1、本科毕业论文(科研训练、毕业设计)题 基于 RTF 文档和 LSB 水印的数字图章技术及其实现姓 名： 学 院：软件学院系：专 业：软件工程年 级： 学 号： 指导教师（校内）： 职称： 二XX 年 X 月基于 RTF 文档和 LSB 水印的数字图章技术及其实现摘要 随着计算机技术和网络技术的迅猛发展，人们逐渐用电子公文代替纸质公文传递信息。中华人民共和国电子签名法在一定程度确认电子公文的法律效力，可是对一般用户而言，该法律的操作规程相对复杂，确定文档作者及内容是否被篡改的工作尚存困难。我们从现实生活中在公文上加盖图章的现象得到启发，认为将文件摘要的签名以脆弱数字水印的形式写入彩色位图文件的视
2、觉感知冗余中形成数字图章，并将其按被签名文档格式编码附加文档在末尾的方法，可以在不影响数字签名安全性的前提下，有效地解决该问题。本文采用基于 RTF 文档和 LSB 水印的数字图章技术，开发出一套数字图章软件系统。该系统以 RSA 为签名算法， SHA-256 为摘要算法，常见的 24 位 BMP 为图章图片格式，以及通用的 RTF 为公文文档格式，实现了鉴别文档真实性的功能，并具有速度快和安全性高的特点。经测试，该数字图章软件系统功能良好。关键词 数字图章 数字水印 RSA LSB RTFDigital Stamp Technology and Its ImplementationBased
3、 on RTF Document and LSB WatermarkingAbstractWith the rapid development of the computer technology and the network technology, people gradually replace paper documents with electronic documents in transmitting information. The Electronic Signature Law of the Peoples Republic of China recognizes the
4、legal effect of electronic documents to a certain extent. However, for a general user, the operating procedures are relatively complex. There remain to be difficulties to determine whether a document has been tampered and who the author is.We have been inspired by the rubber-stamping on the document
5、s in our real life. We think sealing the signature of digest from a file into the visual perception redundant of a color bitmap in the format of fragile digital watermarking, and appending it to the file itself by its coding format is an effective solution to this issue without affecting the securit
6、y of the digital signature.In this paper, we develop a digital stamping software system with the digital stamping technology based on RTF document and LSB watermarking. The system uses RSA as its signature algorithm, SHA-256 as its message digest algorithm, 24-bit BMP as the image format of the seal
7、, and RTF as the universal format of the document. The software can accomplish the authentication of a document, and has advantages of both high speed and good security. After testing, the digital stamp software system has good performance.Keywords: Digital stamp Watermark RSA LSB RTF目录第 1 章 引言 - 11
8、.1 背景 - 11.2 本文的章节安排 - 2第 2 章 公开密钥技术 - 32.1 公开密钥技术概述 - 32.2 RSA 几个重要的数学知识及其实现 - 42.2.1 大整数除法 - 42.2.2 大整数幂模 - 42.2.3 模逆元 - 52.2.4 大素数 - 52.3 RSA 算法介绍 - 62.4 RSA 的分组加密和解密的实现 - 72.5 RSA 的安全性 - 82.6 RSA 算法的改进 - 92.7 RSA 中的强素数问题 - 10第 3 章 消息摘要技术 -113.1 消息摘要技术概述 -113.2 SHA 算法流程 - 113.3 SHA 的安全性 - 123.4 基
