譯者 | 李睿

審校 | 重樓

概要

許多數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)了以blob或文件形式保存的位圖，其中包括照片、文檔掃描、醫(yī)學(xué)圖像等。當(dāng)這些位圖被各種數(shù)據(jù)庫客戶端和應(yīng)用程序檢索時(shí)，為了日后的識(shí)別和追蹤，有時(shí)需要在檢索時(shí)為它們添加唯一的水印。在某些情況下，人們甚至希望這些水印是不可見的。

這種動(dòng)態(tài)的位圖操作可以很容易地通過可編程的數(shù)據(jù)庫代理完成，無需對(duì)持久化存儲(chǔ)的位圖進(jìn)行任何修改。

這種方法有以下好處：

• 水印可以為每次檢索進(jìn)行定制，并可以包含有關(guān)日期、時(shí)間、用戶身份、IP地址等信息。
• 圖像處理由代理完成，這樣不會(huì)給數(shù)據(jù)庫帶來額外的負(fù)載。
• 不需要更改數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)庫客戶端。

最終結(jié)果

給定一個(gè)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的位圖，例如下圖：

可編程的數(shù)據(jù)庫代理可以在發(fā)送到客戶端的途中修改位圖，以包含任何所需信息的水印，例如下圖：

工作原理

這個(gè)架構(gòu)很簡(jiǎn)單：它并不依賴于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫客戶端與服務(wù)器之間的直接連接，而是采用了一種不同的方式：

客戶端連接到代理，代理連接到服務(wù)器：

然后，代理可以在檢索位圖時(shí)根據(jù)需要處理這些位圖。

例如，它只能為某些位圖添加水印，也可以根據(jù)具體情況使用不同樣式的水印。存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的位圖完全不受影響：它們?cè)谵D(zhuǎn)發(fā)給客戶端時(shí)被動(dòng)態(tài)修改。

優(yōu)點(diǎn)

• 客戶和數(shù)據(jù)庫對(duì)此一無所知——這對(duì)他們來說是完全透明的。
• 每當(dāng)圖像被檢索時(shí)，都可以為其添加獨(dú)特的水?。ɡ?，日期/時(shí)間、用戶名、客戶端的IP地址等）。
• 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上不會(huì)增加額外的負(fù)載。

缺點(diǎn)

• 由于添加了代理，系統(tǒng)變得更加復(fù)雜。
• 延遲會(huì)增加（通常是適度的），主要取決于圖像的大小，但應(yīng)該與替代方案進(jìn)行比較。

實(shí)例

使用代理，可以創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的過濾器，為某些位圖添加水印。

如果假設(shè)數(shù)據(jù)庫包含一個(gè)名為images的表，其中包含一個(gè)名為bitmap的列，類型為blob或varbinary(取決于數(shù)據(jù)庫)，可以在代理中使用以下參數(shù)創(chuàng)建一個(gè)結(jié)果集過濾器：

Query pattern: regex:select.*from.*images.*

以下一些JavaScript代碼(也使用底層Java引擎)：

JavaScript 
 // Get the value of the bitmap column as a byte stream
 let stream = context.packet.getJavaStream("bitmap");
 if (stream === null) {
 return;
 }

 // The text to use as watermark
 const now = new Date();
 const watermark = "Retrieved by " + context.connectionContext.userName + 
 " on " + now.getFullYear() + "/" + (now.getMonth()+1) + "/" + now.getDate();

 // Read the bitmap
 const ImageIO = Java.type("javax.imageio.ImageIO");
 let img = ImageIO.read(stream);

 // Create the Graphics to draw the text
 let g = img.createGraphics();
 const Color = Java.type("java.awt.Color");
 g.setColor(new Color(255, 255, 0, 150));
 const Font = Java.type("java.awt.Font");
 g.setFont(new Font("sans-serif", Font.BOLD, 16));

 // Draw the text at the bottom of the bitmap
 let textRect = textFont.getStringBounds(watermark, g.getFontRenderContext());
 g.drawString(watermark, (img.getWidth() / 2) - (textRect.getWidth() / 2),
 img.getHeight() - (textRect.getHeight() / 2));

