（计算机应用技术专业论文）数字指纹及其在多媒体版权保护中的应用研究.pdf

数字指纹及其住多媒体版权保护中的戍刖训f 究 _ _ _ - - _ ii i i _ i _ i i i i 摘要 互联网技术和数字化技术的应用与普及带动了传媒产业的快速发展，同 时数字化产品易于修改、复制和传播的特点，也使得盗版越来越猖獗，版权 保护问题f 1 趋重要。数字指纹是近年来新兴的一种多媒体版权保护技术，所 谓数字指纹是指一种用以区分相似事物并能够由计算机处理的特征序列，由 于它具有唯一性、健壮性、隐蔽性的特点，在数字产品分发中，销售商可以 通过在数字作品拷贝中添加数字指纹，使得发现非法拷贝后，能够识别出制 作非法拷贝“叛逆者”，并提供法庭审判证据，从而达到版权保护的目的。 数字指纹作为一门综合性的数字版权管理技术，其研究涉及到指纹隐藏、 指纹编码和指纹协议等理论与技术，并将传统版权保护中的信息隐藏技术与 密码学紧密联结在一起，易于构成出更为完善的数字版权管理系统。数字指 纹的特点是具有版权跟踪功能，能够对数字产品的购买、分发、存储、使用 情况进行监督和控制；同时，数字指纹技术与电子货币、电子交易紧密相关， 是保证电子商务正常、有序运行的基础。 本文是针对数字多媒体安全、知识版权保护以及电子商务所存在的安全 问题提出的，运用密码学、信号分析、编码理论以及计算复杂性等理论和技 术，并将密码学理论和信息隐藏理论相结合，通过对数字指纹的隐藏技术、 编码技术和相关协议等的研究，实现了一种有效的数字媒体版权保护方案。 针对目前数字指纹方案存在的问题，本文所做工作如下： 在指纹隐藏技术中，针对指纹隐藏需较大信道容量的特点，通过对 扩频c d m a 水印模型参数与性能的理论分析，提出一种基于多小波的扩频 c d m a 水印方案，同时，考虑到扩频与量化技术存在互补性，提出一种基于 多小波的扩频量化混合水印方案，理论与实验均表明，两种方案容量都有较 大提高，并且具有较强鲁棒性； 在指纹编码技术中，针对目前指纹编码过长和译码效率差的缺点， 根据多媒体保护特点对敌手攻击模式予以扩充，在此基础上给出了扩频指纹 编码的合谋安全性质；通过改进卷积码的v i t e r b i 译码算法实现了有效的叛逆 搜索，并提出一种新的卷积指纹信息码；最后，在这两者基础上，提出一种 合谋安全的扩频卷积指纹编码方案，从而降低指纹编码长度并实现有效叛逆 搜索； 哈尔滨i 科人学博l j 学位论文 在指纹防议构造中，针对目前协议计算复杂、实用性差的缺点，以 抗合谋扩频指纹编码、安伞浮点数据表示及加法同念密码体制为基础，提出 一种购买透明的非对称指纹方案；并在此基础上，通过构造可撤回盲签名， 提出了一种透明购买的匿名指纹方案，解决了具有版权跟踪功能的数字作品 销售、分发、跟踪和审判问题； 在所有权证明方案中，针对目前方案无法保证用户作品安全和所有 权真实性的缺点，以纠错理论和二元多项式分享为基础，提出了一种新的具 有容错能力的安全多方计算算法；并在s h a m i r 秘密共享和p r o a c t i v e 可验证 秘密共享基础上，提出了一种基于安全多方计算的数字作品所有权认证方案， 方案的错误容忍能力保证在系统生命周期内发现不忠实方并保持秘密安全性 和证明有效性。 本文提出的隐藏、编码和协议方案是密不可分的，相互联结构成一个集 销售、跟踪、管理为一体的数字多媒体版权保护方案。为了验证所提出的方 案，本文从理论和实验两方面对方案性能和安全性进行分析和检验，理论与 实验结果表明，本文所提的各种算法和方案是有效的，也是现实可行的。 关键词：版权保护；数字指纹；合谋安全；指纹协议：所有权证明 数字指纹及其在多媒体版权保护中的虑h j 研究 a b s t r a c t t h ew i d e s p r e a du s eo fi n t e r n e ta n dd i g i t a lt e c h n o l o g yf a c i l i t a t e st h er a p i d d e v e l o p m e n to fm e d i ai n d u s t r y p i r a c ya l s oh a sb e c o m em o r ea n dm o r eas e v e r e c o n c e l md u et ot h ee a s ym o d i f i c a t i o n ，r e p l i c a t i o na n dr e d i s t r i b u t i o no fc r e a t i v e w o r k si nd i g i t a lf o r m c o p y r i g h tp r o t e c t i o nh a sb e c o m e sac r u c i a lp r o b l e mt ob e s o l v e d d i g i t a lf i n g e r p r i n t i n gi san e we f f e c t i v et e c h n o l o g yt or e s o l v em u l t i m e d i a c o p y r i g