（通信与信息系统专业论文）数字权益管理关键技术及其应用研究.pdf

武汉理工大学博士学位论文 摘要 随着信息与通信技术的飞速发展，数字媒体内容的分发、复制与编辑变得 越来越普遍，数字权益管理( d i g i t a lr i g h tm a n a g e m e n t ，简称d r m ) 方面的问 题已经引起了各国政府、法律、媒体和工业等各方的共同关注。如何为复杂网 络环境下多媒体数据提供高可信d r m 平台是关系到数字内容产业链中各个环 节的利益，是促进数字内容消费体系有序管理，并将逐渐成为数字媒体产业的 关键性技术基础设施。基于此，本文深入研究了d r m 中的身份认证、权限管理 和数字水印这三个关键技术，针对各自的安全问题提出了相应的解决方案，并 基于云计算平台，将这三个关键技术用于d r m 系统中，设计了一个安全高效， 具有细粒度使用控制和可靠版权跟踪与检测的新型d r m 系统架构。本文主要研 究内容工作如下： ( 1 ) 针对d r m 系统中的身份认证问题，研究提出一种基于指纹f u z z y v a u l t 的强双因子身份认证方案，该方案解决了存在于现有技术和方案中的智能卡安 全瓶颈，有效地对个人证书进行管理；通过引进秘密共享的思想，使得当且仅 当智能卡和服务器中的信息都可得的时候，才可以成功恢复出智能卡的p i n 码， 从而释放其中安全存储的数字证书及对应私钥，解决了现行技术和方法中存在 的安全风险，达到高度安全的身份认证目的。 ( 2 ) 针对d r m 系统中的访问控制技术需要解决的安全、细粒度的使用和 分发问题，对使用控制( u s a g ec o n t r o l ，简称u c o n ) 模型进行扩展，研究提 出一种基于信任度和u c o n d 模型的动态安全许可模型。此动态安全许可模型综 合了信任管理和u c o n 模型的优势，加入了分发的概念，在进行安全身份认证 之后，基于消费者信任度对其实际拥有的对数字内容的使用权限进行控制，消 费者进行数字内容分发时，基于分发者和接收者两者的信任度对接收者实际可 以获取的对数字内容的使用权限进行控制，从而有机结合了认证和访问控制， 实现了安全的身份认证和细粒度的使用和分发控制。 ( 3 ) 针对d r m 系统中的数字水印问题，对正交b e s s e l f o u r i e r 矩的理论进 行研究，利用b e s s e l f o u r i e r 矩的幅度具有旋转不变的性质，结合图像归一化和 奇偶量化设计了两套基于b e s s e l f o u r i e r 矩的抗几何攻击图像水印方案：一是基 武汉理工大学博士学位论文 于归一化和b e s s e l f o u r i e r 矩的鲁棒水印算法；二是基于b e s s e l f o u r i e r 矩和奇偶 量化的自适应抗几何攻击水印算法。提出的算法能够抵抗任意角度的旋转，缩 放等几何攻击，同时对j p e g 压缩、噪声等常规攻击也具有较好的鲁棒性。 ( 4 ) 针对d r m 的系统架构问题，并考虑到传统计算模型普遍存在的问题， 以及消费者对d r m 系统的新需求，结合云计算这种灵活高可靠的平台，研究提 出一种基于云计算和动态安全许可的d r m 系统架构。基于云计算强大的计算和 存储能力，使得d r m 系统在安全和性能方面都得到极大的提高，给d r m 系统 各参与方带来重大的变革；基于动态安全许可中心灵活的使用控制能力，能细 粒度且动态地控制消费者的使用和分发，同时对数字内容进行可靠版权跟踪与 检测，达到动态安全的数字权益管理。 关键词：数字权益管理；身份认证；动态安全许可；数字水印 武汉理工大学博士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei n f o r m a t i o na n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , t h ed i s t r i b u t i o n ，c o p y i n ga n de d i t i n go fd i g i t a lm e d i ac o n t e n t sh a sb e e nb e c o m i n g p o p u l a r t h ei s s u e so fd r m ( d i g i t a lr i g h tm a n a g e m e n t ) h a v ec a u s e dc o m m o n i n t e r e s t so fg o v e r n m e n t ，l a w , m e d i a , i n d u s t r i e s ，e t c h o wt op r o v i d ed r m p l a t f o r m 谢t l ll l i g hc o n f i d e n c ef o rm u l t i m e d i ad a t au n d e rc o m p l e xn e t w o r ke n v i r o n m e n t ? i ti s r e l a t e dt ot h ei n t