基于OOXML的演示文稿溯源及編輯過程恢復方法研究

羅文華，王燕燕，劉曉麗

（中國刑事警察學院網絡犯罪偵查系，遼寧沈陽110035）

基于OOXML的演示文稿溯源及編輯過程恢復方法研究

羅文華，王燕燕，劉曉麗

（中國刑事警察學院網絡犯罪偵查系，遼寧沈陽110035）

目的電子文檔易復制、易修改的特性使得文檔編輯行為的分析成為電子數(shù)據取證的難點與焦點。傳統(tǒng)的數(shù)據恢復和數(shù)據搜索無法實現(xiàn)重要信息的提取，由此嘗試通過文件結構的分析挖掘曾經有過的編輯行為。方法結合Microsoft Office的OOXML文件格式，對PowerPoint2010文檔中與文檔來源及編輯過程相關的特征屬性進行挖掘，著重分析creationID、revision、幻燈片ID及多媒體ID隨編輯操作的變化規(guī)律。結果實現(xiàn)了Office PowerPoint 2010文檔的溯源分析與多媒體編輯過程重現(xiàn)，并通過自主研發(fā)的軟件使分析工作智能化、工具化。結論基于復合文件格式可以實現(xiàn)Office 2003文檔編輯過程恢復，基于OOXML格式不僅可以實現(xiàn)Office 2010文檔編輯過程恢復，還可以實現(xiàn)文檔溯源分析。

OOXML；演示文稿；編輯過程；還原來源

Abstract:ObjectiveElectronic documents are easy to copy and modify，so the analysis of document editing behavior becomes the difficulty and focus of electronic data forensics.Traditional data recovery and data search methods can’t achieve the extraction of important information，so this study attempts to analyze the editing behavior through the analysis of document structure.MethodCombined with the OOXML file format of Microsoft Office，attributes related to document sources and editing processes in PowerPoint 2010 documents were studied.The change rules of creation ID，revision，slide ID and multimedia ID with edit operation were analyzed emphatically.ResultThe traceability analysis of Office PowerPoint 2010 document and the process of multimedia editing were realized.The analysis was made intelligent and tool oriented with the independent research and developed software.ConclusionBased on the compound file format，the Office 2003 document editing process can be restored.Based on the OOXML format，not only can the Office 2010 document editing process be restored，but also the document traceability analysis can be realized.

Keywords:OOXML;slide presentation;editing process;source detection

微軟公司的Office系列軟件自發(fā)布以來被廣泛應用于文檔的編寫、演示、統(tǒng)計等領域，PowerPoint是其中一款演示文稿軟件。PowerPoint的普遍使用使得大量商業(yè)機密及創(chuàng)意產品資料以電子文檔的形式保存，然而由于電子文檔易復制、易修改的特性，與電子文檔相關的知識產權糾紛頻繁發(fā)生[1]。

在與電子文檔相關的知識產權糾紛中，文檔的來源性和編輯過程檢測是檢驗的重點。現(xiàn)有的方法多為通過WinHex等二進制讀取軟件從文件底層讀取文件信息，達到檢測來源及恢復編輯過程的目的。而Office系列軟件自2007版本之后采用了OOXML[2]（Open Office XML）格式存儲文件，OOXML是一種以XML為基礎并以ZIP格式壓縮的電子文件規(guī)范，其將文檔屬性、文檔內容、圖表、圖片、音視頻文件以及文檔之間的關系等打包在一起，大大提高了文檔的可恢復性。本文結合其獨特的XML格式，提出了PowerPoint2010基于OOXML的來源檢測及編輯過程恢復的方法。

1 技術原理

1.1 演示文稿文件結構分析

演示文稿文件采用ZIP格式壓縮，修改其后綴名為“ZIP”即可對其進行解壓縮。解壓縮后的PPTX文件夾由四部分組成，其中包括三個文件夾：_rels、docProps、ppt，以及一個xml文件：[Content_Types].xml。

_rels文件夾中只有一個.rels文件，它定義了部件之間的關聯(lián)關系，是解析整個包時要瀏覽的第一個文件。

docProps文件夾包含三個文件：docPropsapp. xml描述了軟件版本、文檔頁數(shù)、字符總數(shù)等；docPropscore.xml描述了作者、文檔創(chuàng)建時間、最后修改時間等；docProps humbnail.jpeg是演示文稿第一頁的縮略圖。

ppt文件夾是PowerPoint獨有的目錄，包含著其特有的文檔信息。其中，ppt\_rels指定文檔部件的集合如何組合為一個文檔；pptmedia包含文檔中嵌入的圖片、音頻、視頻等多媒體文件；ppt heme描述了文檔使用的主題風格；pptslides是最重要的文件夾，它包含了每頁幻燈片的具體內容及其關系文件。其中，每一頁幻燈片都以一個獨立的xml文件格式存儲，這些xml文件的命名規(guī)律為“slide+幻燈片序號.xml”，與之對應的，pptslides\_rels文件夾中存放著各頁幻燈片的關系文件，這些關系文件的命名規(guī)律為“slide幻燈片序號.xml.rels”；最后，ppt文件夾的presentation.xml文件負責將整個文件夾中的內容串聯(lián)在一起形成一個完整的文檔[3]。