h tp r o t e c t i o n i nr e c e n ty e a r s t h es o c a l l e d d i g i t a lf i n g e r p r i n t i s c h a r a c t e r i s t i cs e q u e n c e so fa l lo b j e c tt h a tt e n dt od i s t i n g u i s hi tf r o mo t h e rs i m i l a r o b j e c t st h a tc a r lb ep r o c e s s e db yc o m p u t e r s i n c ef i n g e r p r i n th a st h ep r o p e r t i e so f u n i q u e n e s s ，r o b u s t n e s sa n di n v i s i b i l i t y , i nt h ed i s t r i b u t i o no fd i g i t a lw o r k s ，t h e m e r c h a n tc a ne m b e du n i q u eb u y e rf i n g e r p r i n ti n t od i g i t a lm e d i ac o p y , a n da l s o m a k e si tp o s s i b l et oi d e n t i f y t r a i t o r s w h or e d i s t r i b u t et h e i ri l e g a lc o p i e sa n d p r o v i d ee v i d e n c e sf o rt h ec o u r tt r i a l ，t h e r e b ya c h i e v i n gt h ep u r p o s eo fc o p y r i g h t p r o t e c t i o n d i g i t a lf i n g e r p r i n t i n gi sa ni n t e g r a t e dt e c h n o l o g yt h a tc o m b i n e si n f o r m a t i o n h i d i n ga n dc r y p t o g r a p h yt oc o n s t i t u t et h es y s t e mt h a tp r o t e c t sd i g i t a lr i g h t so f t h e c o n t e n t 1 1 1 er e s e a r c ho fd i g i t a l f i n g e r p r i n t i n gt y p i c a l l yi n v o l v e sf i n g e r p r i n t e m b e d d i n g ，f i n g e r p r i n tc o d i n ga n df i n g e r p r i n tp r o t o c o lt e c h n o l o g y d i g i t a l f i n g e r p r i n t i n gh a s8 1 1a d v a n t a g eo fc o p y r i g h tt r a c i n gt h a tc a nm o n i t o ra n dc o n t r o l t h ew h o l ep r o c e s so ft h ed i g i t a lw o r k sf r o mp u r c h a s e ，d i s t r i b u t i o n ，s t o r a g et o u t i l i z a t i o n t h e r e f o r e ，d i g i t a tf i n g e r p r i n t i n gt e c h n o l o g yh a sad i r e c tr e l a t i o nw i t h e l e c t r o n i cc a s ha n de l e c t r o n i cb u s i n e s sa n dt h e nc o a le n s u r et h en o r m a la n dr e g u l a r c i r c u l a t i o no f t h ee l e c t r o n i cc o m m e r c e t h i st h e s i si st or e s e a r c ht h es e c u r i t yp r o b l e mt h a te m e r g e sf r o md i g i t o l m u l t i m e d i as e c u r i t y , i n t e l l i g e n tc o p y r i g h tp r o t e c t i o na