一种基于栈分配的软件水印算法

栈 分配大小 作为特征矢量使得本方 案具有较强 的隐蔽性 。
２ 扩 频 软 件 水 印 模 型
扩 频 软 件水 印模 型 作 为 通 用 软 件 水 印 模 型 的 具 体 化 ，
人［ 提出的基于指令 统计矢量 的扩频软件水 印方案 中把程 ６ ］ 序指令的统计特征当成矢量来处理 ， 在理论上具有较强 的鲁 棒性 ， 但是仍然无法抵 抗大规模 的代 码优化 、 入冗余代码 插 以及共谋ｌ 等攻 击。Ｃ ｒ ｎ等人ｌ 提 出的基于 函数 调用 图 ＿ ７ ］ ｕｒ ａ ８ ］
总第 ２ ４ ７ 期 ２１ ０ ２年第 ８ 期
计 算 机 与 数 字 工 程
Ｃｏ ｕ ｅ ｍｐ ｔｒ＆ Ｄｉｉ ｌ ｇｎ ｅ ｉｇ ｇｔ ａ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ ８ １４ ．
７ １
一
种 基 于栈 分 配 的 软件 水 印算 法
张海超 陈 丹
南京 ２０１） １ ０ ６ （ 南京航空航天大学计算机科 学与技术学 院
Ａｂｓ ｒｃ Ｓ ｆｗａｅｗａ ｅｍａ ｋｎ ｌｏ ｉｈ ｂ ｓ ｄｏｎｓａ ｋ ａｌｃ ｔｏ ｓｐ ｏ ｏ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ｙａ ａｙ ｉｇ ｔ ｅｓａ ｋｂ ｌｎ ｅｐ ｉ ｉｌ ｔａ ｔ ｏ ｔ ｒ ｔｒ ｒ ｉｇ ａｇ ｒｔ ｍ ａ ｅ ｔｃ ｌ ａ ｉｎｉ ｒ ｐ ｓ ｄｉ ｈｓｐ ｐ ｒｂ ｎ ｌｚｎ ｈ ｔｃ ａａ ｃ ｒｎｃｐｅ ｏ
ｓａ ｋ，ａ ｄ ｔ ｅ ｐｐｉｓｔ ｅｓａ ｋａ ｃ ｓ ｏ ｆ ｓｏ ｅｈｎ ｌｇ ｏｍａ ｅｓ ｆｗａｅｗａｅ ｍａ ｋｉ ｆｒ ｔｏ ａ ｄｔ ｅｐ ｏ ｒ ｍ ｏ ｅｐ ｏ ｕｃ ｌｓ ｔｃ ｎ ｈ ｎ ａ ｌ ｈ ｔ ｃ ｃ ｅｓｃ ｎ ｕ ｉｎ ｔｃ ｏｏ ｙｔ ｋ ｏ ｔ ｒ ｔｒ ｒ ｎｏ ｍａ ｉｎ ｎ ｈ ｒ ｇ ａ ｃ ｄ ｒ ｄ ｅａｃｏ ｅ ｅ ｄ ｐ ｎ ｅ ｃ ．Ａｎ ａ ａｙ ｉ ｈ ｗｓｔ ａ ｈ ｉ ｔｄ ｐ ｎ ｅ ｙｂ ｔ ｅ ｈ ｔ ｒ ａｋ ｉｆ ｒ ａｉｎ ａ ｄ ｔ ｒｇ ａ ｃ ｄ ａ ｅ ｈｅａｇ ｒｔ ｍ ｆ ｅ ｅ ｄｎ ｙ ｎ ｌ ｓｓｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅｔ ｇｈ ｅ ｅ ｄ ｎｃ ｅ ｗｅｎ ｔ ｅｗａ ｅｍ ｒ ｎ ｏｍ ｔ ｎ ｈｅｐｏ ｒ ｍ ｏ ｅｍ ｋ ｓｔ ｌｏ ｉｈ ｅ— ｏ ｆｃ ｉｅｙ ｒｓｓ ａ ｉｕ ｔａ ｋ ｕ ｈ ａ ｄ ｉｉｅａｔｃ ｅ ｔ ｌ ｅｉｔｖ ｒｏ ｓａｔｃ ｓｓ ｃ ｓａ ｄｔｖ ｔａ ｋ，ｓ ｂ ｒｃｉｅａｔ ｃ ｖ ｕ ｔａ ｔ ｔａ ｋ，ａ ｄｄｓｏｒｉｅａｔ ｃ ｔ．Ｍ ｅ ｎ ｖ ｎ ｉｔ ｔｖ ｔａ ｋｅ ｃ ａ ｗｈｉ ｈｅａｇ ｒｔ ｍ ｓａｈｉｈ ｒｒ — ｌ ｔ ｌｏ ｉｈ ｈａ ｇ ｅ ｏ ｅ ｂｕ ｔ ｅ ｓａ ｄ ｉｖｓｂｉｔ ． ｓｎ ｓ ｎ ｎ ｉｉ ｌ ｙ ｉ