e r e s t so fa l ll i n k si nd i g i t a lc o n t e n ti n d u s t r y , w h i c hw i l lp r o m o t et h e o r d e r l ym a n a g e m e n to fd i g i t a lc o n t e n tc o n s u m p t i o ns y s t e m ，a n db e c o m eo n eo ft h e k e yt e c h n o l o g yi n f r a s t r u c t u r e so ft h ed i g i t a lm e d i ai n d u s t r y b a s e do nt h a t ，t h i st h e s i s l u c u b r a t e di d e n t i t ya u t h e n t i c a t i o n ，r i g h tm a n a g e m e n t ，a n dd i 西t a lw a t e r m a r k i n go f d r m 。w e p r o p o s e dt h ec o r r e s p o n d i n gs o l u t i o n sa b o u te a c hs e c u r i t yi s s u e w i t hc l o u d c o m p u t i n gp l a t f o r m ，t h i st h e s i sd e s i g n e das a f ea n de f f i c i e n tn o v e ld r m a r c h i t e c t u r e w i t hf i n e - g r a i n e du s a g ec o n t r o la n dr e l i a b l er i g h tt r a c k i n ga n dd e t e c t i o n , t h r o u g h i m p o r t i n gt h et h r e ek e yt e c h n o l o g i e si nd r ms y s t e m 1 1 l em a i nc o n t e n t so f t h i st h e s i s a r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t 1 1 i st h e s i sp r o p o s e das c h e m eo fs t r o n gt w o f a c t o ri d e n t i t ya u t h e n t i c a t i o n b a s e do nf u z z yf i n g e r p r i n tv a u l tt or e s o l v et h ei d e n t i t ya u t h e n t i c a t i o ni s s u ei nd r m s y s t e m t h i ss c h e m ec a nr e s o l v et h es e c u r i t yb o t t l e n e c k sa n di s s u e sa b o u ts m a r t c a r d e x i t e di nc u r r e n tt e c h n o l o g ya n dp r o g r a m ，a n de f f e c t i v e l ym a n a g et h ep e r s o n a l c e r t i f i c a t e t h r o u g hi m p o r t i n g s e c r e t s h a r i n g ，t h e p i no fs m a r t c a r dc a nb e s u c c e s s f u l l yr e c o v e r e d ，a n dt h ed i g i t a lc e r t i f i c a t ea n di t sc o r r e s p o n d i n gp r i v a t ek e y s e c u r e l ys t o r e dc a nb er e l e a s e di fa n do n l yi ft h ei n f o r m a t i o no fs m a r t c a r da n d f i n g e r p r i n ts e r v e ri s o b t a i n e d t i l i ss c h e m er e s o l v e dt h es e c u r i t yr i s k so fe x i t i n g t e c h n o l o g i e sa n dm e t h o d s ，a n da c h i e v e dh i g h l ys e c u r ei d e n t i t ya u t h e n t i c a t