基于可插拔安全模块的可溯源隐形水印添加方法及系统与流程

本技术涉及显示终端信息安全和屏幕水印，具体涉及基于可插拔安全模块的可溯源隐形水印添加方法及系统。

背景技术：

1、随着移动拍摄设备的普及，通过拍照或者录像获取显示器所显示的敏感信息，已成为信息泄露的重要途径。软件式屏幕水印通常依赖主机操作系统及应用程序运行，容易受到程序关闭、系统重装或者输入源变化的影响。

2、中国发明专利申请cn113724124a公开了一种基于隐形水印的安全显示实现方法、系统板卡及设备，其在液晶显示器内集成嵌入式系统板卡，通过fpga及处理器生成包含标识和时间信息的隐形水印，将水印与输入视频的像素值进行合成，再把处理后的视频数据输出至显示scaler主板。该方案能够脱离主机操作系统和输入源实现跨介质水印。

3、上述方案中的嵌入式系统板卡与显示器固定组合，水印板卡需要接收、缓存并处理完整视频流，对视频接口带宽、存储容量和运算能力具有较高要求，增加了显示器的硬件成本及改造难度。当水印部件被拆除、替换或者伪造时，显示器难以可靠识别水印部件的合法性，存在显示画面脱离可信水印保护的风险。

技术实现思路

1、针对上述缺陷，本技术所要解决的技术问题在于提供基于可插拔安全模块的可溯源隐形水印添加方法及系统，以解决现有硬件水印方案对完整视频处理资源要求较高、水印模块合法性缺少可信验证以及水印部件被拆除后显示器仍可能继续输出画面的问题。

2、为此，本技术实施例的第一方面提供了一种基于可插拔安全模块的可溯源隐形水印添加方法，包括以下步骤：

3、显示器上电时，显示控制mcu根据设备类型标识发出关闭水印指令或者添加水印指令；所述设备类型标识的不同取值分别表征普通型显示器和安全型显示器；

4、响应于所述关闭水印指令，关闭水印osd图层，由图像处理与转换芯片处理输入数据并输出至显示面板；

5、响应于所述添加水印指令，检测可插拔安全模块的在位状态，在位时发送随机挑战，离位时控制显示面板黑屏；

6、安全元件se利用模块私钥签名所述随机挑战并返回签名结果和模块证书，显示控制mcu根据信任根公钥验证模块证书，根据模块公钥验证签名结果，认证通过后锁存模块合法状态并允许正常显示，认证失败时控制显示面板黑屏；

7、持续检测可插拔安全模块的在位状态，离位时清除模块合法状态并控制显示面板黑屏，可插拔安全模块重新插入时重新认证，认证通过后恢复正常显示；

8、锁存合法状态后，安全元件se对包含se唯一标识、企业编码和时间信息的水印源数据进行加密和签名，安全mcu将处理后的水印源数据编码并映射为可直接渲染的水印图形数据，并发送至图像处理与转换芯片；

9、图像处理与转换芯片将水印图形数据写入顶层独立osd图层，形成覆盖显示画面的隐形水印。

10、采用上述技术方案，能够在普通型显示器中维持常规视频显示，在安全型显示器中将合法安全模块的在位和认证状态与正常显示关联，并由安全元件se、安全mcu及图像处理与转换芯片分别完成密码处理、点阵生成和osd叠加，从而在降低完整视频处理负担的同时，避免安全型显示器在模块缺失或者认证失败时输出未受可信水印保护的画面。

11、在上述技术方案中，优选地，设备类型标识固化于显示控制mcu的一次性可编程存储区域或者设置有写保护的非易失性存储区域。该实现方式能够通过受保护的硬件存储状态稳定区分普通型显示器和安全型显示器，降低使用阶段改变设备安全类型和显示准入策略的可能性。

12、在上述技术方案中，优选地，模块证书中包含模块公钥，模块证书由制造商或者企业的信任根签发；显示控制mcu在显示器上电或者可插拔安全模块插入时生成随机挑战，根据信任根公钥验证模块证书，并根据模块公钥验证签名结果。该实现方式能够确认接入模块属于受信任模块体系，并通过针对本次认证生成的随机挑战提高认证报文的新鲜度，减少历史认证报文被重复利用的风险。

13、在上述技术方案中，优选地，显示控制mcu在身份认证通过后将模块合法状态保持至显示器掉电或者可插拔安全模块离位，并在可插拔安全模块重新插入时生成新的随机挑战，在认证通过后恢复显示面板的正常显示。该实现方式能够形成上电认证、运行期间在位检测、拔除黑屏以及重新插入认证相衔接的状态控制闭环。

