基于寄存器分配的软件水印算法
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人冗余 的代码 置换代码 、 寄存器分配等方法嵌入到程
由于寄存器的数量是有 限的， 当程序所需的寄存
器数超过系统所能提供 的数量时 ， 系统就会抛 出部分 指令到内存 ， 因此 ， 在给程序中的变量分配寄存器时 ，
尽可能的分配最少的寄存器
序中的。作为寄存器分配的软件水印方法 ， Ｐ和 Ｑ Ｓ Ｑ Ｐ
２ １ ２月 ０ ０年 第２ ７卷第 ２期
湖北第二师范学院学报
Ｊ ｕ ａ ｆＨｕ ｅ Ｕｎｖ ｒｉ ｆＥ ｕ ａｉｎ ｏ ｒ ｌ ｂ ｉ ｉｅｓｔ ｏ ｄ ｃｔ ｎ ｏ ｙ ｏ
Ｆ ｂ２ １ ｅ．０ ０
Ｖ １２ Ｎ ． ｏ． ７ ｏ２
基于寄存器分配 的软件水印 算法
．
收 稿 日期 ：０ ０— １— ２ ２ １ ０ ０
６ ． ６
问题。令 Ｐ和 ｘ｛ ｘ，。 ｘ， ｘ……ｘ ｝ 分别表示程序 的中 间代码和程序中的变量集。然后 ， 我们定义在程序中
果嵌人的 比特位 Ｗ ＝ ， ； １那么就在 图中添加边 ｖ 。这 ｖ 里最近和第二近 的意思是 ： Ｖ，ｊ Ｅ Ｇ ， Ｖ， （ ｉ ）∈ （ ） （ ｉ ） ｖ Ｖ
一
种， 它是软件产品版权保护技术之一 ， 可以用来标志
作者、 发行商、 所有者 、 使用者等 ， 并携带Fra Baidu bibliotek权保护信息
和身份认证信息 ， 可以鉴别出非法 复制 和盗用的软件
产品。
代表的活跃期还没有结束 ， 么 Ａ和 Ｂ之 间存在冲 那
突。
软件水印分为动态软件水 印和静态软件水印。静 态水印存储在可执行应用程序 中， 印信息是通过插 水
∈Ｅ（ ，＜ ＜ｋ ｍ ｄｎ ； ｖ，ｊ ∈Ｅ（ ， Ｇ） ｉ ｊ （ ｏ ） Ｖ（ｉｖ） Ｇ） ｔ＜ｊ ＜ ｋ ｍｏ ） ｊ ＜ｋ （ ｏ ） （ ｄｎ 或 ＜ｔ ｍ ｄｎ 。例 如 ： 入 水 印 Ｗ ＝ 嵌 ００ 如 图 １ １２ 。
ｘ的冲突图图 Ｇ＝ （ Ｅ ， Ｇ Ｖ， ） Ｖ表示顶点集 ， 如果变量 Ｘ 和 ｘ，（≠ｊ在 Ｐ中同时处 于 活跃 状 态 ， （，） ｉ ｛ｉｉ ） 则 ｉｊ ∈Ｅ
１ 引言
寄存器是位于 ｃ ｕ内部的少量的高速存储器 ， Ｐ 因 此， 同时存放于寄存器的数据也是受限的。经典的寄 存器分配算法是 图染色算法。需要分析程序中的寄存 器中值的活跃期 ； 对于每一个值 的活跃期都对应与图 中的一个顶点。在图中 ， 两个顶 点之 间存在边表示这
两个顶点代表的活跃期是有 冲突的。也就是说， 这两 个顶点对应的值在某些时刻是同时存在 的。它们就相 互冲突 ， 不能 占有 同一个寄存器 。一个更加精确的定 义是 ： 如果顶点 Ａ代表 的活跃期被定义的时候， 顶点 Ｂ
陈 智 明 向广利
（ 汉理工 大 学 计 算机 科 学与技 术 学 院 ， 武 武汉 ４ ０６ ） ３０ ３