i o n ( 2 ) i no r d e rt or e s o l v et h es e c u r ea n df i n e - g r a i n e du s a g ea n dd i s t r i b u t i o ni s s u e i nt h ea c c e s sc o n t r o lt e c h n o l o g i e so fd r ms y s t e m ，w ee x t e n d e dt h eu s a g ec o n t r o l ( u c o n ) m o d e la n dp r o p o s e dad y n a m i cs e c u r er i g h tm o d e lb a s e do nt r u s td e g r e ea n d u c o n d t h i sd y n a m i cs e c u r er i g h tm o d e lt a k e st h ea d v a n t a g eo ft r u s tm a n a g e m e n t m 武汉理工大学博士学位论文 a n du c o nm o d e l ，a n da d d st h ec o n c e p to fd i s t r i b u t i o n a f t e rc o n d u c t i n gs e c u r i t y a u t h e n t i c a t i o n ，t h em o d e lc a nc o n t r o lt h ea c t u a lu s a g er i g h to nd i g i t a lc o n t e n tb a s e d o nt h et r u s td e g r e eo fc o n s u m e r s 、h e nc o n s u m e r sd i s t r i b u t ed i g i t a lc o n t e n t s t h e m o d e lc a l la l s oc o n t r o lt h ea c t u a lu s a g er i g h to b t a i n e db yr e c e i v e r so nd i g i t a lc o n t e n t b a s e do nt h et i u s td e g r e eo ft h ed i s t r i b u t o ra n dr e c e i v e r i tr e a l i z e ds e c u r ei d e n t i t y a u t h e n t i c a t i o na n df i n e g r a i n e du s a g ec o n t r o lt h r o u g hc o m b i n i n ga u t h e n t i c a t i o na n d a c c e s sc o n t r 0 1 ( 3 ) i no r d e rt or e s o l v et h ed i g i t a lw a t e r m a r k i n gi s s u ei nd r ms y s t e m ，w e s t u d i e dt h et h e o r yo ft h eo r t h o g o n a lb e s s e l - f o u r i e rm o m e n t s w ep r o p o s e dt w os e t s o fi m a g ew a t e r m a r k i n gs c h e m ea g a i n s tg e o m e t r i ca t t a c k sb a s e do nb e s s e l f o u r i e r m o m e n t s ：t h ef i r s to n ei st h er o b u s tw a t e r m a r k i n ga l g o r i t h mb a s e do nn o r m a l i z a t i o n a n db e s s e l f o u r i e rm o m e n t s ，a n dt h es e c o n do n ei sa d a p t i v ew a t e r m a r k i n ga l g o r i t h m a g a i n s tg e o m e t r i c a t t a c k sb a s e do nb e s s e l - f o u r i e rm o m e n t sa n do d d - e v e n q u a n t i z a t i o n t h e s ea l g o r i t h m sc a nr e s i s tg e o m e t r i ca t t a c k ss u c ha sr o t a t i o no fa n y a n g l ea n ds c a l i n g ，a n di ti