數字印章技術研究

六安市中醫(yī)院出入院管理科 王曉軍

數字印章技術研究

六安市中醫(yī)院出入院管理科 王曉軍

圖像信息隱藏技術很多，基于混沌序列的LSB技術可以使得圖像0、1低位隨機均勻分布，去除統計的不對稱性，并且載有秘密信息的圖像和原始圖像的直方圖異常得到較好的改善，可以更好地實現盲提取。

混沌序列；LSB；圖像；隱藏

1.數字印章的需求和背景

電子商務中，通過Internet進行貿易時，協議、合同、要約都是以電子公文的形式存在，而不是傳統意義上的“白紙黑字”了。如何才能確保接收到的電子公文式真實、準確、完整的呢？

同樣，在電子政務中，大量的公文、證件、批示、請示、管理、決策等機密信息以各種常用的電子文檔第形式存在。如何才能真正拋棄將電子文檔打印后紙上簽章的傳統思維，實現完全意義的無紙化電子政務呢？要想實現電子商務、電子政務乃至軍事信息化辦公平臺，必須實現安全、可靠、便捷的數字形式的簽名，并在法律上賦予同傳統印章相同的地位。目前，國內外普遍采用經典意義上的“數字簽名”技術來保證文檔內容的完整性和簽署者身份的證明。利用數字簽名技術可以保證電子文檔的完整性和不可抵賴性，但其缺點是一般用戶不易理解，可視文化程度有待提高。

如能將數字簽名以“數字水印”的方式隱藏在印章圖片當中，則可以使印章顯得更為直觀，更貼近實際。數字水印和數字簽名相結合產生的數字印章技術為安全便捷的電子公文認證的實現提供了新思路：文件發(fā)送方在Word、Excel、PDF等各類電子文檔上中加上數字印章；驗證方可通過驗證模塊，精確鑒別文件發(fā)送方的身份以及文件內容的真實性與完整性。

2.數字印章與傳統數字簽名的區(qū)別

數字印章與傳統的數字簽名相比，具有以下突出優(yōu)勢：

(1)數字簽名信息是明文傳輸的，而數字印章結合數字水印技術，將數字簽名信息隱藏在印章圖片中，增強了簽名的安全性。

(2)數字印章將數字簽名以印章圖片的形式直觀顯示，簽蓋印章的過程如同傳統意義上的蓋章，符合人們的使用習慣。

(3)數字印章中應用數字水印，解決了電子文檔和物理文檔的矛盾。簽蓋了數字印章的文檔所打印出來的物理文檔，重新掃描之后形成電子文檔，使用水印檢測工具，仍然能夠將印章圖片中的數字簽名信息提取出來，從而進行有效認證。

在數字印章產品逐漸走向成熟的同時，也有一些非常重要的問題值得重視：

(1)數字印章產品作為重要的信息安全產品，缺乏有效統一的規(guī)范管理。

(2)缺乏行業(yè)技術標準，這些產品沒有統一的技術標準和規(guī)范，缺乏統一的數據和應用接口標準。

(3)數字印章產品本身的安全性應該得到權威部門的統一認證。

3.數字印章的技術實現

數字印章系統通過一套標準化、規(guī)范化的軟硬結合系統，使用戶可以在電子文件上完成簽字蓋章。與傳統的簽字蓋章類似，需要解決否認、偽造、篡改及冒充等問題。具體的要求如下：

(1)發(fā)送者事后不能否認電子公文的數字印章。

(2)接收者能夠核實發(fā)送者發(fā)送的電子公文的數字印章。

(3)接收者不能偽造發(fā)送者的電子公文的數字印章。

(4)接收者不能對發(fā)送者的電子公文進行篡改。

(5)某一用戶不能冒充另一用戶作為發(fā)送者。

因此，數字印章并非是傳統千字蓋章的數字圖像化，而是一種融合了數字簽名、PKI、數字水印等多種信息安全技術的數字產品。數字印章的實現需要以下技術支撐：

(1)數字簽名技術

數字簽名是不對稱加密算法的典型應用，它就是附加在數據單元上的一些數據，或是對數據單元所作的密碼變換，這種數據或變換允許數據單元的接收者用以確認數據單元的來源和數據單元的完整性并保護數據，防止被人偽造。一個數字簽名，就是一段被發(fā)送者的私鑰加密的數據段，而接收者只有擁有發(fā)送者的公鑰才能解密這個數據段。完整的數字簽名過程包括簽名和驗證兩部分。在數字印章系統中，簽名者對電子報文的摘要采用私鑰加密后作為數字簽名，并采用數字水印嵌入算法融入印章圖像中。