率 ｒ， 成 特 征 矢 量 Ｒ一 （０ ｒ 一， 形 ｒ ， ） 即 为水 印 嵌 入 主 ， 要 对 象 。定 义 该 矢 量 空 间 距 离 为 欧 几 里 德 范 数 。
交指令集子集的选 取来嵌 入水 印信息 的 ， 该算法 是基 于 但
Ｊｖ 字 节码 ， 法 适 用 于其 他 载 体 。特 征矢 量 的选 取 在很 大 ａａ 无 程度 上 决 定 了软 件 水 印 的鲁 棒 性 和不 可 感 知性 。
印 的 鲁棒 性 ， 原 理 性 说 明 如 图 ３所 示 。 同 时 为 了 抵 抗 攻 其 击 者 有 针 对性 的 攻 击 ， 文 提 出 了 栈 访 问 过 滤 技 术 。栈 访 本 问 过 滤 技 术 的 主 要 思 想 是 ： 过 对 代 码 的 分 析 获 取 栈 真 正 通
蟹
ａ ｄ ｄ ａ ｏ ｈｅ ｉ ａ ｆｒ ｕ ｔ ｍ ｅ ｉ ｐ ｅ Ｄ－ ｐ ｃ ｒ ｍ ｔ ｒ ａ ｋ Ｔｈ ｓ ｓ ｈ ｍ ｅ ｅ ｅ ｓｗａ ｅ ｍａ ｋ ｉ ｆ ｒ ｔ ｎ ｂ ｄ ｆ ｉ ｇ ｔ ｉｅ ｏ ｈ ｎ ｒ ｗ ｎ ｔ ｄｅ ｓ ｏ ｕ ｌｉ ｄ ａ ｓ ｒ ａ ｓ ｅ ｔ ｕ ｗａ ｅ ｍ ｒ ． － ｉ ｃ ｅ ｍｂ ｄ ｔ ｒ ｒ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｙ ｍｏ ｉｙ ｎ ｈｅ ｓｚ ｆｔ ｅ ｏ
关键词 堆 栈 平 衡 ；扩 频 ；软 件 水 印 ； 件 保 护 ； 沌 映射 ；鲁 棒 性 软 混
Ｔ ３１６ Ｐ ０ ． 中图分类号
Ｓ ｆｗ ａ ｅ Ｗ ａ ｅ ｍ ａ ｋｉ ｇ ｒｔ ｓ ｄ ｏ ｔ ｃ Ａｌｏ ａ ｉ ｎ ｏ ｔ ｒ ｔ ｒ ｒ ｎｇ Ａｌ ｏ ｉｈｍ Ｂａ ｅ ｎ Ｓ ａ ｋ ｌ ｃ ｔｏ
机插 人 到栈 内部 。例 如 将 图 ２中对 局 部 变 量 ２的 访 问 全 部
替换 为对 碎片空间的访问 ， 么此时 碎片空 间就被 插入 到 那
栈 的 内部 了 ， 将 造 成 攻 击 者 难 以 分 析 碎 片 的 存 在 性 以 及 这
其具 体位置并 难以去除对栈 大小 的修改 ， 大地增 强 了水 极
ＺＨＡＮＧ ａ ｃ ｏ ＣＨＥＮ ｎ Ｈ ｉ ｈａ Ｄａ
（ ｏｌｇ ｆ ｏ ｕｅ ｃｅｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ， ｎｉｇＵｎｖ ｒｉ ｆＡｅｏ ａｔ ｓａ ｄＡｓｒｎ ｕｉ ， Ｎｉｇ ２ ０ １ ） Ｃ ｌ ｅｏ ｍｐ ｔｒ ｉ ｅａｄＴｅｈ ｏｏ ｙ Ｎａｊ ｉｅｓ ｙｏ ｒｎ ｕｉ ｎ ｔ ａｔ ｓ Ｎａ ｎ １ ０ ６ ｅ Ｃ Ｓ ｎ ｎ ｔ ｃ ｏ ｃ