9、于 SHA 和 RSA 的数字签名技术的安全性 - 12第 4 章 脆弱数字水印技术 -144.1 脆弱数字水印技术概论 -144.2 BMP 文件格式 - 144.3 传统 LSB 算法概论 - 154.3.1 LSB 算法原理 -154.3.2 LSB 算法安全性 -164.3.3 传统 LSB 算法的改进 -164.4 改进的 LSB 算法流程 - 164.4.1 基本框架 -164.4.2 LSB 水印嵌入 -174.4.3 LSB 水印校验 -184.5 改进 LSB 算法的安全性 - 194.6 LSB 算法再改进 - 20第 5 章 数字图章技术 -215.1 数字图章技术介绍
10、-215.2 RTF 文件中图章编码格式 - 215.3 图章加盖 -225.4 校验图章 -235.5 技术安全性 -24第 6 章 系统设计与实现 -256.1 开发平台 -256.2 模块划分 -256.3 功能演示 -256.3.1 生成密钥对 -256.3.2 对一份文档盖章 -266.3.3 校验文档图章 -286.4 系统测试 -316.5 安全性 -326.5.1 技术层面的安全性 -326.5.2 非技术层面的安全性 -326.6 系统性能 -326.7 其他特点 -33第 7 章 结束语 -34致谢语 -35参考文献 - 36ContentsChapter 1 Introd
11、uction - 11.1 Background - 11.2 Organization of This Article - 2Chapter 2 The Public-Key Cryptography Technology - 32.1 Introduction - 32.2 Some Significant Mathematic Knowledge and Implementation in RSA - 42.2.1 Big Integer Division - 42.2.2 Big Integer Exponential Module - 42.2.3 Inverse Module -
12、52.2.4 Big Prime - 52.3 Introduction of RSA Algorithm - 62.4 Implementation of RSA Grouping Encryption and Decryption - 72.5 RSAs Security - 82.6 Modified RSA Algorithm - 92.7 Strong-Prime Problem in RSA -10Chapter 3 The Message Digest Technology -113.1 Introduction -113.2 Processing of SHA -113.3 S
13、HAs Security -123.4 Security of Digital Signature Technology Based on SHA and RSA -12Chapter 4 Fragile Digital Watermarking Technology -144.1 Introduction -144.2 BMP Format -144.3 Introduction of the Traditional LSB Algorithm -154.3.1 Principle of LSB Algorithm -154.3.2 Security of LSB Algorithm -16
14、4.3.3 Modification of Traditional LSB Algorithm -164.4 Processing of the Modified LSB Algorithm -164.4.1 Basic Framework -164.4.2 LSB Watermark Embedding -174.4.3 LSB Watermark Checking -184.5 Security of Modified LSB -194.6 Remodification of LSB -20Chapter 5 Digital Stamping Technology -215.1 Intro
15、duction -215.2 Encoding Format of Images in RTF -215.3 Embed the Stamp -225.4 Verify the Stamp -235.5 Security -24Chapter 6 System Design and Implements -256.1 Developing Platform -256.2 Modular Division -256.3 Demostration -256.3.1 Generate a Key Pair -256.3.2 Seal a Document -266.3.3 Check the Sta
16、mp on a Document -286.4 System Testing -316.5 Security -326.5.1 Security from Technical Aspects -326.5.2 Security from Non-Technical Aspects -326.6 System Performance -326.7 Other Features -33Chapter 7 Summary -34Acknowledgement -35References -36基于 RTF 文档和 LSB 水印的数字图章技术及其实现第 1 章 引言1.1 背景计算机技术的迅猛发展和电
17、子文档的出现，使人们摆脱了手工管理、维护和查找大量纸质文件的苦恼。在网络技术普及的今天，人们通过互联网可以下载到公文的副本，也可以通过电子邮件形式分发公文副本，从而更方便、更快速地进行信息交流。但是电子文档和传统纸质文件一样也存在可能被仿造和篡改的安全问题。电子文档的无损复制、修改和伪造等操作往往是没有纪录、难以察觉的。黑客却通过各种手段，入侵存放文件的服务器，甚至侦听并篡改网络上的信息流。一般用户在下载时对此却毫无察觉。面对我们得到的一份公文，到底该公文是否被篡改过成了重要问题。甚至某些机构或个人以此为借口，否认其制作的文件（如欠条或合约）的真实性。该问题使得电子文档从出现起，长时间内很难和