n de l e c t r o n i cc o m m e r c e t h et h e s i sc o v e r si n f o r m a t i o nh i d i n ga n dc r y p t o g r a p ha sa p p l i e dt ot h ed e s i g no f d i g i t a lf i n g e r p r i n t i n go nt h ef u n d a m e n t a l so fs i g n a lp r o c e s s i n g ，c r y p t o g r a p h y , c o d i n gt h e o r ya n dc o m p u t a t i o n a lc o m p l e x i t y t h ef o c u si so ne f f i c i e n t i m p l e m e n t a t i o n so ft h ef i n g e r p r i n t i n gs c h e m ef o rc o p y r i g h tp r o t e c t i o no fd i g i t a l m u l t i m e d i ai nt h r e em a j o rd o m a i n s ：f i n g e r p r i n te m b e d d i n g ，f i n g e r p r i n tc o d i n ga n d 喻尔滨i 剧人学博十学位论文 i ；i ；i i i i 皇i i i i i i i i i i ；i ；i i i i i ；i i | | ；i ；i 暑 c o r r e l a t i o np r o t o c o ld e s i g n i n g i no r d e rt or e s o l v et h ep r o b l e m si nt h ec u r r e n l r e s e a r c ho f d i g i t a lf i n g e r p r i n t i n g ，t h ee n d e a v o r so f t h et h e s i sa r el i s t e da sf o l l o w s ： 1 ，i nt h ea s p e c to ff i n g e r p r i n te m b e d d i n g ，s i n c ed i g i t a lf i n g e r p r i n t i n go f t e n r e q u i r e sm o r ec h a n n e lc a p a c i t y , t h i st h e s i sp r e s e n t sas p r e a d s p e c t r u mc d m a w a t e r m a r k i n gs c h e m eb a s e do nm u l t i w a v e l e tt r a n s f o r mi nt e r m so ft h ep a r a m e t e r a n dp e r f o r m a n c e a n a l y s i so fs p r e a d s p e c t r u mc d m am o d e l m o r e o v e r , a h y b r i d w a t e r m a r k i n gm o d e li sa l s op r e s e n t e db yi n t e g r a t i n gs p r e a d - s p e c t r u mw i t h q u a n t i z a t i o nt e c h n i q u ea c c o r d i n gt ot h ec o m p l e m e n t a r yr e l a t i o n s h i pb e t w e e nb o t h t e c h n o l o g i e si nt h ea s p e c to fr o b u s t n e s sa n dc a p a c i t y t h ee x p e r i m e n tr e s u l t s d e m o n s t r a t et h a tb o t hs c h e m e sp r o v i d eh i g i l e rc h a n n e lc a p a c i t yu n d e rt h e p r e c o n d i t i o no f r o b u s t n e s s 2 i nt h ea s p e c to ff i n g e r p r i n tc o d i n g ，t oo v e r c o m et h es h o r t c o m i n go f e n c o d i n gl e n g t ha n dd e c o d i n ge f f i c i e n t ，t h et