sa l s or o b u s ta g a i n s tj p e gc o m p r e s s i o n ，n o i s ea n do t h e r c o n v e n t i o n a la t t a c k s ( 4 ) i no r d e rt or e s o l v et h ei s s u eo fd r ma r c h i t e c t u r e ，w ec o m b i n et h ef l e x i b l e a n dh i 曲l yr e l i a b l ep l a t f o r mo fc l o u dc o m p u t i n ga n dp r o p o s ead r ma r c h i t e c t u r e b a s e do nc l o u dc o m p u t i n ga n dd y n a m i cs e c u r er i g h tm o d e l ，t a k i n gi n t oa c c o u n tt h e c o m m o np r o b l e mo ft r a d i t i o n a lc o m p u t i n gm o d e la n dt h en e wd e m a n do fc o n s u m e r o nd r m s y s t e m n ep o w e r f u lc o m p u t i n ga n ds t o r a g ec a p a c i t yo fc l o u dc o m p u t i n g c a ng r e a t l yi m p r o v et h es a f e t ya n dp e r f o r m a n c eo fd r ms y s t e m ，a n db r i n ga b o u t s i g n i f i c a n tc h a n g e st op a r t i c i p a n t so fd r ms y s t e m t h i sa r c h i t e c t u r ec a nc o n t r o lt h e u s a g ea n dd i s t r i b u t i o no fc o n s u m e r sw i t hf m e - g r a i n e dd y n a m i cc o n t r o la n dr e l i a b l y t r a c ka n dd e t e c tt h er i g h to fd i g i t a lc o n t e n t ，t oa c h i e v ed y n a m i ca n ds e c u r ed i g i t a l r i g h t sm a n a g e m e n t k e yw o r d s ：d i g i t a lr i g h t sm a n a g e m e n t ；i d e n t i t ya u t h e n t i c a t i o n ；d y n a m i cs c c u r cf i g h t ； d i g i t a lw a t e r m a r k i n g i v 武汉理工大学博士学位论文 1 1 研究背景 1 1 1 课题来源 第1 章绪论 本学位论文的研究工作主要得到如下项目的资助： ( 1 ) 国家高技术研究发展计划( 2 0 0 9 a a 0 1 2 4 4 0 ) ： 全许可的数字版权保护技术； ( 2 ) 国家高技术研究发展计划( 2 0 0 8 a a 0 1 2 4 11 ) ： 全防护模型； 基于数字水印和动态安 基于生物特征的网络安 ( 3 ) 国家自然科学基金重点项目( 6 0 8 0 3 1 5 0 ) ：数字权益管理中基于安全 策略博弈控制的多方信任研究。 1 1 2 研究目的与意义 随着信息与通信技术的飞速发展，数字媒体内容的分发、复制与编辑变得 越来越普遍，由此滋生的大量盗版及不规范使用行为不但会对数字媒体产业造 成巨大的冲击，而且也会对我们的经济、社会和文化造成多重的伤害。而仅凭 法律手段难以保护数字内容的版权；现有的防火墙或普通加密软件，可以部分 解决非法用户访问未授权多媒体数据的问题，但不能解决用户造成的非法二次 扩散问题；此外市场上已有的版权保护系统只能在特定环境下使用，限制了多 媒体数据的流通性。因此，只有对信息本身采取安全防范措施，才是真正系统 解决数字内容版权保护问题的关键。 传统对数字内容进行保护主要采用加密的方法，但是传统的加密方法对数 字内容的保护只限于在加密通信的信道中或者其它的加密状态下，一旦数字内 容被解密，就失去了保护功能。盗版者可以通过购买正版数字内容或通过破解 软硬件方式来获取无任何加密保护的数字内容副本，通过非法途径发布该盗版 副本以牟取利益。此外，内容提供商还需根据不同的用户来制定不同的使用权 限以满足用户需求。传统的内容保护方法对这些问题都无法很好解决。因此， 数字权益管理应运而生，该技术可用于保证数字内容在整个生命周期内的合法 武汉理工大学博士学位论文 使用，且能平衡数字内容价值链中各个角色的利益和需求。 