息。

技术研发人员：段天毅,陈传凯,王伟斌
受保护的技术使用者：北京新数科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22