h e s i se x t e n d st h ea d v e r s a r ya a a c k p a t t e r na c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to fm u l t i m e d i ap r o t e c t i o na n dt h e n i l l u m i n a t e st h ec o l l u s i o n - r e s i s t a n tp r o p e r t yo fs p r e a d s p e c t r u mf i n g e r p r i n tc o d e m o r e o v e r ，t h ec o n v o l u t i o n a lf i n g e r p r i n t i n gi n f o r m a t i o nc o d ei sp r e s e n t e db y i m p r o v i n gt h ev i t e r b ia l g o r i t h mo fc o n v o l u t i o n a lc o d et oi r r i p l e m e n tt r a i t o r s e a r c h i n g f i n a l l y ，t h e t h e s i s p r o p o s e s a s p r e a d - s p e c t r u m c o n v o l u t i o n a l f i n g e r p r i n t i n gs c h e m eb a s e do nt h ea b o v et w os c h e m e s t h ep e r f o r m a n c ea n a l y s i s s h o w st h ep r o p o s e ds c h e m ef o rp e r c e p t u a lm e d i ah a ss h o r t e rc o d el e n g t ha n d m o r ee f f e c t i v et r a i t o rs e a r c h i n g 3 i nt h ea s p e c to f f i n g e r p r i n tp r o t o c o l ，t or e m e d yt h es h o r t c o m i n go f h i g h e r c o m p l e x i t ya n dl e s sp r a c t i c a b i l i t ya tp r e s e n t ，t h et h e s i sp r e s e n t sa l la s y m m e t r i c f i n g e r p r i n t i n gs c h e m ef o rt r a n s p a r e n tp u r c h a s eb a s e do nc o l l u s i o n r e s i s t a n t s p r e a d s p e c t r u mc o d i n g ，t h es e c u r i t yd e n o t a t i o nd e c i m a lf i x e d p o i n ta n da d d i t i v e h o m o m o r p h i cc r y p t o s y s t e m f u r t h e r m o r e ，i nt e r m so f r e v o k i n gb l i n ds i g n a t u r e ，a n a n o n y m i t yf i n g e r p r i n t i n gs c h e m ei sp r o p o s e dw i t ht r a n s p a r e n tp u r c h a s et or e s o l v e t h ec o p y r i g h tt r a c i n gp r o b l e mo fd i g i t a lw o r k sf o rp u r c h a s e ，d i s t r i b u t i o n ，t r a c i n g a n dt r i a l 4 i nt h ea s p e c to fo w n e r s h i pp r o o fp r o t o c o l ，t oe n s u r et h es e c u r i t yo f b u y e r sw o r k sa n dp r e v e n t i n gt h em e r c h a n tf r o md e c e i v i n g ，an e wa l g o r i t h mo f s e c u r em u l t i p a r t yc o m p u t a t i o nw i t he r r o r - t o l e r a n c ec