目前，d r m 技术主要应用在以下几个方面： ( 1 ) 电子书保护 电子书又称e b o o k ，是将书的内容制作成电子版后放在网上出售，现在越 来越多的图书采用电子书形式发布。电子书d r m 系统即应用d r m 技术来保护 内容提供商所发布的电子书的版权。如国外a d o b e 公司的c o n t e n ts e r v e r 系统， 国内方正公司的a p a b i 系统等。 ( 2 ) 流媒体保护 流媒体技术已被广泛应用于在线直播、视频点播、远程教育、实时视频会 议等领域。由于流媒体易于拷贝和分发的特点，使其容易受到盗版者的攻击。 不少公司将d r m 技术集成到其流媒体播放器中，对流媒体进行保护。如a p p l e 公司用于数字音乐管理的f a i r p l a y 系统、微软公司集成到其媒体播放器中对流媒 体进行管理的w i n d o w sm e d i ad r m 系统等。 ( 3 ) 图像保护 对图像进行保护主要采用数字水印技术。版权所有者可以在图像中嵌入其 身份标识信息作为数字水印。在发现图像的盗版版本时，版权所有者可以提出 申请，要求提取该图像中的数字水印，从而证实其对该图像的所有权。如国外 的d i g i m a r c 和h i g hw a t e rs i g n u ml t d 公司的相关产品，国内花旗公司的信息隐 藏与加密系统等。 ( 4 ) 移动领域内容保护 随着移动电子设备的普及，用于移动设备的数字内容日益增多，移动领域 的d r m 研究已成为当前的热点之一。不少组织已提出相应的规范和标准来对移 动领域的数字内容进行保护，支持d r m 技术的相应移动产品也已经出现。开放 移动联盟o m a 所指定的移动d r m 标准已成为事实上的业界标准。 ( 5 ) 家庭网络内容保护 关于家庭网络的技术和标准已成为业界的研究热点。在家庭网络中，如何 对数字内容进行保护的同时使得用户设备之间能够进行方便的内容共享是一个 难点。不少研究者也提出相应的解决方案，但仅限于研究阶段。 ( 6 ) 广播电视内容保护 在广播电视系统中，d r m 技术主要用于数字内容的制作管理和传输使用的 各个环节，其应用背景十分广阔。国际上相关标准包括h d c p 、d t c p 、c p r m 、 2 武汉理工大学博士学位论文 s d m 及c a s 等，我国数字电视产业联盟制定了u c p s 标准。 ( 7 ) 对等网络p 2 p 内容保护 由于p 2 p 网络具有传输带宽高、容错能力强、扩展能力好等优点，得到了 广泛的应用和支持。但同时它的灵活性和随意性成为盗版横行的温床。p 2 p 的分 布性和d r m 技术的权力集中管理之间存在较大的冲突，因此针对p 2 p 网络的 d r m 技术研究充满着挑战性。不少学者针对p 2 p 环境特点，提出了各种d r m 解决方案。这些方案给出了一些具体p 2 p 应用环境下d r m 保护架构，但还没有 形成成熟的市场产品。 综上所述，数字内容的版权保护是一个迫切需要解决的问题，d r m 技术则 是解决该问题的一个有效手段。该技术涉及到密码学、信息论、数字水印技术、 数字通信、计算机网络、多媒体技术、算法设计等多个学科，还涉及相关的法 律法规问题，对研究者来说具有相当的难度和挑战性。从d r m 技术的应用领域 来看，对其进行研究无论是在理论上还是在实际应用上都具有巨大的经济意义 和社会意义。 1 1 3 研究目标 d r m 的关键技术包括密码技术、数字水印技术、身份认证技术、密钥管理 技术、权限管理技术、防篡改软硬件技术几个关键技术。本文主要研究d r m 中 的身份认证技术、权限管理技术，以及数字水印技术，并将这几个关键技术与 云计算相结合，构建一个基于云计算和动态安全许可的，细粒度、安全高效的 数字多媒体权益管理模型，实现安全的身份认证，合法使用数字多媒体和版权 跟踪、检测等功能。具体研究目标如下： ( 1 ) 针对d r m 中的身份认证问题，研究提出基于f u z z yv a u l t 的双因子身 份认证方案，用于解决存在于现有技术和方案中的智能卡安全瓶颈问题，以指 纹确定持有人身份，提升密钥管理的安全等级，有效地对个人证书进行管理， 达到高度安全的身份认证目的。 ( 2 ) 针对d r m 中的权限控制技术，基于d r m 系统中的访问控制技术需要 解决的安全、细粒度的使用和分发问题，对u c o n 模型进行扩展，研究提出一种 基于信任度和u c o n d 模型的动态安全许可模型，基于消费者信任度控制消费者 对数字内容的使用和分发权限，实现细粒度的使用和分发控制。 ( 3 ) 针对d r m 中的数字水印技术，对b e s s e l f o u r i e r 矩的理论进行研究， 3 武汉理工大学博士学位论文 利用b e s s e l f o u r i e r 矩幅度的旋转不变性，结合图像归一化和奇偶量化设计两套 基于b e s s e l f o u r i e r 矩的抗几何攻击图像水印方案，使其对几何攻击和一般的常 规攻击具有鲁棒性。 ( 4 ) 考虑到现有d r m 存在的难题，传统计算模型普遍存在的问题，以及 消费者对d r m 系统的新需求，结合云计算平台这种灵活高可靠的平台，研究提 出一种基于云计算和动态安全许可的d r m 系统架构，达到动态安全的数字权益 管理，使得d r m 系统在安全和性能方面得到极大的提高。 1 2d r m 国内外研究与发展现状 1 2 1 国外研究与发展现状 由于数字作品领域存在巨大的商业利益潜力，许多组织和公司根据自身的 产业或专业背景在各个领域提出了相应的d r m 标准和框架，而且也已经有多种 d r m 系统在网络点播、d v d 播放，艺术作品的版权保护等方面得到了商用。到 目前为止，d r m 技术在国内外都有了比较典型的研究，国外比较典型的应用研 究主要有： ( 1 ) w i n d o w sm e d i ad r m w i n d o w sm e d i ad r m 最早发布于1 9 9 9 年8 月。w i n d o w sm e d i ad r m1 0 系 列包括服务器和软件开发包s d k s ，更好地保护媒体文件的回放。软件开发者通 过使用w i n d o w sm e d i as d k 开发包，可以制作用于加密和分发许可证的程序， 加密的媒体文件可用于流媒体播放或下载到本地。使用w i n d o w sm e d i af o r m a t s d k 中的d r m 组件，开发者可以开发出获取许可证并且解密播放媒体文件的 播放器程序。消费者可以通过d r m 兼容播放器来播放经过加密的数字媒体文 件。 ( 2 ) 基于d r m 的e - b o o k 基于d r m 的e b o o k 在美国发展非常快，d r m 技术使得复制电子书的代价 变高昂。d r m 技术首先对电子书进行加密，并且通过硬件标识来区分不同的电 脑，使得在一台电脑上可以打开并阅读的电子书复制到其它电脑上就不能阅读， 从而阻止电子书文件的复制；这种把数字多媒体资源与硬件绑定的技术虽然实 现了数字版权的保护，但是它以限制用户的使用范围为代价，使用户无法在其 他电脑上面使用。 4 武汉理工大学博士学位论文 2 0 0 0 年，h a r t u n g t l 】将d r m 系统用于电子商务中，应用d r m 中的加密，条 件访问，拷贝控制技术、识别和追踪机制来保护版权，重点阐述了用于拷贝控 制和媒体识别及追踪的水印技术，以m p e g - 4 ，s d m i 和d v d 作为d r m 标准 例子对d r m 标准进行了进一步说明；2 0 0 2 年，k e n n y 研究将一个d r m 系统变 换为一个用于管理个人数据处理的系统所需要进行的改进。 2 0 0 3 年，k w o k l 2 1 提出了一个d r m 系统，将其整合到互联网开放贸易协议 ( i o t p ) 中，用于电子商务应用和服务；为i o t p 引进了一个权限嵌入阶段和一 个权限验证阶段，在提出的框架中，数字水印在促进d r m 中扮演了非常重要的 角色。提出的d r m 系统应用于一个在线音乐网站中，结果证明提出的内容和方 法是成功的。 2 0 0 4 年，k i m l 3 提出了一个适用于移动终端软件的用于多媒体数字权益保护 的一个有效的方法。该方法由以m p e g - 4 视频格式编码的多媒体数据上的加密方 法组成；构造了三种方法，用于无线视频数据流系统的d i 洲服务。j a v i e r l 4 1 概述 了一些流行的生物认证模式和技术的现状，介绍了一些可以整合生物认证的具 体的应用；此外，讨论了将生物认证技术应用到d r m 系统中的整合策略，使得 整个过程可以满足消费者和内容提供者的需求。i a i l i l e l l a 【5 】对d r m 进行了一个简 单概述，然后重点研究了o d r l 权限描述语言以及它的x m l 使用，最后介绍了 o d r l 语言的o m a 应用，显示基于x m l 的权限描述语言是怎样被使用和扩展的。 2 0 0 5 年，m a n j s i c l 6 1 详细描述t i s t 项目中构思的用于创建、交付、消费和保 护试听内容的框架，这个框架是基于新兴的用于多媒体内容交付和消费的 m p e g 2 1 标准，详细指定了一个d r m 方案。此框架的核心是一个新的基于智能 卡的密钥管理系统，解决了很多以前阻碍d r m 广泛应用的问题。l i n f7 j 概述了用 于视频d r m 的内容和方法，描述了提供安全权益管理的方法，包含加密和视频 水印的角色；介绍了加密、水印和密钥管理方面存在的问题和所做的研究，最 后明确了视频d r m 进一步研究的挑战和方向。 2 0 0 6 年，n i s l l i m o t 0 【8 j 使用具有大容量存储设备的接收端，提出一个基于家 庭服务器的用于数字广播的d r m 系统d b h s 。通过使用这些存储功能，使得用户 可以随时随地使用数字资源。 2 0 0 7 年，w b l 研究怎样将数字水印用于辅助和改善基于密码的d r m 系统， 以使得数字内容在d r m 系统保护领域之外同样得到保护。l e e 1 0 】提出了一个新的 认证方案，提供服务提供者，终端和用户身份证之间的双向认证。