[發明專利]一種具有時間戳對齊功能的時序數據水印方法

有效

• 申請號: 202010375926.4
• 申請日: 2020-05-07
• 公開（公告）號: CN111651735B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 王晨;王建民;宋亮;陳振宇
• 申請（專利權）人: 清華四川能源互聯網研究院
• 主分類號: G06F21/16
• 分類號: G06F21/16
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 管高峰

本發明涉及工業物聯網數據安全領域，本發明公開了一種具有時間戳對齊功能的時序數據水印方法，包括水印嵌入方法和水印提取方法，其中水印嵌入方法運用卡爾曼濾波器對原始時間序列進行過濾，然后計算過濾后的二階拐點序列；再以二階拐點序列為基準，將原始時間序列的時間戳進行差值處理，根據數據點時間戳差值取整后的哈希結果與水印序列比特數取余數，將原始時間序列劃分組；最后選擇需要插入水印的數據點以及該數據點需要嵌入水印的位置，根據嵌入位置將水印嵌入原始時間序列。本發明通過自動監測時間序列數據的關鍵點，進行時間戳對齊，有效防止了時序插入和時序刪除攻擊對水印提取的影響。同時，也使得對時間戳本身的修改無效。

技術領域

本發明涉及工業物聯網數據安全技術領域，尤其涉及一種具有時間戳對齊功能的時序數據水印方法。

背景技術

工業物聯網數據是工業大數據規模迅速擴張的主要來源。各類物聯網傳感器以極高的頻率采集其所在設備的工作狀態數據，通常為一系列包含數據產生時間戳(Timestamp)和采集數據(Data)形式為(Timestamp,Data)的元組序列，稱為時間序列。工業時序數據具有應用領域廣、數據規模大、經濟價值高的特點，蘊含的巨大商業價值，因而其安全性受到不法分子采用黑客攻擊等技術手段以及雇傭商業間諜等非技術手段的威脅。

數據所有者通常會采用前效方法對數據庫中的數據加以保護，包括但不限于：數據加密、用戶權限劃分等等。但是，這些方法只能有效防止外部人員進行非法盜竊，對于內部人員盜竊等途徑并不能有效遏制。數字水印是解決數據在傳播過程中安全問題的一個主流分支，常見時序數字水印算法基于時間戳進行水印嵌入計算，容易受到更改時間戳或頻率變換的攻擊，一旦時間戳序列大幅度改變，水印提取算法將受到很大影響，很可能導致水印提取完全失效。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出一種具有時間戳對齊功能的時序數據水印方法，自動對齊時間戳，該方法可以識別時序數據的核心特征，保證時序數據中插入的水印信息，不會因為頻率變換、插入、刪除等攻擊而失效。

本發明提出的一種具有時間戳對齊功能的時序數據水印方法，包括水印嵌入方法和水印提取方法，所述水印嵌入方法包括以下步驟：

S11.運用卡爾曼濾波器對整個原始時間序列進行過濾，然后計算過濾后時間序列的二階拐點序列；

S12.以二階拐點序列為基準，將原始時間序列的時間戳進行差值處理，根據數據點時間戳差值取整后的哈希結果與水印序列比特數取余數，將原始時間序列劃分組；

S13.選擇需要插入水印的數據點以及該數據點需要嵌入水印的位置，根據嵌入位置將水印嵌入原始時間序列。

進一步的，步驟S11中，通過采用信號與噪聲的狀態空間模型，利用前一時刻的估計值和當前時刻的觀測值來更新對狀態變量的估計，求出當前時刻的估計值。

進一步的，步驟S11中，選取濾波權重值，僅保留最核心的低頻特征。

進一步的，步驟S12中，對于同一個分組的數據點，嵌入的水印相同。

進一步的，步驟S13中，與步驟S12的分組方式相同，選擇需要插入水印的數據點與水印嵌入位置也使用哈希函數。

此外，所述水印提取方法包括以下步驟：

S21.運用卡爾曼濾波器對帶水印的原始時間序列進行過濾，然后計算過濾后時間序列的二階拐點序列；

S22.以二階拐點序列基準，將帶水印的原始時間序列的時間戳進行差值處理，根據數據點時間戳差值取整后的哈希結果與水印序列比特數取余數，將帶水印的原始時間序列分組；

S23.將每個分組代表的水印信息提取出來，形成水印序列和不帶水印的時間序列。

進一步的，所述水印提取方法還包括以下步驟：