a p a b i l 埘i sp r o p o s e do nt h e b a s i so fc o r r e c te r r o rt h e o r ya n dd u a l i t yp o l y n o m i a ls h a r i n g f u r t h e r m o r e ，t h e t h e s i sp r e s e n t sa l lo w n e r s h i pp r o o f ss c h e m ef o rd i g i t a lw o r k sb a s e d0 1 1p r o a c t i v e 数字指纹及其在多媒体版权保护中的虑h j 研究 s h a n l i rs e c r e t s h a r i n g a n ds e c u r e m u l t i p a r t yc o m p u t a t i o np r o t o c 0 1 t h e e r r o r t o l e r a n c ec a p a b i l i t ye n s u r e st h a tt h ep r o p o s e ds c h e m ec a nd i s c o v e rt h e d i s h o n e s t ya n dk e e pi ts e c u r i t ya n dv a l i d i t yt h r o u g h o u tt h el i f e t i m eo ft h es c h e m e 。 t h i st h e s i s t i g h t l yi n t e g r a t e st h ea b o v ef o u ra s p e c t si n t oo n ee o p y r i l ；l l t p r o t e c t i o ns c h e m ef o rd i g i t a lm u l t i m e d i a i no r d e rt ov a l i d a t et h ep r o p o s e d a l g o r i t h m s a n ds c h e m e s ，t h e p e r f o r m a n c ea n ds e c u r i t y o ft h es c h e m e sa r e a n a l y z e da n dv e r i f i e di nb o t ht h e o r ya n de x p e r i m e n ta s p e c t s t h em s u l t ss h o wt h a t t h ep r o p o s e da l g o r i t h m sa n ds c h e r o e sa l ee f f e c t i v ea n d p r a c t i c a b l e k e yw o r d s ：c o p y r i g h tp r o t e c t i o n ，d i g i t a l f i n g e r p r i n t i n g ，c o l l u s i o n s e c u r e ， f i n g e r p r i n t i n gp r o t o c o l ，o w n e r s h i pp r o o f s 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已 注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ： 日期：0 0 啮年歹月砖日 第1 章绪论 第1 章绪论 数字多媒体的版权保护问题正日益引起社会的关注，为了更加有效地解 决版权保护问题，本文结合密码学、编码理论和信息隐藏技术，以数字指纹 为手段，从指纹嵌入、编码和协议三个方面对数字版权保护给予研究。本章 主要介绍多媒体版权保护的基本倩况和要求，并阐述数字指纹的基本概念、 性质和分类，以及困内外在这一领域内的研究现状。 1 1 研究背景 在知识经济时代，互联网的迅猛发展和数字多媒体信息的广泛应用推动 了传媒产业的快速发展，丰富的多媒体、电子商务满足了人们社会交往、购 物、学习、医疗等的各种需要，给人们生活、工作带来深刻变化，其影响的 深度和广度都是前所未有的。以数字多媒体、出版发行业、新闻业、广播影 视业、网络服务业、广告业、计算机软件业、信息及数据服务业等构成的版 权产业，已经成为当今经济增长较快的行业之一。版权产业不仅是传媒产业 的核心产业，也是知识产权产业的重要基础，同时，版权产品也成为知识产 权产品的重要组成部分。在新技术迅速发展带给人们便利的同时，数字化产 品易于被篡改和大规模、廉价复制的特点以及互联网巨大的传播能力都给版 权保护带来严重冲击。盗版工具普及化，盗版传播高速化，盗版危害加速化 的趋势日益严重，极大地危害合法厂商以及广大消费者的利益，阻碍了经济 发展与社会进步，例如，联合国教科文组织发表的一份统计报告表明，全球 盗版量每增加l o g o ，全球相关的经济损失则增加1 2 。