基于分散隐藏策略的高容量fpga芯核水印算法分析-analysis of high capacity fpga core watermarking algorithm based on decentralized hiding strategy.docx

摘要数字水印技术在图像、视频和文本等多媒体载体上的应用已经成熟，但在嵌入式系统、集成电路设计等领域的知识产权保护仍处于探索阶段。考虑到设计和开发一个新的FPGA芯核电路需要耗费大量的时间和精力，在芯核复用过程中，芯核的所有者总是不希望设计被非法盗用。因此，FPGA芯核水印技术作为一种有效的版权保护手段已成为业界的研究热点。在现有的FPGA芯核水印技术中，芯核所有者在FPGA芯核电路模块中添加特定的版权信息来实现FPGA芯核版权保护的目的，而这些方法通常是通过某些附加约束条件来将版权归属信息集中的隐藏到芯核电路的各个独特的子空间设计模块中，最终由独特子空间中隐藏信息来验证芯核设计者的版权归属问题。为了提高芯核水印的嵌入容量和水印的安全性，本文通过分析现有基于FPGA的芯核水印算法，提出一种基于分散隐藏策略的高容量FPGA芯核水印算法。本算法首先采用一种水印预处理压缩机制，该机制主要是利用压缩函数将加密后的版权信息构造成特定的线性组合表达式，然后，我们生成的线性组合表达式转换成水印嵌入时的位置信息与待嵌内容信息，其次，通过附加约束的方法将分散隐藏的信息嵌入到FPGA的电路设计结构中，最后，通过对本文的算法实验测试和性能分析，本文的方法不仅能以更小的实际嵌入量来标识更多的水印信息，而且大大降低了水印嵌入所带来的性能影响。通过与现有的FPGA水印算法的实验比较，结果表明本文提出的算法相对于其他的方法而言，能以较小的实际水印嵌入量标识更多的版权信息，具有水印容量大、资源开销小以及安全性能较高等优点。本文的研究将为FPGA芯核水印提供新方法和关键技术，其研究成果将为集成电路生产厂商、芯核安全管理与组织机构等进行芯核版权鉴别提供重要技术基础，同时该技术的研究也将为集成电路产业的健康发展与国民经济的快速发展提供重要的保障。关键词：数字水印；分散隐藏策略；FPGA；压缩机制；芯核水印ABSTRACTDigitalwatermarkingtechniqueshavematureapplicationsinprotectingmultimediadata,suchasimage,videoandtext,etc.However,theapplicationsofdigitalwatermarkingtechniquesinfieldsofembeddedsystemandintegratedcircuitdesignisnewlystarted.ConsideringthatdesignanddevelopmentofanewFPGA(FieldProgrammableGateArray)basedIP(IntellectualProperty)corerequiresmuchtimeandmanpowerandIPownersexpectnounauthorizedmisappropriateinreuseoftheirIPcores.Consequently,FPGAbasedIPwatermarkingmethodasaneffectivemeanhasbecomearesearchhotspot.TheexistingFPGAbasedIPwatermarkingtechniquesprotectownershiporpreventfrommisappropriatebyaddingspecificownershipinformationintoIPcore.ThesetechniquescentrallyhideownershipinformationintouniquesubspaceofIPcircuitwithadditionalconstraints.Theinformationinuniquesubspaceprovidesownershipverification.Inordertoincreasewatermarkamountandsecurity,thisworkanalyzesexistingFPGAbasedIPwatermarkingtechniquesandpresentsahigh-capacitywatermarkingalgorithmwithscatteredhidingstrategy.Thealgorithmadoptswatermarkpreprocessmechanismfordatacompression.Themechanismusecompressionfunctionforconstructingspecificlinearcombinationexpressionswiththeencryptedinformation.Theexpressionsarethentransformedint