（计算机软件与理论专业论文）买方卖方水印协议中的若干安全性问题研究.pdf

r e s e a r c ho ns o m es e c u r i t yp r o b l e m so fb u y e r - s e l l e r w a t e r m a r k i n gp r o t o c o l s t h e s i ss u b m i t t e dt o s h a n g h a ij i a ot o n gu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t f o rt h ed e g r e eo f d o c t o ro fp h i l o s o p h y p e n gz e n g ( d e p a r t m e n t o fc o m p u t e rs c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ， s c h o o lo fe l e c t r o n i c sa n de l e c t r i ce n g i n e e r i n g ， s h a n g h a ij i a ot o n gu n i v e r s i t y ) t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f z h e n f uc a o s e p t e m b e r , 2 0 0 9 附件四 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 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。 学位论文作者签名：彳柏 日期：矽厂年7 月可日 附件五 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口 本学位论文属于 不保密 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：鼍烈马 日期：叩年7 月冲目 年解密后适用本授权书。 指导教师虢药菇锣 日期：1 年q 月五r 臼 上海交通大学博士学位论文答辩决议书 所在 姓名曾鹏学号 0 0 5 0 3 3 2 0 0 7计算机软件与理论 学科 指导教师曹珍富 答辩 2 0 0 9 0 9 2 3 答辩 交大闵行校区电信群楼3 号楼4 1 6 室 日期 地点 论文题目 买方一卖方水印协议中的若干安全性问题研究 投票表决结果：f ，厂厂( 同意票数实到委员数应到委员数)答辩结论：母箍过 口未通过 评语和决议： ， 曾鹏同学的博士学位论文研究了基于同态加密方案构造的买方卖方水印协议的设 计与分析，这是数字指纹技术研究领域的一个热点，选题具有重要理论意义和潜在实用 价值。 论文对于买方卖方水印协议中的若干安全性问题进行了深入研究，取得了多项创 新性成果，提出了一个不需要重复嵌入的买方卖方水印协议，并对未绑定问题提供了 一种更加高效的解决办法；设计了两个既能适合概率性隐私同态，又能解决安全验证问 ；题的买方卖方水印协议；首次提出了一个可以以零知识信息泄漏方式解决安全验证问 ：题的买方卖方水印协议；分析了f r a t t o l i l l o 所提出的水印协议，给出了安全有效的适用 ；于网络环境的买方卖方水印协议。 论文内容充实、层次分明，表达清楚，图表公式规范，答辩过程中讲述清晰，回答 问题正确，表明作者已经掌握了本学科坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识，具 有很强的独立从事科学研究的能力。答辩委员会经无记名投票，一致通过曾鹏同学的博 士学位论文答辩，并建议授予曾鹏同学工学博士学位。 m 7 年c 月哆同 职务姓名职称单位签名 一 ， 主席 陈豪教授华东师范大学 孙 链 口 委员陈志杰教授华东师范大学 p 誊乏岛辩 委 委员 阚海斌教授复旦大学 两m 口 八l 贝 黝 会委员陈克非 教授上海交通大学 成 弧瓣 n 委员骆源教授上海交通大学 贝 签 委员 名 委员 秘书 董晓蕾副教授上海交通大学 懈 买方卖方水印协议中的若干安全性问题研究 摘要 随着多媒体技术的飞速发展和宽带网络的广泛应用，越来越多的多 媒体数据可以通过网络进行分发。鉴于数字多媒体数据易于复制和操作 的特点，人们迫切需要对多媒体内容的正当使用和分发进行保护。然而 在开放的网络环境下，人们逐渐意识到严格防止非法用户的侵权拷贝基 本上是不可行的，所以就将主要研究方向集中在如何有效地追查非法拷 贝源，数字指纹就是因此而产生的一种新型的数字版权保护技术。在早 期数字指纹方案的设计中，人们研究的重点是如何通过对用户信息进行 编码而获得合谋安全的指纹代码并且实现相应的跟踪体制。这些方案都 假定销售商是可信任的，所以由他们生成带指纹拷贝并将拷贝发送给用 户。这种思路的问题在于：因为销售商和用户都拥有该带指纹的拷贝， 所以当发现被非法分发的带某用户指纹的拷贝时，将无法确定谁应该对 它负责。针对这一问题，人们将不同的密码学技术引入数字指纹来规范 销售商和用户之间的交易行为，从而使数字指纹的研究迈上了一个新的 台阶，形成了能真正实现版权保护目的的数字指纹协议。 买方卖方水印协议是基于同态加密方案而构造的一种数字指纹协 议，因其简单实用的特点而受到了研究者的广泛关注，并取得了丰硕的 研究成果。一般而言，除了上述所谓的用户权利问题之外，一个安全的 买方卖方水印协议还应该考虑诸如盗版跟踪问题、未绑定问题、重复嵌 入问题、安全验证问题、合谋问题和匿名性问题等等安全性问题。本文 全部工作就是围绕这些安全性问题而展开，研究的目的是针对目前国内 外买方一卖方水印协议所存在的缺点和问题，结合密码学、数字水印以及 信号分析等理论和技术，设计出一些更加合理、安全和高效的买方卖方 水印协议。本文主要的研究成果概括如下： 1 不需要重复嵌入的买方卖方水印协议的设计与分析。我们首先介绍 了买方卖方水印协议中关于重复嵌入问题的研究状况，然后基于 著名的l e i 等人的方案，提出了一个新的不需要重复嵌入的买方卖 方水印协议。在我们的新方案中，销售商只需要在加密域中嵌入一 个水印。如果后来销售商在市场上发现某个盗版拷贝的话，她首先 上海交通大学博士学位论文 可以在加密域中用这个水印作为搜索关键字跟踪到该拷贝的非法分 发者，然后销售商可以用这个同样的水印作为不可否认的证据起诉 该分发者。