随着数字音像作品的 漆版、滥用和盗窃等违法行为的日盏猖獗，数字多媒体版权保护已经成为一 个重要而富挑战性的问题。 非法版权侵害对经济影响是巨大的，即使像美国这样的法制国家，违法 的盗版活动也使美国蒙受巨额经济损失，据美国国际知识产权联盟发表的美 国经济中的版权产业：2 0 0 2 年报告表明，版权产业在美国g d p 中过去i 4 世纪一直保持7 0 的增长，超过其他经济部门和整体经济g d p 增长的两倍 ( 3 0 9 i 和3 2 ) 。2 0 0 1 年，美国的核心版权产业产值估计为5 ，3 - 5 1 亿美元， 约占g d p 的5 2 4 ，总体版权产业产值总计7 ，9 1 2 亿美元，约占c , d p 的7 7 5 。 但是随之而来的盗版也越来越严重，仅音乐类光盘盗版估计就有4 3 亿美元， 哈尔滨i ：科人学博f ：y - t ：l 论文 奄获的c dr 类盗版物有9 6 0 力- 片。而在我国，1 9 9 8 年，图书、报刊、印像、 电子h 版业的产值是1 2 6 3 2 亿元，软件为1 7 0 亿元，两项相加为1 4 3 3 2 亿 元，约占全国当年g d p 的1 8 。如果将版权产业及其他部门的产值全部统 计，估计中国版权产业占g d p 的比重将会达到5 左右。同时，我国的盗版 形势也是十分严峻的，1 9 9 5 年至2 0 0 2 年，全国版权行政管理部门共收缴侵 权盗版制品1 9 7 亿件，受理案件1 8 ，6 5 4 起，其中结案1 7 ，9 9 7 起；而仅2 0 0 3 年中国各级版权行政管理机关共受理案件2 3 ，0 1 3 起，结案2 2 ，4 2 9 起，全年 共收缴各类盗版品c o ，7 9 7 万余件，其中，盗版音像制品2 ，6 4 5 万余盘、盗舨 电子出版物6 6 2 力余盘、盗版软件7 2 2 万余张。由此可见，盗版问题已经对 社会经济带来巨大危害，干扰了科学文化事业的繁荣，如何打击数字多媒体 的盗版行为、保护版权人的合法利益已经成为维护社会经济、经济繁荣的一 个重要而迫切问题。 版权保护的目标就是通过杜绝盗版及其它版权侵害行为，最大限度地保 护版权所有者及销售商的权益，同时保证用户能够访问、购买和使用具有合 法版权的数字产品及内容，并充分享有其应得的利益。数字媒体的版权保护 是一个复杂系统，涉及到法律、技术与管理等领域，其中，法律为知识产权 保护提供规范和准则，管理定义了版权保护的内容、方法和手段，例如，在 我国1 9 9 0 年颁布了著作权法，此后计算机软件保护条例、关于惩治 起帆著作权犯罪的决定、著作权实施条例等一些系列法律和法规的颁布 实施，不仅构筑了我国版权法律制度基础，而且标志着现代版权法律体系已 逐步成型，同时，其它相关法律、法规也在陆续颁布和实施，例如，2 0 0 5 年 4 月1 日实旋的电子签名法为各种电子签名与认证的有效性提供了法理 基础；在行政管理方面，我国也采取了积极的措施，1 9 9 1 年成立了国务院知 识版权领导小组，在此基础上建立了协调全国保护知识产权工作的机构 国务院知识产权办公会议及地方办公会议，统一协调各主管部门和司法机关 实施知识产权保护。然而，仅仅有法律和管理组织是不够的，版权保护的实 现还需要相关技术提供有力的支持和保证，技术上的迸步不仅能提高查处侵 权案件的效率，扩大版权保护的范围，而且能防范侵权事件发生、指导相应 法律和管理策略的制定。 1 2 数字多媒体版权保护的基本要求 知识产权是从法律上确认和保护人们在科学、技术、文学、艺术等精神 领域所创造的产品具有专利权或独占权，他人不能侵犯，否则要受到法律制 2 第l 蕈绪论 裁川。它主要包括版权( 著作权) 、专利权和商标权，后两者又称为工业产 权。版权保护作为一个复杂系统，不同知识产品的保护内容及其要求也不同， 一般而高，数字媒体保护机制应该满足以下几方面要求，并且这些要求能够 通过随后的措施得以保证： 保密性：保证信息内容不受非授权用户的侵害，以及信息传输的安全 性，可以通过加密技术和信息隐藏技术实现数据保密性。 数据认证：包括数据原始性认证和内容完整性认证两个方面。对数据 进行认证可以防止数据传输中的篡改和伪造。使用消息认证、数字签名或脆 弱水印技术可实现原始性认证；数字水印技术( 鲁棒或半脆弱水印) 可以用 来对内容完整性进行检验，甚至进行篡改定位。 实体认证：用户确认数据内容一定是来源于某个意定的实体，参加通 信的实体可以通过认证协议( 所有物、知识和个体生物特征) 来证明身份的 正确性。通常使用数字签名技术实现实体认证，数字水印技术通过嵌入鲁棒 性较强的标志信息，为确认内容来源真实性提供了新的手段。 访问控制性：对用户的合法性进行确认，并控制内容只能按照许可证 要求的方式被使用。这种机制是建立在消息认证或者数字签名与公证服务、 时间戳服务和证据纪录基础上的，可使用加密、签名等密码学手段、数字水 印及许可证管理等技术实现访问控制。 隐私保护性：确保用户个人信息以及购买数字作品的种类和数量等信 息不被泄露。通常使用盲签名、群签名等数字签名机制和密码学技术实现隐 私保护，同时，在实际应用中还可利用m i x 、c r o w d 等匿名通信技术加以实现。 