‘＿＿ ＿ 。 ●－ ＿＿ ’ － ＿＿’ 一 ＿
一
值 （ ＜ １ ， 频 软 件 水 印 方 案 一 般 框 架 如 图 １所 示 ， ０ ＜ ）扩 详
细介绍如下 ：
１ 特 征 矢 量 的 提 取 过 程 。根 据 软件 代 码 数 据 的静 态 或 ） 者动态属性定义其能够代 表整个 代码 统计空 间 的特征量 ，
如指令频率 、 函数 调用 深度 等。根据软件特征 量属性 ， 指定 ｎ维特征集 Ｓ一（ Ｓ 一， ） 统计 Ｓ 在代码 中出现 的频 Ｓ ， 一
Ｃｌ ｓＮｕ ｂ ｒ ＴＰ３ ． ａｓ ｍ ｅ Ｏ１ ６
１ 引言
随着信息技术的深入发展 ， 件产业迎来 了新的机 遇， 软
本 文 根 据 函数 调 用 过 程 中堆 栈 保 持 平 衡 的原 理 提 出 了
基 于栈分配 的软件水 印算法 。该算法将 函数 中栈 分配的大 小作 为特征矢量 ， 通过修改栈 的大小嵌入 水印信息 ， 并在嵌
Ｋ ｏｒ ｓ ａ ｋ ｂａａ ｃ ｅｙ Ｗ ｄｓ ｔ ｃ ｌ ｎ ｅ，ｓ ｒ ａ ｐ ｃ ｒ ｍ ，ｓ ｔ ｒ ｔ ｒ ｒ ｐ ｅ ｄｓ ｅ ｔｕ ｏｆｗａ ｅ ｗａ ｅ ｍａ ｋ，ｓ ｆ ｗａ ｅ ｐ ｏ ｅ ｔ ｎ，ｃ ｏ ｐ ｉ ｇ，ｒ ｂｕ ｔ ｅ ｓ ｏ ｔ ｒ ｒ ｔ ｃｉ ｏ ｈａ ｓ ｍａ ｐ ｎ ｏ ｓｎ ｓ
２ 水印嵌入算法 。（ ） ） １ 根据软 件特征矢 量提 取算法 从
收 稿 日期 ：０ ２年 １月 ２ 日， 回 日期 ：０ ２年 ３ ５ 日 ２１ ８ 修 ２１ 月
作者简介 ： 张海超 ， ， 士研究生 ， 男 硕 研究方向 ： 信息安全 ， 软件保护 。陈丹 ， ， 女 副教授 ， 硕士生导师 ， 研究方向 ： 多媒 体信息安全及隐蔽
然而软件产品的恶意盗版、 非法使用正 日益严 峻 ， 软件版 权 保护成为人们亟待解决的问题 。软件水 印ｌ 作 为近年 来 １ ］
一
入 时采用栈访 问混淆技术使得软件水 印信百度文库 与程 序代码产
生 紧密 依 赖 关 系 ， 提 取 时 采 用 栈 访 问 过 滤 技 术 过 滤 攻 击 在
深 度 的扩频 水 印方 案 中把 函数 的调 用 图深 度 作 为 特 征 矢 量 ， 但该算法无法抵抗轮廓和 内嵌攻击 ＿ 。吴建军等人［７ 出 ｇ ｊ １提 ０ 的基 于 指 令 统计 分 布 的软 件 水 印 方 案 中是 通 过 对 两 个 不 相
般包括如下 具体 的步 骤 ： 征矢量 的提取 、 印嵌 入 算 特 水 法 、 印检 测 算 法 三 个 部 分 ｌ 。设 定 安 全 参 数 ｒ和 检 测 阈 水 ＿ １ Ｌ
摘
要
文章通过对堆栈平衡原理的分析 ， 并在借鉴多媒体扩频水印思想 的基础上 ， 出了基于栈分配的软件水 印方 案 。该 方案通过 提