我们详细分析了新方案完成的设计目标，并讨论了新方 案的一些与具体实现相关的问题。通过与原l e i 等人的方案比较表 明，新方案不仅保持了原方案的许多优势，而且对重复嵌入问题和 未绑定问题提供了合理、有效的解决办法。 2 适用于概率性隐私同态的买方一卖方水印协议的设计与分析。我们深 入分析了确定性隐私同态的本质缺点，并指出了两个著名方案中存 在的两个问题以及对这两个问题的研究现状。我们随后对这两个方 案进行了改进。通过比较表明，我们改进后的新方案不仅去掉了原 方案中对确定性隐私同态的限制，而且能够很好的解决原方案中存 在的安全验证问题。我们的新方案是目前现有文献中第一个能够同 时解决上述两个问题的买方一卖方水印协议。 3 基于零知识水印检测( z k w d ) 的买方卖方水印协议的设计与分 析。基于a d e l s b a c h 和s a d e g h i 的z k w d 协议，我们提出了目前为 止第一个真正可以以零知识信息泄漏方式解决安全验证问题的买 方一卖方水印协议。 4 适用于网络环境的买方卖方水印协议的设计与分析。我们首先对 f r a t t o l i l l o 的水印协议做了详细的分析，指出了其存在的两个严重问 题。然后我们基于f r a t t o l i l l o 方案，提出了一个新的面向网络和匿 名的买方卖方水印协议。通过详细的安全性分析和讨论表明，我们 的新方案不仅解决了原f r a t t o l i l l o 方案中存在的问题，而且实现了 原f r a t t o l i l l o 方案的主要目标，它是一个真正高效的适用于网络环 境的买方卖方水印协议。 关键词：版权保护，数字指纹，数字水印，密码学，水印协议，隐私同 态，零知识协议 一一 r e s e a r c ho ns o m es e c u r i t yp r o b l e m so fb u y e r s e l l e r w a t e r m a r k i n gp r o t o c o l s a bs 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 fm u l t i m e d i at e c h n o l o g i e sa n dt h ew i d ed e p l o y m e n to f b r o a d b a n dn e t w o r k s ，a ni n c r e a s i n ga m o u n to fm u l t i m e d i ad a t aa l ed i s t r i b u t e dt h r o u g hn e t - w o r k s t h i si n t r o d u c e sa l lu r g e n tn e e dt op r o t e c tt h ep r o p e rd i s t r i b u t i o na n du s eo fm u l t i m e - d i ac o n t e n t ，e s p e c i a l l yi nv i e wo ft h ee a s eo fc o p y i n ga n dm a n i p u l a t i n gd i g i t a lm u l t i m e d i a d a t a i na no p e nn e t w o r ke n v i r o n m e n t ，h o w e v e r , p e o p l ec o m et or e a l i z et h a ti ti sa l m o s t i m p o s s i b l et os t r i c t l yp r e v e n tp i r a t e sf r o mc o m m i t t i n gp i r a c y , a n dt h u st h er e s e a r c hf o c u s e s o nh o wt oe f f e c t i v e l yt r a c et h es o u r c eo fi l l e g a lc o p i e s d i g i t a lf i n g e r p r i n t i n gi sa l le m e r g - i n gt e c h n o l o g yo fd i g i t a lc o p y r i g h tp r o t e c t i o nd u e t ot h i sr e q u i r e m e n t i nt h ee a r l ys t a g eo f d i g i t a lf i n g e r p r i n t i n gs c h e m e s ，t h em a j o r c o n c e r ni st oo b t a i nc o l l u s i o n - r e s i s t a n tf i n g e r p r i n t c o d e sa n dt h ec o r r e s p o n d i n gt r a c em e c h a n i s m sb ye n c o d i n gt h ec u s t o m e ri n f o r m a t i o n a l l t h e s es c h e m e sa s s u m e dt h a ts e l l e r sa l ea l w a y st r u s t w o r t h ya n da l l o w e dt h e mt og e n e r a t et h e f i n g e r p r i n t e dc o p i e s b e c a l l s eb o t ht h es e l l e r sa n d t h eb u y e r sh a v ea c c e s st ot h ef i n g e r p r i n t e d c o p i e s ，i ti si m p o s s i b l et od e t e r m i n ew h o s h o u l db er e s p o n s i b l ef o ri tw h e na ni l l e g a lr e p l i c a w i t hau s e r sf