可跟踪性：对违法行为进行监视、跟踪并确认数据的来源，从而对违 法者进行惩戒，包括对数据的动态监测和检查，可采用网络监控技术、信息 隐藏和密钥跟踪等手段实现。 实现上述版权保护机制需要使用密码学、信息隐藏和编码学等理论和技 术，同时，需要指出的是，版权保护是一个复杂问题，单独一种或几种安全 机制和技术都不足以构造一个完整的版权保护系统。 1 3 数字多媒体版权保护的基本内容 一般而言，数字媒体版权保护的内容包括对数字内容进行安全分发和跟 踪来控制数字版权的传播、使用与转让，保证授权用户访问的真实性并且使 合法用户获得和验证自己所应得的使用权，从而最大限度地保护分发商与用 户的利益，避免版权纠纷。为实现版权保护，目前已经提出了些数字版权 哈尔溟l ：牲人学博十学位沧义 管理( d r m ) 方案，d r m 是一种保护互联网上流通数据以及其它形式多媒 体数据的拷贝权管理系统，它以保证数据的安全分发，限制数掘内容的非法 滥用并对版权进行证明为目的。通常d r m 定义权利描述语言并提供实际的 开发工具和范例系统。 目前，数字版权管理系统广泛采用的版权保护手段是基于加密、签名等 密码学手段的访问控制机制和安全通信机制，保证只有授权用户才能访问销 售商提供的产品，从而用户对数字产品的访问权限和使用受到制约，不同使 用权限受到不同级别的限制并可限制用户进行使用的次数，同时对数据在通 信中的安全进行保护。这种保护机制的研究已经比较成熟，例如，从1 9 9 0 年欧盟就对版权保护提供科研基金，现在已经有c i t e d 、c o p i c a t 、a c c o p i 、 i m p r i m a 兀7 r 、t a l i s m a n 等研究项目对网络内容安全分发和版权保护开 展了研究1 2 l ，也有若干家公司提供了相关的产品和系统，如i b m 公司的 c r y p t o l o p e 技术、r e a l n e t w o r k s 公司的h e l i xd r m 技术、o p e n m a r k e t 公司的 f o l i 0 4 产品，s o f l l o c k 公司的s o f t l o e k 产品。这种访问控制技术可有效地防止 用户对数字媒体的非法访问和操作，但是无法阻止用户对合法途径得到的数 字产品的非法复制和再分配，给销售商带来巨大的经济损失。 另一种引起广泛注意的版权保护手段是数字水印为代表的信息隐藏技 术。水印是一门古老而又年轻的学科，它用于保密通信和货币认证可追溯到 几千年前。数字水印是伴随数字化技术而出现的一种所有权认证技术，它通 过将版权信息隐藏于载体作品中实现知识产权保护，不仅用于作品的所有权 证明和版权跟踪，而且可以对作品内容的完整性进行认证。数字化技术赋予 了数字水印更多内涵，与传统水印不同，数字水印多是不可感知的，水印载 体也涵盖了所有种类的数字化作品，并且具有较好的安全性和健壮性。然而， 通常数字水印只用来标识作者、所有者、销售商等，对嵌入购买者信息并对 数字拷贝的使用、复制和盗版行为进行跟踪和监督的研究还较少。 从版权保护技术发展来看，如何通过对非法分发者的身份进行确认来对 其进行控告和惩戒，进而形成种打击非法侵权的威慑力量，已经成为版权 保护亟待解决的问题。这个问题的解决要求在版权保护中实现跟踪机制，也 就是能够对数字作品拷贝的销售、使用、流通和存储行为给予监督和控制。 如果发现携带版权信息的非法拷贝，能够追查出非法分发者并对其进行惩戒， 那么将为数字产品版权提供了更深层次的保护。数字指纹就是因此产生的一 种版权跟踪技术，它综合了密码学、信息隐藏技术，能够提供更加完善的知 识产权保护机制，是实现数字版权管理系统的新方向。 第l 章绪论 1 4 指纹与数字指纹 数字指纹技术是近几年发展起来的新型数字版权保护技术，它的原理是 销售商在其出售的数字作品拷贝中嵌入与购买者身份相关的唯一性信息，当 发现非法拷贝后，销售商凭借嵌入信息可以识别出非法拷贝的原始购买者， 进而通过法律诉讼和惩罚来达到保护版权所有者权益、对非法行为进行威慑 的目的，可以看出数字指纹实现了一种版权跟踪机制。下面分别对指纹、数 字指纹的概念与性质进行分析和阐述。 1 4 1 指纹概念与分类 “指纹”这一词汇来源于人体指纹，是指人体手指间的纹理，由于人体 指纹的多样性，通常用于辨认与区别人群中的相似个体。根据人体指纹的这 一性质，通常把能够将事物彼此区分的特征泛指为指纹。 对指纹的研究，在1 9 8 3 年，n e a lw a g n e r 最早比较全面地给出了指纹概 念p j ，他指出指纹( f i n g e r p r i n t ) 是个对象区分于其它相似对象的特征。广 义指纹( f i n g e r p r i n t i n g ) 是指“将指纹嵌入对象中并予以记录的过程，或者 是识别和记录对象内在固有指纹的过程”， 在生活中指纹使用广泛，例如，人体指纹、商品上的“序列号”、文件签 名等，人们所使用的指纹种类也较多，通常可以分类如下： 按照指纹来源可分为：被动指纹和主动指纹。被动指纹是指从事物中 提取唯一性信息作为指纹；主动指纹是指人为地对对象进行修改而获得的指 纹。 按照生成方式可分为：逻辑指纹、物理指纹。物理指纹依靠对象的物 理特征；逻辑指纹是指由计算机生成、识别和处理的逻辑标号。 