Content_types.xml定義包中各部分的內容類型。

1.2 PPTX文件來源性分析

所謂文件的來源性分析，即通過對源文件與目標文件進行比較，判斷兩文件是否由同一文件復制而來。

之前提到，幻燈片的具體內容存儲在“slide+幻燈片序號.xml”文件中。分析PPTX文件是否同源，可從這些slide文件的內容入手。

由于xml文件以樹狀結構存儲數(shù)據[4]，以樹狀結構解讀slide文件可以得到其根節(jié)點為，根節(jié)點包含兩個一級子節(jié)點——和。其中，用戶可在節(jié)點中創(chuàng)建形狀樹，也就是編輯幻燈片的具體內容。是的子節(jié)點，如果幻燈片中插入了圖片、音頻、視頻等多媒體文件，里將存放這些多媒體文件的文件名及xml文檔賦予它們的ID號碼。中還包含著與同一級別的另一個子節(jié)點——，xml文檔的用戶可以在該節(jié)點中存放自定義的數(shù)據[3]。slide文件的樹形結構如圖1所示。

圖1 slide文件的樹形結構圖

由樹形結構圖可以看到，用戶自定義節(jié)點中存放了四級子節(jié)點，該節(jié)點擁有屬性val，該屬性的值可稱為幻燈片的creationID值。研究發(fā)現(xiàn)，同一演示文稿中的各幻燈片的creationID值均不相同，且分別建立的兩個演示文稿文件，其對應頁幻燈片的creationID值也不相同。為探究由同一文件復制而來的演示文稿creationID值的變化規(guī)律，課題組進行了大量實驗。由實驗結果總結的規(guī)律如表1所示：

表1 creationID值的變化規(guī)律

由表1可以看出，如果演示文稿A由演示文稿B通過復制操作生成，不論對演示文稿B做內容修改還是對幻燈片頁數(shù)進行增刪，只要演示文稿A中還存留有演示文稿B的任意張幻燈片，其留存的幻燈片就會保留演示文稿B中幻燈片的creationID值。圖2所示為“sample.pptx”、“sample-副本.pptx”和“sample2.pptx”中slide1.xml的內容。其中，“sample-副本.pptx”由“sample.pptx”復制而來，并對內容做了適當修改，“sample2.pptx”為另外創(chuàng)建的文件。可以看到前兩個文件擁有相同的creationID值（2338748835），而另外創(chuàng)建的文件slide1.xml中的creationID值則完全不同（2411686777）。creationID值通常由8位以上數(shù)字組成，兩個creationID值完全相同的概率極低。因此，可以判定，演示文稿A如果含有與演示文稿B相同的creationID值，即可說明A與B同源。

1.3 PPTX文件編輯順序分析

所謂文件編輯順序分析，即以單個演示文稿為分析對象，對演示文稿內幻燈片及其多媒體內容的增加、刪除等編輯過程進行還原。

圖2 三個演示文稿中幻燈片的creationID值

表2 revision節(jié)點、創(chuàng)建時間及修改時間的變化規(guī)律

1.3.1 演示文稿的編輯時間鏈

之前提到，位于docProps文件夾下的core.xml描述了文檔作者、創(chuàng)建時間以及最后修改時間等。研究發(fā)現(xiàn)，core.xml中記錄的除了創(chuàng)建時間和修改時間之外，還有一個節(jié)點。經過實驗，得到revision節(jié)點、創(chuàng)建時間及修改時間的變化規(guī)律如表2所示。

由表2可以看出，revision節(jié)點記錄了演示文稿的版本號，即自創(chuàng)建以來修改過的次數(shù)。一個新建的pptx文檔，其版本號為1。對其進行修改得到的pptx文檔，其版本號將隨著修改次數(shù)遞增。圖3所示的是演示文稿sample.pptx的原文件及其修改一次后的core.xml內容。因此，從revision的數(shù)值可以判斷出文檔的編輯次數(shù)。顯然，revision較小的演示文稿的編輯順序先于revision較大的演示文稿，結合修改時間即可得到文件編輯的時間鏈。

1.3.2 幻燈片及其多媒體內容的添加次序

之前提到，pptpresentation.xml文件負責將整個演示文稿串聯(lián)在一起。該xml文件的根節(jié)點是，其下的一級子節(jié)點中存儲著若干二級子節(jié)點，即演示文稿中的幻燈片列表，節(jié)點中存儲幻燈片的標識號（id）和索引號（r:id）。通過該索引號可在ppt\_relspresentation.xml.rels文件中查詢到pptslides文件夾下對應的幻燈片的名稱[5]。