i n g e r p r i n ti sf o u n d f o rt h i sc a s e ，d i f f e r e n tc r y p t o g r a p h i ct e c h n i q u e sw e r ei n t r o d u c e di n t od i g i t a lf i n g e r p r i n t i n gt or e g u l a t et h et r a n s a c t i o nb e h a v i o ro ft h es e l l e r sa n dt h e b u y e r s t h i sm a k e sa n e ws t a g ei nt h er e s e a r c ho fd i g i t a lf i n g e r p r i n t i n ga n df o r m sad i g i t a l f i n g e r p r i n t i n gp r o t o c o lw i t ht h ea b i l i t yt ot r u l ya c h i e v e t h eg o a lo f c o p y r i g h tp r o t e c t i o n b u y e r - s e l l e rw a t e r m a r k i n gp r o t o c o l sa l ea k i n do fd i g i t a lf i n g e r p r i n t i n gp r o t o c o l sb a s e d o nh o m o m o r p h i ce n c r y p t i o ns c h e m e s t h e yh a v ea t t r a c t e dc o n s i d e r a b l ea t t e n t i o nf o rt h e i r s i m p l i c i t ya n dp r a c t i c a l i t ya n dl o t so fw o r k sh a v eb e e nd o n ei nt h i sa r e a i ng e n e r a l ，e x = c e p tf o rt h ea b o v es o - c a l l e dc u s t o m e r sr i g h tp r o b l e m ，as e c u r eb u y e r - s e l l e rw a t e r m a r k i n g p r o t o c o ls h o u l dc o n s i d e rt h ep i r a c yt r a c i n gp r o b l e m , u n b i n d i n gp r o b l e m ，d o u b l ee m b e d d i n g p r o b l e m ，s e c u r ev e r i f i c a t i o np r o b l e m ，c o n s p i r a c yp r o b l e m ，a n o n y m i t yp r o b l e m ，e t e t h i s t h e s i sf o c u s e so nt h e s es e c u r i t yp r o b l e m sa n da i m st od e s i g ns o m em o r er e a s o n a b l e ，s e c u r e ， a n de f f i c i e n tb u y e r - s e l l e rw a t e r m a r k i n gp r o t o c o l si nl i g h to ft h es h o r t c o m i n g sa n dp r o b l e m s e x i s t i n gi nt h ep r e v i o u so n e s t h em a i nc o n t r i b u t i o n s o ft h et h e s i sa r ca sf o l l o w s ： i n 上海交通大学博士学位论文 1 t h ed e s i g na n da n a l y s i so fb u y e r - s e l l e rw a t e r m a r k i n gp r o t o c o l sw i t h o u td o u b l ee m - b e d d i n g w ef i r s ti n v e s t i g a t et h er e s e a r c hs i t u a t i o no ft h ed o u b l ee m b e d d i n gp r o b l e m i nb u y e r - s e l l e rw a t e r m a r k i n gp r o t o c o l s t h e n ，b a s e do nt h ef a m o u sl e ie ta 1 ss c h e m e ， w ep r o p o s ean e w b u y e r - s e l l e rw a t e r m a r k i n gp r o t o c o lw i t h o u td o u b l ee m b e d d i n g i n o u rn e ws c h e m e ，t h es e l l e ro n l yn e e d st oe m b e do n ew a t e r m a r ki nt h ee n c r y p t e dd o - m a i n i ft h es e l l e rf i n d sa nu n a u t h o r i z e dc o p yl a t e r , t h ee m b e d d e dw a t e r m a r kc a nb e u t i l i z e da sa ni n d e xt ol o c a t et h ep i r a t ei nt h ee n c r y p t e dd o m a i n t h e nt h es e l l e rc a n t a k et h es a m ew a t