 // Write the bitmap to the column value
 const ByteArrayOutputStream = Java.type("java.io.ByteArrayOutputStream");
 let outStream = new ByteArrayOutputStream();
 ImageIO.write(img, "png", outStream);
 context.packet.bitmap = outStream.toByteArray();

啟用這個(gè)過濾器之后，從這個(gè)表中檢索的位圖將包括一個(gè)水印，其中包含數(shù)據(jù)庫用戶的名稱和時(shí)間戳。

數(shù)據(jù)庫永遠(yuǎn)不會(huì)受到影響：存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的位圖完全不變，它們是在發(fā)送給客戶端時(shí)即時(shí)修改的。

顯然，可以選擇性地為位圖添加水印，可以根據(jù)任何相關(guān)因素更改水印的文本，還可以通過字體、顏色、定位、透明度等因素添加水印。有關(guān)詳細(xì)信息，參見這個(gè)示例。

秘密水印

在某些情況下，可能需要以肉眼不可見的方式標(biāo)記位圖。一種簡(jiǎn)單的方法是編輯圖像的元數(shù)據(jù)，但如果需要更微妙的東西，可以使用隱寫術(shù)在位圖中分發(fā)秘密消息，使其難以被檢測(cè)到。

可以修改以上的示例以使用Adumbra庫：

// Get the value of the bitmap column as a byte stream
let inStream = context.packet.getJavaStream("bitmap");
if (inStream === null) {
 return;
}
// The hidden message
const now = new Date();
const message = "Retrieved by " + context.connectionContext.userName + 
 " on " + now.getFullYear() + "/" + (now.getMonth()+1) + "/" + now.getDate();
const messageBytes = context.utils.getUTF8BytesForString(message);
const keyBytes = context.utils.getUTF8BytesForString("This is my secret key");
// Hide the message in the bitmap
const Encoder = Java.type("com.galliumdata.adumbra.Encoder");
const ByteArrayOutputStream = Java.type("java.io.ByteArrayOutputStream");
let outStream = new ByteArrayOutputStream();
let encoder = new Encoder(1);
encoder.encode(inStream, outStream, "png", messageBytes, keyBytes);
context.packet.bitmap = outStream.toByteArray();

有了這一點(diǎn)，提供給客戶端修改后的位圖將包含一個(gè)難以檢測(cè)的秘密水印，且在沒有密鑰的情況下幾乎無法提取。

水印技術(shù)還有哪些用途?

這種水印技術(shù)也可以應(yīng)用于位圖以外的文檔：

• 像PDF和MS Word這樣的文檔可以被賦予一些額外的元數(shù)據(jù)，或者它們可以被賦予一個(gè)可見或不可見的水印。可以參考PDF文檔的這個(gè)示例。
• 所有的文本文檔可以巧妙地使用水印技術(shù)進(jìn)行標(biāo)記，例如改變間距、拼寫、布局、字體和顏色、零寬度字符等。
• 所有能夠在不失去任何重要意義的情況下進(jìn)行微小更改的數(shù)字文檔，例如位圖、音頻文件和樣本集，都能夠以類似的方式進(jìn)行修改。
• 事實(shí)上，整個(gè)數(shù)據(jù)集可以通過巧妙地修改數(shù)據(jù)的一些非關(guān)鍵方面來添加水印，從而有可能在以后識(shí)別這些數(shù)據(jù)集并確切地知道它們的來源。這超出了本文的范圍，但是有許多方法可以使數(shù)據(jù)追溯到其起源。

結(jié)論

當(dāng)需要從數(shù)據(jù)庫中檢索位圖或文檔時(shí)，并且每次檢索都需要一個(gè)定制的水印，這里展示的技術(shù)是一種可靠的方法，它避免了給數(shù)據(jù)庫帶來任何額外的負(fù)擔(dān)，并且不需要對(duì)客戶端或服務(wù)器進(jìn)行任何更改。

原文標(biāo)題：Dynamic Watermarking of Bitmaps in Databases，作者：Max Tardiveau