18、纸质文档一样作为证据使用。这一切表明，文件的真实性问题成为制约信息化发展的重要因素。中华人民共和国电子签名法的颁布和实施对电子商务和电子政务有积极的推动作用。该法律在一定范围内承认电子签名的法律效力，但是有关技术知识和操作规程对普通用户而言相对复杂，在实施上尚存在一些困难。其中，一个主要的问题是：签名往往独立于被签名的数据成分，在使用中二者又要保持紧密的联系，这需要在很大地域范围维护复杂的应用协议和系统，给使用带来了不便。我们从现实生活中在公文上加盖图章的现象得到启发，认为将文件摘要的签名以脆弱数字水印的形式写入彩色位图文件的视觉感知冗余中形成数字图章，并将其加入在被签名文档末尾的方法，可以在
19、不影响数字签名安全性的前提下，有效地解决维护数字签名的难题。这样一来，电子文档可以比传统纸质文档更难以伪造。RSA 是一种安全的公钥加密算法，在世界很多地方已经成为事实上的标准。在 ISO 9796内，RSA 已成为其信息附件，法国和澳大利亚银行界也使 RSA 标准化 1。因此可以采用其为项目系统的公钥加密算法。SHA 是一种安全性高的散列算法，至今还没有已知的密码攻击，而且 SHA-256 散列结果长度长，更能有效抵挡穷举攻击。因此可以采用其为项目系统的消息摘要算法。BMP 是一种常见的图片格式，受到 Windows 画图板、Photoshop 和 Picture Manager 等图1基于
20、 RTF 文档和 LSB 水印的数字图章技术及其实现像处理软件的支持。该格式色彩范围广，对平面图片无压缩。因此，可以采用其为项目系统支持的图章文件格式。LSB 算法是一种成熟的脆弱数字水印算法。经过改进的 LSB 算法，可以抵挡已知的攻击手段。因此，可以采用其为项目系统的数字水印算法。RTF 是一种常见的将位图文件和文字合并存储的文件格式，受到 Windows 写字板、Word和 WPS 等常用编辑器的支持。开发基于 RTF 文档的数字图章系统有其实用意义。本次毕业设计旨在基于上述技术，研究数字图章技术，并开发出一套界面美观、性能优良和安全性高的运行于 Windows XP 以上版本的数字图章
21、软件系统 DigitalStamp for RTF 2007。本文在已实现的系统基础上，讨论数字图章技术及其技术基础。1.2 本文的章节安排本文以实例介绍和开发相关的技术及其实现。从结构上看，本文分为 6 章：第 1 章概论，介绍课题背景。接下去的 4 章按照自底向上的顺序介绍系统开发的各个技术。第 2 章以 RSA 算法为例介绍公开密钥技术，第 3 章以 SHA 算法为例介绍消息摘要技术，第 4 章以 LSB 算法为例介绍数字水印技术，第 5 章介绍基于 RTF 文档和 LSB 水印的数字图章技术。各章的组织则为依次为概述、理论介绍、安全性分析和改进等几个部分。第 6 章介绍了系统设计和实现
22、方法，演示系统的使用，并对功能测试结果及系统安全性进行分析。本文最后对论文工作进行了总结。2基于 RTF 文档和 LSB 水印的数字图章技术及其实现第 2 章 公开密钥技术2.1 公开密钥技术概述我们把消息称为明文。所谓加密，就是用某种方法伪装消息以隐藏他的内容的过程。经过加密的消息称为密文。把密文转变为明文的过程叫做解密。我们可以用函数 E 表示加密，函数 D 表示解密，K 为密钥，M 为明文，C 为密文，得到如下表示：E K M C (2-1)DK C M (2-2)对称加密技术是一种比较传统的加密方式，其加密运算和解密运算使用同样的密钥，信息的发送者和信息的接收者在进行信息的传输与处理时
23、，必须共同持有该密码（称为对称密码）。因此，通信双方都必须获得这把钥匙，并保持钥匙的秘密。结合公式 (2-1)和公式(2-2)，可以得到对称加密公式(2-3)：DK E K M M (2-3)虽然对称加密技术有其速度快等优点，但用户数量增大势必导致密钥管理上的困难。因为通信双方 A、B 持有相同的密钥 K，无法确认对一段经过公式(2-1)处理后的信息 C 是 A 发出的还是 B 发出的，也无法用于签名。1976 年，Whitfield Diffie 和 Martin Hellman 在美国国家计算机会议上，首先公布了公开密钥技术的概念。 1这个概念在密码学上的贡献在于，加密和解密分别使用了一对
24、密钥的两半，而不是使用一样的密钥。根据公式(2-1)和公式(2-2)，用 SK 表示私钥，用 PK 表示公钥可以得到表示加密的公式(2-4)和表示解密的公式(2-5)：EPK M C (2-4)DSK C M (2-5)数字签名是公开密钥算法的重要应用。它是加密的逆过程。我们可以修改公式(2-4)和公式(2-5)，得到公式(2-6)和公式(2-7)，并且总结出公式(2-8)：ESK M C (2-6)DPK C M (2-7)3基于 RTF 文档和 LSB 水印的数字图章技术及其实现DPK ESK M M (2-8)下面，以 RSA 算法为例，展开讨论。2.2 RSA 几个重要的数学知识及其实
25、现2.2.1 大整数除法大整数加法、减法和乘法的算法，是模拟人手工计算加法、减法和乘法的过程。而大整数除法没有这么简单。大整数除法是 RSA 算法性能的重要环节。对大整数除法的选用，极大地影响着整个 RSA算法的效率。Knuth 提出的估值除法是目前效率较高的一种除法。本次项目中采用的是这种除法。参见2第 2 卷第 272 页 4.3.1 的算法 D。该除法算法流程如下：（1） 初始化，将 v 左移 d 位，使得 v 最高字节的最高位为 1，u*2 dr ；（2） 初始化 j=m，准备开始循环；（3） 若 j0 则继续进行，否则进行（13 ）；（4） 计算u j+nuj+n-1 / vn-1Qhat 1Qhat0；（5） 若 Qhat10 则进行（ 8）；