终端和用户 5 武汉理工大学博士学位论文 身份证之间的安全通道也作为提出方案的一部分；将提出的协议用于移动广播 系统中基于用户身份证的权限可移植中，提出的移动广播系统允许用户能方便 地使用广播服务，而不受具体终端的限制，同时可以提高系统性能。s a r i s 1 1 提供 一个叫做f o r m 的联合方法，其中内容提供者可以决定信任外部播放权限和外部 身份；除了考虑内容提供者外进一步介绍了身份提供者，行为提供者，因此所 有类型的提供者可以定义许可证来确定可以怎样使用它们提供的对象；f o r m 定 义了一个新的许可证模型和一个新的许可证解释机制，用于考虑所有对象提供 者联邦发行的许可证。 2 0 0 8 年，c h e n 1 2 】基于移动设备，提出了一个有效的d r m 协议，应用了对称 加密系统，非对称加密系统，数字签名和单向哈希函数。为了克服移动设备计 算资源受限的问题，在方案中整合了数字证书，硬件信息和一次性密码机制， 因此保证了系统的安全性，可持续保护，完整性，认证，d r m 的追踪使用，可 变访问权限，完整性和可移植问题。由此，移动用户可以通过授权机制，在企 业中安全地访问数字内容。m u h l b a u e r ”】描述了一个用于创建和执行包含位置限 制许可证的系统的设计和实现，该许可证用于限制对特定区域敏感文件的访问， 实现对文件的持续访问控制。 2 0 0 9 年，l e e 1 4 】提出了一个新的权限共享方案，不用限制消费者允许使用的 设备的数量，也不需要绑定一个具体的设备；方案中数字内容的使用权限表示 为可以享用数字内容的限定的时间段，消费者可以通过在设备间分发使用时间， 来在任何设备上分享数字内容，分发过程仅仅需要参与设备间的同步。 j a m k h e d k a r 1 5 】分析了现有d r m 环境存在的问题，为d r m 系统发展提出了一个开 放的分层架构；分析得到基于一组设计原则的现有权限描述语言的重构对于达 到一定级另i d r m 互操作是非常必要的。h i d a l g o 1 6 1 从不同资源中收集了d 刚的需 求，将其归纳为分属五类的1 1 个需求集合；讨论了每个需求，分析每个入口的动 机，并研究怎样满足每一个需求。 2 0 1 0 年，l i t l 7 】提出了一个新的d r m 平台，用于在一般的p 2 p 网络中分发大量 的音乐内容。在分发阶段，一个基于拉格朗日多项式插值的网络编码方法用于 对音乐文件分块，然后通过网络进行分发。一旦网络内的节点接收到足够数量 的编码块，将应用高斯消元法来重构原始的音乐文件；重构音乐文件的每一块 之后，节点使用自己的i d 以生成块内的编码份额的新副本，然后与网络中的其 他节点分享这些份额。 6 武汉理工大学博士学位论文 可以看出，随着国外学者开始致力于d r m 基本理论和应用研究，目前已经 取得了一定的研究成果。前些年主要致力于d r m 中的数字水印技术，对数字内 容进行严格访问控制等方面的研究，近年根据消费者的新需求，逐渐增加对数 字内容合法使用和共享的研究。 1 2 2 国内研究与发展现状 与国外的发展相比较，国内基于d r m 技术的应用发展基本同步。不过仅限 于电子书以及电子图书馆方面。北大方正的a p a b i 的电子书系统通过d r m 技术 对电子书进行保护，解决了出版社关心的电子书的安全问题。全国5 6 0 家出版 社中的4 0 0 多家出版社已经和方正合作进行电子书的网络出版，到目前为止已 出版电子书1 6 5 万种，超过美国电子书数量最多的n e t l i b r a r y 公司。a p a b i 数字 图书馆系统为图书馆提供电子图书服务。到目前为止，已有超过1 2 0 0 家图书馆 购买了a p a b i 电子图书，其中包括高校、中小学、企事业单位等各种类型的图书 馆，还包括美国、德国、英国、马来西亚等国家的公共馆、高校馆。 文献 1 8 】分析了d r m 的概念和发展历程，重点研究了d r m 系统的功能结 构和信息结构，及相应技术的发展现状。文献 1 9 1 针对现有d r m 机制缺乏真正 的责任描述和实施能力问题，提出一种应用于d r m 的责任授权模型及实施框 架；模型基于分布式的时态逻辑和a c t i v e u d a t a l o g 语法规则，能表达事件驱动、 时间驱动和责任补偿等各类责任授权的语义能力，并具备良好的可实施性，但 是不足之处为补偿责任方面，要求责任的触发操作谓词与被补偿规则的触发操 作谓词相同，未考虑不同操作间的补偿问题。文献【2 0 提出一种新的支持时空的 d r m 安全许可协议，将内容对象与版权对象分离，通过内容加密密钥保护数字 内容，通过与客户设备信息相关的设备密钥保护每一份许可证。在用户与许可 证中心间采用动态实时密钥协商算法以实现双向身份认证和动态许可申请；考 虑到离线版权安全许可，加入许可证转换器概念，通过许可证技术机制实现为 特定数量用户按照在线、离线两种模式进行二次分发，无需依赖原来的许可证 中心即可完成版权二次分发。文献 2 1 】分析了现有家庭d r m 协议，设计了一种 新型的使用于家庭网络的设备管理方案，仅利用域证书和有效设备列表就能对 设备进行管理控制，从而有效保护家庭中的数字内容，防止数字内容向家庭外 部扩散。