如果幻燈片中插入了多媒體文件，這些多媒體文件的信息將儲存在“pptslidesslide幻燈片序號. xml”的節(jié)點。如圖1所示，節(jié)點包含三個子節(jié)點——、、，其中，中存儲了xml文件賦予該多媒體文件的名字（name）和標識號（id），則存儲了索引號（r:embed），通過索引號可以在pptslides\_rels關系文件中查詢多媒體文件的存儲路徑。

可以看出，無論是幻燈片本身還是幻燈片中添加的多媒體文件，都擁有各自的標識號（id），經過實驗，本文總結出幻燈片ID與多媒體ID的變化規(guī)律，如表3所示。

圖3 sample.pptx及其修改一次后的core.xml

表3 幻燈片ID與多媒體ID的變化規(guī)律

由表3可以看出，隨著幻燈片的增加，幻燈片的ID隨之遞增。首張幻燈片的ID值默認為“256”，第二張幻燈片則為“257”，以此類推。而當刪除其中某個幻燈片時，其他幻燈片的ID值并不會發(fā)生改變。同樣的，隨著幻燈片中插入多媒體文件數(shù)量的增加，多媒體文件的ID值也呈遞增，幻燈片中加入的首個多媒體文件的ID值默認為“4”，第二個多媒體文件為“5”，以此類推，當刪除其中某個多媒體文件時，其他多媒體文件的ID值也不會發(fā)生改變。因此，完全可以由幻燈片ID和多媒體文件ID分析出幻燈片及其多媒體文件的插入順序及刪除情況。如圖4所示，在sample.pptx中先后添加三張幻燈片，其幻燈片ID分別為“256”、“257”、“258”，刪除第二張幻燈片，可以發(fā)現(xiàn)幻燈片ID出現(xiàn)斷層。如圖5所示，在sample. pptx的第一張幻燈片中先后插入三張圖片，其多媒體文件ID分別為“4”、“5”、“6”，刪除第二張圖片，可以發(fā)現(xiàn)多媒體文件ID出現(xiàn)斷層。

圖4 sample.pptx的幻燈片ID列表

圖5 sample.pptx及其修改后的多媒體文件ID列表

圖6 來源分析模塊設計流程圖

圖8 來源性分析結果

圖7 多媒體文件分析模塊設計流程圖

圖9 多媒體文件列表及添加次序

2 系統(tǒng)功能

基于第二節(jié)所述原理，課題組使用VB.NET語言實現(xiàn)了Office PowerPoint 2010溯源及多媒體編輯順序分析工具。系統(tǒng)分為來源分析模塊和多媒體文件分析模塊。兩個模塊的設計流程如圖6～7所示。

為了測試系統(tǒng)的功能，課題組首先創(chuàng)建了一個單頁的演示文稿文件“圖片實驗.pptx”，并在第一頁插入了三張圖片。復制“圖片實驗.pptx”得到“圖片實驗-副本.pptx”，打開副本并刪除三張圖片中的第二張。圖8顯示的是系統(tǒng)對兩個演示文稿的來源性分析結果。從結果可以清晰地看出兩個演示文稿來源相同，且文件2（圖片實驗.pptx）的創(chuàng)建早于文件1（圖片實驗-副本.pptx）。打開圖片實驗.pptx，對幻燈片1進行分析，幻燈片1中的多媒體文件添加次序如圖7所示。可以看出幻燈片1中的多媒體文件序號從“4”開始，順序遞增至“6”。打開圖片實驗-副本. pptx，對幻燈片1進行分析。幻燈片1中的多媒體文件添加次序如圖9所示。可以看出幻燈片1中的多媒體文件序號從“4”開始，但缺少了序號為“5”的節(jié)點。結合來源性分析可以判斷，文件1為文件2復制所得，并在文件2的基礎上刪除了“圖片4”。

[1] 羅文華，孫道寧.Office Word文檔溯源方法研究[J].警察技術，2015，（4）：45-47.

[2] ISO/IEC 29500：2006 Information Technology-Document Description and Processing Languages-Office Open XML File Formats-Part1-4[S].2008.

[3] 滑淑然.演示文稿文檔格式標準結構分析[J].北京信息科技大學學報（自然科學版），2010，（S2）：37-42.

[4] 郭林.面向XML文檔的數(shù)據挖掘技術研究[D].遼寧：大連理工大學，2005.

[5] Rice Frank.Introducing the office（2007）open xml file formats[EB/OL].（2012-11-07）[2016-07-02].http://msdn2. microsoft.com/en-us/library/aa338205.aspx.

（本文編輯：盧啟萌）

Research on the Methods for Tracing the OOXML Files and Recovering the Editing Process

LUO Wen-hua，WANG Yan-yan，LIU Xiao-li
（Department of Cyber Crime Investigation，Criminal Investigation Police University of China，Shenyang 110035，China）

D918.9

A

10.3969/j.issn.1671-2072.2017.05.009

1671-2072-（2017）05-0052-06

2016-09-02

公安部技術研究計劃項目（2015JSYJC04）；遼寧省教育廳科研項目

羅文華（1977—），男，教授，主要從事網絡犯罪偵查與電子數(shù)據取證工作。E-mail:luowenhua770404@126.com。