对栈大小的修改来嵌人水印信息 ， 嵌入后 又采用 了栈访问混淆技术使得软件水 印信息与程序代 码产生紧密 的依赖关 系。分析表 明， 水印信 息与程序代码之 间的这种紧密依赖关 系使得该方案能够有效抵抗多种攻击 如添加攻击 、 去除攻击 、 变形攻 击等 ， 具有很高的鲁棒和隐蔽性 。
经 过 预 处 理 的水 印信 号 与 特 征 矢 量 相 迭 加 形 成 含 水 印 的 特
征 矢 量 Ｒ ， Ｒ 一尺＋ｗ 。 即
圈 目
圄
（） 频水 印嵌入模 型 ａ 扩
的依赖关 系 ， 提出 了栈访 问混 淆技 术 。栈访 问混淆 技术 的
主要 思 想 是 ： 机 混 淆 对 栈 空 间 的 访 问 ， 现 将 碎 片 空 间 随 随 实
【） 频 水 印 检 测 模 型 ｂ扩
的大小 ， 从而过滤对 栈 的恶意修 改。在水 印提取 时对 特征
矢量进行过滤即可抵抗此类有针对性的攻击 。
Ｎ Ｏ ｕｓ ｄ ｔ ｅ ｆａ ｍｅ ｔ ｒｇ ｎ Ｌ０ ａ ｃｌ ３ Ｌ ｃｌ ０ ａ２ Ｌ ｏｃａ １ ｌ Ｏｌ ＢＰ ｄＥ
种很有前景的软件版权 保护技 术 ， 其通 过将版 权信息 和
者对栈 的恶意修改 ， 使得该方案对常见攻击如添加攻 击 、 去
除 攻 击 、 形 攻 击 等 具 有 很 强 的鲁 棒 性 。该 方 案 通 过 选 取 变
用户身份信息隐藏到软件中 ， 以此来证 明版权 和追踪盗 版 ，
为软件版权保护提供了新颖的思路 。 扩 频 软 件 水 印 的 思 想 来 源 于 多 媒 体 扩 频 数 字 水 印 技 术Ｌ ， ５ 其将软件作 为统计模型 ， 印信 息嵌 入在软件特征矢 ］ 水 量 的 各个 分 量 中 ， 由于 水 印 能 量 较 小 而不 宜 察 觉 ， 印 的 检 水 测 是 通 过 提取 矢 量 与 原始 矢 量 的相 关 性 来 决 定 的 。Ｓｅ 等 ｔ ｍ
…
此可 以对 栈 的 大小 进 行 一 定 的 修 改 而 不 影 响 程 序 的 逻 辑 ，
更不 影 响对 栈 数 据 的 访 问 ， 为 栈 数 据 的 访 问 模 式 是 基 于 因
，
）其 系 数 服 从 标 准 差 为 的 标 准 正 态 分 布 ； ３ 将 ， （）
ＥＰ Ｂ ＋Ｏｆ ｅ 的 ， 此 过 程 中不 涉 及 到 Ｅ Ｐ指 针 ， ｆｔ 在 ｓ Ｓ 即使 涉 及 了 只要 进 行 相 应 的修 正 即可 。 由此 可 知 程 序 代 码 对 栈 大 小 的修 改 是 透 明 的 ， 会 访 问 到 因栈 大 小 修 改 而 多 出 来 的 碎 不 片空 间 ， 会 产 生 任 何 未 知 行 为 。 不 在 本 方 案 中为 了使 栈 大 小 的修 改 与程 序 逻 辑 形 成 紧 密
通信技术 。
７ ２
张海超 等 ： 一种基于栈分配的软件水 印算 法
第４ Ｏ卷
软 件 代 码 数 据 Ｐ 中提 取 ”维 特 征 矢 量 Ｒ ， Ｒ—Ｅ ｔ ｃ（ ； ｘ ｒ ｔＰ） ａ （ ） 择 可 以证 明软 件 版 权 信 息 的 ”维 水 印 矢 量 ｗ 一 （。 ２选 ｏ， Ｊ