文献 2 2 】在现有移动d r m 研究基础上，结合目前3 g 无线通信网络提 出了一种计费公平的安全移动d r m 方案，保证多媒体内容和版权对象的机密性 7 武汉理工大学博士学位论文 和完整性，防止版权中心的剽窃；将一种无需可信第三方参与的公平支付机制 用于该方案中，降低了协议的实现代价，并减少了参与方的交易成本。 2 0 1 0 年4 月发布了 2 0 1 0 年中国d r m 发展研究报告，通过对专家、d r m 产业链重点企业以及用户的调查，从多个角度对d r m 的市场的国内外发展状 况、产业环境、技术标准、产业链及商业模式、需求等方面进行了全面而深入 的分析，对1 1 家相关企业做了研究，并在此基础上，为d r m 的发展提供了建 设性的意见和策略。 2 0 1 0 年中国d r m 发展研究报告对d r m 市场进行了研究，得出以下观 占 j 、 ( 1 ) 国内目前的d r m 产业已经逐步进入了成长阶段，各种类型的d r m 解 决方案应用在不断丰富中。 ( 2 ) 随着3 g 牌照发放和各种增值业务需求的增加及o m ad r m 的发展， d r m 在移动领域的应用越来越深入，移动s r m 系统和产品将更加丰富。 ( 3 ) 整个d r m 产业链目前还不够成熟，没有形成主导性优势主体来控制 和推动产业的发展，多种商业模式并存。 1 3 本文主要研究内容 本文对d r m 系统的关键技术及应用进行研究，主要研究内容包括：研究基 于f u z z yv a u l t 的身份认证技术，解决d r m 中的身份认证问题，达到高度安全 的身份认证目的；研究面向d r m 的动态安全许可模型，解决d r m 中数字媒体 内容的使用控制问题，达到灵活、安全、细粒度的使用和分发控制；研究适用 于d r m 的数字水印技术，解决d r m 系统中数字媒体内容中嵌入的数字水印的 旋转、平移、缩放等几何攻击问题；从实际应用的角度出发，研究一个安全高 效的，适合于大型分布式网络多媒体数据的防非法扩散和版权跟踪与检测系统 模型。 在整个研究期间，依托国家高技术研究发展计划和国家自然科学基金等项 目。主要研究内容体现在如下几个方面： ( 1 ) 基于f u z z yv a u l t 的身份认证方案研究 研究提出一种基于f u z z yv a u l t 的强双因子身份认证方案，该方案解决了存 在于现有身份认证技术和方案中的智能卡安全瓶颈，有效地对个人证书进行管 理；再引进秘密共享的思想，使得当且仅当智能卡和服务器中的信息都可得的 8 武汉理工大学博士学位论文 时候，才可以成功恢复出智能卡的p i n 码，从而释放其中安全存储的数字证书 及对应私钥，彻底解决了现行技术和方法中存在的安全风险，达到高度安全的 身份认证目的。 ( 2 ) 面向d r m 的动态安全许可模型研究 基于d r m 系统中的访问控制技术需要解决的安全、细粒度的使用和分发问 题，对u c o n 模型进行扩展，研究提出一种基于信任度和u c o n d 模型的动态安 全许可模型。此动态安全许可模型综合了信任管理和u c o n 模型的优势，加入了 分发的概念，在进行安全身份认证之后，基于消费者信任度对其实际拥有的对 数字内容的使用权限进行控制，消费者还可以迸一步对数字内容进行分发，基 于分发者和接收者两者的信任度对接收者实际可以获取的对数字内容的使用权 限进行控制，从而有机结合了认证和访问控制，实现了安全的身份认证和细粒 度的使用和分发控制。 ( 3 ) 适用于d r m 的数字水印算法技术 对正交矩b e s s e l f o u r i e r 矩的理论进行研究，利用b e s s e l f o u r i e r 矩的幅度具 有旋转不变的性质，结合图像归一化和奇偶量化设计两套基于b e s s e l f o u r i e r 矩 的适用于d r m 的抗几何攻击图像水印方案：基于归一化和b e s s e l f o u r i e r 矩 的鲁棒水印算法。基于b e s s e l f o u r i e r 矩和奇偶量化的自适应抗几何攻击水印 算法；提出的算法能够抵抗任意角度的旋转，平移和缩放等几何攻击，同时对 j p e g 压缩、噪声等常规攻击也具有较好的鲁棒性。 ( 4 ) 基于云计算和动态安全许可的d r m 系统架构 考虑到现有d r m 存在的难题，传统计算模型普遍存在的问题，以及消费者 对d r m 系统的新需求，结合云计算这种灵活高可靠的平台，研究提出一种基于 云计算和动态安全许可的d r m 系统架构。基于云计算强大的计算和存储能力， 使得d r m 系统在安全和性能方面都得到极大的提高，给d r m 系统各参与方带 来重大的变革；基于动态安全许可中心灵活的使用控制能力，能细粒度且动态 地控制消费者的使用和分发，同时对数字内容进行可靠版权跟踪与检测，达到 动态安全的数字权益管理。 1 4 本文组织结构 全文共分为6 章，具体安排如下： 第1 章绪论，介绍本论文课题的来源、研究的目的和意义、相关研究领域 9 武汉理工大学博士学位论文 的文献综述及本文的主要研究工作。 第2 章首先重点研究身份认证、f u z z yv a u l t 和秘密共享等相关基础理论。 着重分析了现有的身份认证方案，并指出其中