14、在上述技术方案中，优选地，显示器设置有水印数据传输通道和视频数据处理通道；由所述安全元件se对所述水印源数据进行加密和签名，由所述安全mcu对处理后的水印源数据进行纠错编码和点阵映射，生成所述水印图形数据，并通过所述水印数据传输通道发送至所述图像处理与转换芯片；所述图像处理与转换芯片通过所述视频数据处理通道接收并处理输入数据，并将所述水印图形数据叠加于处理后的输入视频画面。该实现方式能够使可插拔安全模块集中处理水印源数据，使图像处理与转换芯片保留原有视频处理功能，减少对完整输入视频流的重复接收、缓存及转换。

15、在上述技术方案中，优选地，还包括：

16、获取拍摄所述显示画面形成的照片或者视频帧；

17、定位所述照片或者视频帧中的显示区域，并对所述显示区域进行透视校正；

18、从所述显示区域中提取水印图形，对所述水印图形进行纠错解码，获得加密的水印数据和签名信息，对所述加密的水印数据进行解密并进行签名验证，获得所述se唯一标识、企业编码和时间信息；

19、根据所述se唯一标识查询所述可插拔安全模块的配置记录，确定责任主体。

20、本技术实施例的第二方面提供了一种基于可插拔安全模块的显示器可溯源隐形水印添加系统，包括显示控制模块、可插拔安全模块和显示面板；

21、所述显示控制模块包括显示控制mcu和图像处理与转换芯片，所述显示控制mcu中固化有设备类型标识并保存有信任根公钥；所述可插拔安全模块包括安全mcu、安全元件se和模块在位接口，所述安全元件se保存模块私钥、模块证书和se唯一标识；

22、所述显示控制mcu根据所述设备类型标识发出关闭水印指令或者添加水印指令，所述设备类型标识的不同取值分别表征普通型显示器和安全型显示器；响应于所述关闭水印指令，控制水印osd图层处于关闭状态，所述图像处理与转换芯片将接收到的输入数据输出至显示面板；响应于所述添加水印指令，检测所述可插拔安全模块的在位状态，并在所述可插拔安全模块在位时发出随机挑战；

23、所述安全元件se利用模块私钥签名所述随机挑战并返回签名结果和模块证书；所述显示控制mcu根据信任根公钥验证模块证书，根据模块公钥验证签名结果，认证通过后锁存模块合法状态并允许正常显示；所述显示控制mcu持续检测模块在位状态，认证失败或者模块离位时清除所述合法状态并控制显示面板黑屏，所述可插拔安全模块重新插入时重新认证，认证通过后恢复正常显示；

24、所述安全元件se还用于对包含se唯一标识、企业编码和时间信息的水印源数据进行加密和签名；所述安全mcu用于在所述合法状态锁存后，将处理后的水印源数据编码并映射为可直接渲染的水印图形数据，发送至所述图像处理与转换芯片；所述图像处理与转换芯片用于将所述水印图形数据写入顶层独立osd图层，形成覆盖显示画面的隐形水印。

25、在上述系统中，优选地，可插拔安全模块还包括独立实时时钟、备用电源和防拆检测电路；所述安全元件se设有非易失性日志存储区域，所述企业编码与所述se唯一标识保存在所述安全元件se中，所述独立实时时钟由所述备用电源供电并生成所述时间信息。该结构能够由独立实时时钟提供与主机系统时间相分离的时间信息，并将防拆及运行异常事件持久化保存，为后续安全审计提供记录基础。

26、在上述系统中，优选地，安全mcu对经过加密和签名的水印源数据进行组包和bch纠错编码，将编码结果映射为水印图形数据，通过spi接口或者i²c接口按照预设刷新周期发送携带传输差错校验信息的水印图形数据，图像处理与转换芯片将所述水印图形数据以重复排列或者交错排列的方式覆盖显示区域，并通过像素级低幅度亮度差异、色度差异或者二者的组合形成隐形水印。该结构能够通过纠错冗余、空间冗余和刷新机制提高拍屏条件下的水印恢复能力，并适配显示器常用低引脚数量通信接口和osd渲染资源。

27、在上述系统中，优选地，安全mcu用于获取所述防拆检测电路检测到的防拆事件、所述可插拔安全模块的插拔事件和身份认证事件，并将所述事件按照时间顺序写入所述安全元件se的非易失性日志存储区域，以形成异常日志；非易失性日志存储区域采用存储空间写满后以新记录覆盖最早记录的循环存储方式；所述可插拔安全模块还包括与所述安全元件se连接的授权读取接口，所述授权读取接口用于在所述可插拔安全模块脱离显示器时，将所述异常日志提供给授权读取设备。该结构能够在有限存储空间内持续保留近期异常事件，并支持可插拔安全模块的脱机授权取证。