摘 要： 本文详细介 绍 了基于寄存 器分配的三种软件 水印算法 ， Ｐ Ｑ Ｓ Ｑ Ｉ Ｑ ， Ｐ ， Ｐ 。这三种 算法都 是通过 为冲 突图添加 边的
方式在程序 中嵌入水 印的 。根据 图染色的寄存 器分配理论 ， 我们提 出了一种新的软件 水印算 法一二 次染 色算法（ Ｔ ， Ｓ Ｃ） 此算法并不需要 添加任何额 外的边 ， 只是通 过为 图中的部分顶 点二次 着色方式来嵌入 水印 的。与 前面三种 算法 比较 ， Ｓ Ｃ算法更简洁， Ｔ 更有效。 关键词 ： 寄存器分配 ； 冲突图； 图染 色； 软件水 印
算法是非常著名的算法。其思想是 ： 首先把嵌入式 的
信息转换为 比特序列， 然后根据需要嵌入的比特序列 ，
对图中的每个顶点 ， 将其与由算法计算 出的特定顶点
添加 一 条边 ，以达 到编 码 目的。Ｑ Ｐ算 法 最初 开 发 出 来是在 图染色 方法 中嵌 人数字 签名 。这 种方 法 同样 也
决方法 ， 既能够嵌人足够长度的水印信息 ， 又能够准确
地 提取 出水印信息 。 ２ 寄 存器 分配 与图染 色 问题
Ｖ＝ ｛ ， ，， ． ｝ Ｅ＝｛ ｘ，ｉ Ｉｉ ｉ １２３ …． ｎ ； （ ｉ ） ｘ， 活跃期 ｘ ｘ 冲突｝Ｐ中的 ｘ的寄存 器分配 问题相 当于 图的染色 ；
２ １ 寄存器的分配 ．
为了把寄存器分配转化为图染色的模型 ， 编译器 首先构造一个冲突图 Ｇ（ｎｅｅ ｎｅＧａｈ ， Ｉｔｆ ｅｃ ｒ ）接下来 ， ｒｒ ｐ
就是用 Ｋ种颜色给这个 冲突图进行 图染色。如果 Ｋ 等于 目 标机器的物理寄存器的数 目， 并且这个 图可以
那么 ， 我们将每一种颜色对应一个 适用于基于寄存器分配的水印。但是 ，Ｐ算法有一个 被 Ｋ种颜色染 色， Ｑ 就得到了一个寄存器分配方案。 缺点就是某些情况下无法有效 的识 别嵌入的水印信 物理寄存器 ， ． 息。Ｃ ｌ ｅ ｏｂｒ ｌ ｇ等提出 了一种改进后 的 Ｑ Ｓ算法 ， Ｐ ２ ２ 图染色问题 Ｐ ＱＳ 对于程序 Ｐ和程序的变量集 Ｘ＝｛ ，：Ｘ…Ｘ ｝ Ｘ Ｘ， ， ， 能够准确地提取嵌入的水印。然而 ， ｐ 算法中， Ｑｓ 嵌入 程序 中的冲突图 Ｇ＝ （ ， ） Ｇ Ｖ Ｅ 定义如下 ： 的水印信息的长度是很短 的。本 文中， 提出了新 的解
随着信息技术应用和计算机 网络的普及 ， 软件产
业也得到了迅速的发展 ， 成为一种普遍 的数字商品。 同时， 软件盗版问题也 日益突出， 因此软件安全和软件 保护已成为计算机科学研究中的一项重要课题。软件 水 印（ｏ ｗｒ Ｗ ｔ ｍ ｒｉ ） Ｓｆ ａ ａ ｒ ａ ｎ 技术是数字水印技术 中 ｔ ｅ ｅ ｋｇ
中图分类号 ：Ｐ ９ Ｔ ３３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６４３４ ２ １ ） － ６ －５ １７ —４ Ｘ【０ ０ ２０ ６０ ０
