工業(yè)大數(shù)據(jù)+時序數(shù)據(jù)水印

【項目介紹】

1. 痛點問題

工業(yè)時序數(shù)據(jù)具有應(yīng)用領(lǐng)域廣、數(shù)據(jù)規(guī)模大、經(jīng)濟價值高的特點，蘊含的巨大商業(yè)價值，因而其安全性受到不法分子采用黑客攻擊等技術(shù)手段以及雇傭商業(yè)間諜等非技術(shù)手段的威脅。數(shù)據(jù)所有者通常會采用前效方法對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)加以保護，但是這些方法只能有效防止外部人員進行非法盜竊，對于內(nèi)部人員盜竊等途徑并不能有效遏制。數(shù)字水印是解決數(shù)據(jù)在傳播過程中安全問題的一個主流分支，通常的數(shù)字水印采用分組多數(shù)投票方法來提升算法的魯棒性，但時序數(shù)據(jù)通常有較多的噪聲，高價值數(shù)據(jù)點相對集中，因而一個未經(jīng)加權(quán)的投票算法可能會因為大范圍的噪聲干擾而導(dǎo)致水印判定失效。此外，常見時序數(shù)字水印算法基于時間戳進行水印嵌入計算，容易受到更改時間戳或頻率變換的攻擊，一旦時間戳序列大幅度改變，水印提取算法將受到很大影響，很可能導(dǎo)致水印提取完全失效。

2. 解決方案

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)是工業(yè)大數(shù)據(jù)規(guī)模迅速擴張的主要來源。各類物聯(lián)網(wǎng)傳感器以極高的頻率采集其所在設(shè)備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，通常為一系列包含數(shù)據(jù)產(chǎn)生時間戳（Timestamp）和采集數(shù)據(jù)（Data）形式為(Timestamp, Data) 的元組序列，稱為時間序列。工業(yè)時序數(shù)據(jù)具有應(yīng)用領(lǐng)域廣、數(shù)據(jù)規(guī)模大、經(jīng)濟價值高的特點，蘊含的巨大商業(yè)價值，因而其安全性受到不法分子采用黑客攻擊等技術(shù)手段以及雇傭商業(yè)間諜等非技術(shù)手段的威脅。

數(shù)據(jù)所有者通常會采用前效方法對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)加以保護，包括但不限于：數(shù)據(jù)加密、用戶權(quán)限劃分等等。但是，這些方法只能有效防止外部人員進行非法盜竊，對于內(nèi)部人員盜竊等途徑并不能有效遏制。數(shù)字水印是解決數(shù)據(jù)在傳播過程中安全問題的一個主流分支，常見時序數(shù)字水印算法基于時間戳進行水印嵌入計算，容易受到更改時間戳或頻率變換的攻擊，一旦時間戳序列大幅度改變，水印提取算法將受到很大影響，很可能導(dǎo)致水印提取完全失效。此外，數(shù)字水印通常采用分組多數(shù)投票方法來提升算法的魯棒性，但時序數(shù)據(jù)通常有較多的噪聲，高價值數(shù)據(jù)點相對集中，因而一個未經(jīng)加權(quán)的投票算法可能會因為大范圍的噪聲干擾而導(dǎo)致水印判定失效。

本項目針對常見的水印失效場景進行了分析，提出了能夠有效提示水印魯棒性的技術(shù)，更好的確保數(shù)據(jù)安全的管理能力。

3. 競爭優(yōu)勢分析

本項目提出一種具有時間戳對齊功能的時序數(shù)據(jù)水印方法，該方法可以識別時序數(shù)據(jù)的核心特征，通過自動監(jiān)測時間序列數(shù)據(jù)的關(guān)鍵點，自動對齊時間戳，保證時序數(shù)據(jù)中插入的水印信息，不會因為頻率變換、插入、刪除等攻擊而失效，也使得對時間戳本身的修改無效，有效防止了時序插入和時序刪除攻擊對水印提取的影響。

圖1：一種具有時間戳對齊功能的時序數(shù)據(jù)水印算法示意圖

本項目提出的另一種基于數(shù)據(jù)特征權(quán)重分析的時序數(shù)據(jù)水印比較方法，采用數(shù)據(jù)特征分析，通過分析與比較時間序列數(shù)據(jù)的相對價值密度，賦予高價值密度數(shù)據(jù)點更高的數(shù)字水印權(quán)重，通過加權(quán)投票分析，保證高價值密度區(qū)域的數(shù)據(jù)安全，確保在高價值區(qū)間的水印重合更容易被監(jiān)測，大幅度提升數(shù)字水印方法的可檢測性和安全性。

圖2：一種基于數(shù)據(jù)特征權(quán)重分析的時序數(shù)據(jù)水印比較算法示意圖

兩者都是面向工業(yè)時序數(shù)據(jù)水印這一關(guān)注較少的領(lǐng)域，現(xiàn)有視頻、音頻數(shù)據(jù)水印方法可一定程度上運用至?xí)r序水印領(lǐng)域，但由于缺乏針對工業(yè)時序數(shù)據(jù)的定制優(yōu)化，效果并不理想。本技術(shù)具有一定的先進性，目前屬于理論研究和內(nèi)部測試階段，理論和方法基本成熟，尚未針對工程應(yīng)用進行完善。

4. 市場應(yīng)用前景

現(xiàn)有數(shù)字水印技術(shù)通常針對關(guān)系型、文檔型、視頻、圖像、音頻的數(shù)據(jù)，時序數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域的水印工作仍處于起步和探索階段。本技術(shù)直接面向工業(yè)時序數(shù)據(jù)管理這一快速發(fā)展的領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。

5. 知識產(chǎn)權(quán)情況

已獲得兩項專利授權(quán)。

在全國范圍內(nèi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)大數(shù)據(jù)相關(guān)領(lǐng)域?qū)で髴?yīng)用場景，希望能與能源/裝備制造行業(yè)的大中型企業(yè)開展這方面的合作研究和落地實施；并針對上述企業(yè)開展包括二次開發(fā)在內(nèi)的各類實際應(yīng)用，助力企業(yè)降本增效、轉(zhuǎn)型升級。