按照存在方式可分为：完美指纹、统计指纹和一般指纹。完美指纹 ( p e r f e c tf i n g e r p r i n t ) 的性质是在指纹受到任何破坏后，该指纹也将不可使 用；统计指纹是指只要给定足够多被改变的样本，识别者可以获得可信的证 据来追查出侵权者；指除这两者之外的指纹被称为一般指纹。 按照指纹编码方式可分为：离散指纹和连续指纹。离散指纹是指指纹 中每个元素是有限可能值中的一个，它分为二进制指纹和n 维指纹；连续指 纹是指不限指纹元素取值构成的指纹，如实数域指纹。 作为指纹的特征除了具有唯一性外，指纹的选择还与待区分事物数目多 少有关，如果特征中信息含量( 信息熵) 越大，那么可以区分事物的数目越 哈尔滨i 样人学博十学位论文 多，区分的准确度和精度也越高。 】4 2 数字指纹概念与性质 为与通常指纹概念相区别，本文将数字作品版权保护中的指纹称为“数 字指纹”( d i g i t a lf i n g e r p r i n t i n g ) ，它是一种能够区分相似拷贝并由计算机处 理的、数字化的特征序列。通常，版权保护中的数字指纹是指一种销售商通 过在数字作品拷贝中添加唯一用户身份标记，使得发现非法拷贝后能够识别 出制作非法拷贝“叛逆者”的知识版权保护技术。为了实现版权保护的目的， 一般要求数字指纹具有如下性质： 唯一性：根据标记能够准确、快速地区分不同对象； 健壮性：要求指纹既能经受正常的处理，又应能经受住敌手的恶意攻 击，特别是要防止敌手去除指纹； 隐蔽性：指纹的存在不应当影响对象正常功能的使用，在某些情况下， 要求指纹是不为人类感觉器官所感知的，如听觉、视觉、触觉。 密码学中的数字签名和消息认证也被认为是一种指纹1 4 】，虽然它具有唯 一性和碰撞自由的性质，但是由于它与明文分离，敌手非常容易去掉原签名 而用自己的签名进行替代，因此可用于认证，不适合跟踪。由此可知，较好 的健壮性要求指纹蕴涵于对象之中，与对象密不可分，例如人体指纹具有唯 一性特征，同时属于人体中一部分且终身不变，因而经常被用于犯罪案件追 踪中。版权保护对指纹隐蔽性要求较高，感知可见指纹易于被发现并影响数 字产品质量，同时也更容易受到攻击，特别对数字产品，实时删除可见指纹 是较易实现的，因此在一般情况下要求指纹是不可感知的和鲁棒的。 1 5 数字指纹概述 数字指纹虽然提出时间不长，但已经取得了丰硕的成果，并已发展成为 涉及信息隐藏、密码学和编码理论等的综合性技术。在n w a g n e r 提出指纹 概念后，1 9 8 6 年b l a k l e y 等人的论文“f i n g e 州p f i m i n gl o n gf o r g i v i n gm e s s a g e s ” 提出了指纹编码才使人们开始思考数字指纹的价值【5 】。数字指纹从最初的抵 抗合谋攻击的离散编码问题发展至0 连续随机编码；从简单的对称指纹到匿名 指纹协议，从密钥指纹的叛逆跟踪问题到网络多媒体的销售、跟踪问题，不 论从研究领域到理论方法都获得了较大提高。 6 第1 章绪论 1 5 1 数字指纹研究问题 数字指纹作为知识产品版权保护中较为有效的技术，涉及到版权保护中 亟待解决的一系列问题，从简单的指纹特征构造、指纹生成、数字产品分发 到盗版者追踪与审判等等，并且与电子货币、电子商务、网络销售等紧密相 联。具体而言，数字指纹研究中涉及到的问题包括： 指纹隐藏问题：如何将指纹信息以一种不为人感知的形式嵌入于数字 载体中，并保证嵌入后指纹的健壮性和安全性，以便在必要时能够检测并提 取出指纹信息； 指纹编码问题：如何通过对指纹信息进行编码，解决大用户数目下构 造唯一性指纹序列的问题，要求编码能够抵抗各种攻击，包括对编码篡改、 删除、丢失等，并实现在用户集合中快速寻找出尽可能多的叛逆者； 指纹协议问题：如何在数字产品销售中公平地分发作品拷贝，以及实 现指纹构造和所有权认证，并在发现盗版作品后，如何依靠提取到的指纹找 出叛逆者，并对其进行审判。 版权保护本身在于解决信息对抗中的安全问题，按照木桶原理1 6j ，任何 方面的安全隐患将降低整个版权管理系统的安全性，对数字多媒体版权保护 而言，这三个方面有机地构成一个完善的版权跟踪管理系统，例如，指纹编 码方案与保护作品形式紧密相关，对软件保护易于选用离散指纹，对于图像、 音频则适宜使用连续指纹编码，并且编码还要考虑到指纹嵌入方法；同样， 指纹协议涉及到编码与嵌入的计算过程，过于繁琐的计算将影响协议效率。 总之，数字指纹是一个完整的系统，不能偏废一方。 这三个方面既有机地构成一个整体，又是相对独立的研究领域。在指纹 嵌入问题中，可以将数字指纹看作信息隐藏技术的一个分支，与数字水印比 较，有自身独有的要求和问题需要研究与探讨；在指纹编码问题中，编码问 题本身又有许多应用，例如，在软件、广播和d v d 版权保护中，密钥指纹 已经被广泛的作为解决方案，特别是1 9 9 4 年b c h o r 等人f 7 j 提出叛逆跟踪 ( t r a c i n gt r a i t o r s ) 问题随后，已经发展为密码学中一个独立方向，并提出白 盒黑盒跟踪等思想，被广泛应用于置顶盒中。 1 5 2 数字指纹分类 数字指纹研究中