作者简介： 陈智明（ ９９一） 男， １７ ， 硕士生 ， 究方向为信 息安全。 研 向广利（ ９３一） 男 ， １７ ， 河南信阳人 ， 副教授 ， 博士， 研究方向为网络安 全。
由于寄存器的数量是有 限的， 当程序所需的寄存
器数超过系统所能提供 的数量时 ， 系统就会抛 出部分 指令到内存 ， 因此 ， 在给程序中的变量分配寄存器时 ，
尽可能的分配最少的寄存器
序中的。作为寄存器分配的软件水印方法 ， Ｐ和 Ｑ Ｓ Ｑ Ｐ
２ １ ２月 ０ ０年 第２ ７卷第 ２期
湖北第二师范学院学报
Ｊ ｕ ａ ｆＨｕ ｅ Ｕｎｖ ｒｉ ｆＥ ｕ ａｉｎ ｏ ｒ ｌ ｂ ｉ ｉｅｓｔ ｏ ｄ ｃｔ ｎ ｏ ｙ ｏ
Ｆ ｂ２ １ ｅ．０ ０
Ｖ １２ Ｎ ． ｏ． ７ ｏ２
基于寄存器分配 的软件水印 算法
．
收 稿 日期 ：０ ０— １— ２ ２ １ ０ ０
６ ． ６
问题。令 Ｐ和 ｘ｛ ｘ，。 ｘ， ｘ……ｘ ｝ 分别表示程序 的中 间代码和程序中的变量集。然后 ， 我们定义在程序中
果嵌人的 比特位 Ｗ ＝ ， ； １那么就在 图中添加边 ｖ 。这 ｖ 里最近和第二近 的意思是 ： Ｖ，ｊ Ｅ Ｇ ， Ｖ， （ ｉ ）∈ （ ） （ ｉ ） ｖ Ｖ
一
种， 它是软件产品版权保护技术之一 ， 可以用来标志
作者、 发行商、 所有者 、 使用者等 ， 并携带Fra Baidu bibliotek权保护信息
和身份认证信息 ， 可以鉴别出非法 复制 和盗用的软件
产品。
代表的活跃期还没有结束 ， 么 Ａ和 Ｂ之 间存在冲 那
突。
软件水印分为动态软件水 印和静态软件水印。静 态水印存储在可执行应用程序 中， 印信息是通过插 水
∈Ｅ（ ，＜ ＜ｋ ｍ ｄｎ ； ｖ，ｊ ∈Ｅ（ ， Ｇ） ｉ ｊ （ ｏ ） Ｖ（ｉｖ） Ｇ） ｔ＜ｊ ＜ ｋ ｍｏ ） ｊ ＜ｋ （ ｏ ） （ ｄｎ 或 ＜ｔ ｍ ｄｎ 。例 如 ： 入 水 印 Ｗ ＝ 嵌 ００ 如 图 １ １２ 。
ｘ的冲突图图 Ｇ＝ （ Ｅ ， Ｇ Ｖ， ） Ｖ表示顶点集 ， 如果变量 Ｘ 和 ｘ，（≠ｊ在 Ｐ中同时处 于 活跃 状 态 ， （，） ｉ ｛ｉｉ ） 则 ｉｊ ∈Ｅ
１ 引言
寄存器是位于 ｃ ｕ内部的少量的高速存储器 ， Ｐ 因 此， 同时存放于寄存器的数据也是受限的。经典的寄 存器分配算法是 图染色算法。需要分析程序中的寄存 器中值的活跃期 ； 对于每一个值 的活跃期都对应与图 中的一个顶点。在图中 ， 两个顶 点之 间存在边表示这
两个顶点代表的活跃期是有 冲突的。也就是说， 这两 个顶点对应的值在某些时刻是同时存在 的。它们就相 互冲突 ， 不能 占有 同一个寄存器 。一个更加精确的定 义是 ： 如果顶点 Ａ代表 的活跃期被定义的时候， 顶点 Ｂ
陈 智 明 向广利
（ 汉理工 大 学 计 算机 科 学与技 术 学 院 ， 武 武汉 ４ ０６ ） ３０ ３
摘 要： 本文详细介 绍 了基于寄存 器分配的三种软件 水印算法 ， Ｐ Ｑ Ｓ Ｑ Ｉ Ｑ ， Ｐ ， Ｐ 。这三种 算法都 是通过 为冲 突图添加 边的