(2)PKI技術

PKI是建立在公鑰密碼體制和先進的密鑰管理基礎之上的為網絡安全提供認證服務的基礎設施。它能夠為所有網絡應用透明地提供采用加密和數字簽名等密碼服務所必須的密鑰和證書管理。PKI由認證機關(CA)、證書庫、密鑰備份及恢復服務、證書作廢處理服務、客戶端證書處理系統等基本要素組成。在數字印章系統中，CA認證中心既是傳統印章系統中的仲裁機構，又是PKI證書的簽發(fā)機構，它是數字印章系統的核心機構。CA的數字簽名保證了數字印章的合法性和權威性。

(3)數字水印技術

采用數字水印技術可將簽名信息以水印的形式嵌入到印章圖像中，將簽名水印信息和電子公文自然融合。較之一般的數字簽名，有其固有優(yōu)勢：①安全可靠。數字簽名信息是明文傳輸的，而數字印章結合數字水印技術，將數字簽名信息隱藏在印章圖片中，增強了簽名的安全性。②直觀形象。數字印章將數字簽名以印章圖片的形式直觀顯示，簽蓋印章的過程如同傳統意義上的蓋章，更符合使用習慣。③訪問控制。與訪問控制結合，可有效控制電子公文的訪問、修改與打印權限，并在公共數據庫中存儲了數字印章加蓋記錄、修改記錄以及公文的打印記錄。

目前，數字印章多采用魯棒性水印作為底層水印嵌入版權和簽名信息，以保證版權信息提取的準確性。也可再將脆弱水印嵌入印章圖片，是印章的第二層水印，為印章圖像提供完整性認證保護。

簽章方用戶加蓋數字印章的過程如下：

(1)簽章方用戶根據摘要算法生成原始電子公文的摘要。

(2)簽章方用戶從證書中提取自己的私鑰，采用非對稱加密算法將摘要加密，對原始電子公文進行數字簽名。

(3)簽章方用戶提取自己的印章圖像，采用數字水印技術將(2)中的數字簽名作為水印信息嵌入到印章圖像中。

(4)簽章方用戶將印章圖像嵌入到原始電子公文中，得到簽章后的電子公文。

驗證方用戶的認證過程如下：

(1)驗證方用戶從簽章后的電子公文中提取印章。

(2)驗證方用戶采用數字水印提取算法從印章中提取簽名信息。

(3)驗證方用戶利用獲取簽章用戶的公鑰，解密簽名信息得到摘要。

(4)驗證方用戶根據摘要算法生成電子公文的摘要。

(5)驗證方用戶對比(3)和(4)中生成的摘要，如果二者匹配則電子公文合法；否則，電子公文不合法。

4.數字印章實現要點

與一般的數字水印相比，數字印章所采用的數字水印技術具有以下突出特點：

(1)安全性要求高

印章中的水印存儲的信息是公文的數字簽名、簽署時間、簽署者信息等重要內容。在數字印章公開暴露的情況下，要防止非法用戶篡改甚至移除簽章信息。

(2)魯棒性要求高

印章圖像要能經受非法打擊。部分場合甚至要求打印后重掃描的印章圖像仍然能夠對公文進行認證。

(3)正確率要求高

水印提取時，必須保證提取的信息達到0比特誤差。

在數字印章中，水印信息就是數字簽名信息、進行簽名認證所必要的信息、版權信息，通常包括以下主要內容：

(1)數字簽名信息

隱藏到水印當中的數字簽名字段內容，就是對文檔進行散列這之后再采用非對稱加密得到的數字簽名信息。目前，采用的主流算法是MD5算法得到128位摘要。

(2)簽名者身份標識

為了讓驗證用戶知道蓋章蓋章人的身份，需要在水印信息中包含身份標識字段。該字段預留64位。

(3)蓋章時間

印章簽蓋的時間是水印信息的重要組成部分。該部分信息是一個DateTime型，即64位。

3個字段總長度為256位，然后采用RSA加密算法生成印章的數字簽名，得到的信息位為256位。

5.小結

在常見的電子印章解決方案中，經常把私鑰和印章置于USB Key中。該USB Key帶有內部計算功能，并可將密鑰和印章存儲在安全存儲區(qū)中，保證密鑰永不出USB Key。摘要信息輸入給USB Key后，USB Key對摘要信息進行簽名計算后輸出簽名信息。這種方式的優(yōu)勢在于安全性高、成本低、攜帶方便。

[1]付兵.一種增加LSB信息隱藏量的方法[J].長江大學學報(自然版),2009,3(4):73-74.

[2]司銀女,康寶生.一種自適應的數字圖像信息隱藏算法[J].計算機應用與軟件,2011,25(9):49-50.

[3]陳燕梅.數字圖像加密與信息隱藏的研究[D].福建師范大學,2012.

[4]王炳錫,彭天強.信息隱藏技術[M].國防工業(yè)出版社,2011.

王曉軍（1965—），男，安徽六安人，電子信息工程師，主要研究方向：電子信息技術。