方式在程序 中嵌入水 印的 。根据 图染色的寄存 器分配理论 ， 我们提 出了一种新的软件 水印算 法一二 次染 色算法（ Ｔ ， Ｓ Ｃ） 此算法并不需要 添加任何额 外的边 ， 只是通 过为 图中的部分顶 点二次 着色方式来嵌入 水印 的。与 前面三种 算法 比较 ， Ｓ Ｃ算法更简洁， Ｔ 更有效。 关键词 ： 寄存器分配 ； 冲突图； 图染 色； 软件水 印
算法是非常著名的算法。其思想是 ： 首先把嵌入式 的
信息转换为 比特序列， 然后根据需要嵌入的比特序列 ，
对图中的每个顶点 ， 将其与由算法计算 出的特定顶点
添加 一 条边 ，以达 到编 码 目的。Ｑ Ｐ算 法 最初 开 发 出 来是在 图染色 方法 中嵌 人数字 签名 。这 种方 法 同样 也
决方法 ， 既能够嵌人足够长度的水印信息 ， 又能够准确
地 提取 出水印信息 。 ２ 寄 存器 分配 与图染 色 问题
Ｖ＝ ｛ ， ，， ． ｝ Ｅ＝｛ ｘ，ｉ Ｉｉ ｉ １２３ …． ｎ ； （ ｉ ） ｘ， 活跃期 ｘ ｘ 冲突｝Ｐ中的 ｘ的寄存 器分配 问题相 当于 图的染色 ；
２ １ 寄存器的分配 ．
为了把寄存器分配转化为图染色的模型 ， 编译器 首先构造一个冲突图 Ｇ（ｎｅｅ ｎｅＧａｈ ， Ｉｔｆ ｅｃ ｒ ）接下来 ， ｒｒ ｐ
就是用 Ｋ种颜色给这个 冲突图进行 图染色。如果 Ｋ 等于 目 标机器的物理寄存器的数 目， 并且这个 图可以
那么 ， 我们将每一种颜色对应一个 适用于基于寄存器分配的水印。但是 ，Ｐ算法有一个 被 Ｋ种颜色染 色， Ｑ 就得到了一个寄存器分配方案。 缺点就是某些情况下无法有效 的识 别嵌入的水印信 物理寄存器 ， ． 息。Ｃ ｌ ｅ ｏｂｒ ｌ ｇ等提出 了一种改进后 的 Ｑ Ｓ算法 ， Ｐ ２ ２ 图染色问题 Ｐ ＱＳ 对于程序 Ｐ和程序的变量集 Ｘ＝｛ ，：Ｘ…Ｘ ｝ Ｘ Ｘ， ， ， 能够准确地提取嵌入的水印。然而 ， ｐ 算法中， Ｑｓ 嵌入 程序 中的冲突图 Ｇ＝ （ ， ） Ｇ Ｖ Ｅ 定义如下 ： 的水印信息的长度是很短 的。本 文中， 提出了新 的解
随着信息技术应用和计算机 网络的普及 ， 软件产
业也得到了迅速的发展 ， 成为一种普遍 的数字商品。 同时， 软件盗版问题也 日益突出， 因此软件安全和软件 保护已成为计算机科学研究中的一项重要课题。软件 水 印（ｏ ｗｒ Ｗ ｔ ｍ ｒｉ ） Ｓｆ ａ ａ ｒ ａ ｎ 技术是数字水印技术 中 ｔ ｅ ｅ ｋｇ
中图分类号 ：Ｐ ９ Ｔ ３３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６４３４ ２ １ ） － ６ －５ １７ —４ Ｘ【０ ０ ２０ ６０ ０
作者简介： 陈智明（ ９９一） 男， １７ ， 硕士生 ， 究方向为信 息安全。 研 向广利（ ９３一） 男 ， １７ ， 河南信阳人 ， 副教授 ， 博士， 研究方向为网络安 全。