e r m a r ka sa nu n d e n i a b l ep r o o fa g a i n s tt h ep i r a t e w ee x a m i n eh o w t h ed e s i g ng o a l sa r ea c h i e v e da n dd i s c u s ss o m ei s s u e sr e l a t e dt op r a c t i c a l i t y c o m p a r e d t ot h eo r i g i n a ll e ie ta l ss c h e m e ，t h en e ws c h e m en o to n l yr e t a i n ss e v e r a la d v a n t a g e s o fi t sp r e d e c e s s o r b u ta l s op r o v i d e sm o r er e a s o n a b l ea n de f f i c i e n ts o l u t i o n st ot h e d o u b l ee m b e d d i n gp r o b l e ma n dt h eu n b i n d i n gp r o b l e m 2 t h ed e s i g na n da n a l y s i so fb u y e r - s e l l e rw a t e r m a r k i n gp r o t o c o l ss u i t a b l ef o rp r o b a - b i l i s t i cp r i v a c yh o m o m o r p h i s m s w ea n a l y z et h ew e a k n e s s e so fd e t e r m i n i s t i cp r i v a c yh o m o m o r p h i s m si nd e p t ha n dp o i n to u tt w oc o m m o np r o b l e m sw i t ht w of a - m o u ss c h e m e s w et h e ni m p r o v et h et w os c h e m e s t h ec o m p a r i s o nb e t w e e nt h en e w s c h e m e sa n dt h eo r i g i n a lo n e ss h o w st h a tt h ef o r m e rn o to n l ys u c c e s s f u l l yr e m o v et h e r e s t r i c t i o no fd e t e r m i n i s t i cp r i v a c yh o m o m o r p h i s m s 。b u ta l s os o l v et h es e c u r ev e r i f i c a t i o np r o b l e me x i s t i n gi nt h el a t t e r o u rn e ws c h e m e sa r et h ef i r s to n e si nt h ee x i s t i n g l i t e r a t u r e t h a ts o l v et h et w op r o b l e m ss i m u l t a n e o u s l y 3 t h ed e s i g na n da n a l y s i so fb a s e do nz e r o - k n o w l e d g ew a t e r m a r kd e t e c t i o n ( z k w d ) b u y e r - s e l l e rw a t e r m a r k i n gp r o t o c o l s b a s e do na d e l s b a c h - s a d e g h iz k w dp r o t o c o l ， w ep r o p o s et h ef i r s tb u y e r - s e l l e rw a t e r m a r k i n gp r o t o c o lw i t ht h ea b i l i t yt ot r u l ys o l v e t h es e c u r ev e r i f i c a t i o np r o b l e mi nz e r o - k n o w l e d g ei n f o r m a t i o nl e a k i n e s s 4 t h ed e s i g na n da n a l y s i so fb u y e r - s e l l e rw a t e r m a r k i n gp r o t o c o l ss u i t a b l ef o rw e bc o n - t e x t w ef i r s ta n a l y z ef r a t t o l i u o sw a t e r m a r k i n gp r o t o c o li nd e t a i la n dp o i n to u ti t st w o s e r i o u sp r o b l e m s w et h e np r o p o s ean e ww e b - o r i e n t e da n da n o n y m o u sb u y e r - s e l l e r w a t e r m a r k i n gp r o t o c o lb a s e do nf r a t t o l i l l o ss c h e m e b yd e t a i l e ds e c u r i t ya n a l y s i s a n dd i s c u s s i o n ，w es h o wt h en e ws c h e m en o to n l ys o l v e st h ep r o b l e m se x i s t i n gi nt h e o r i g i n a lf r a t t o l i l l o ss c h e m e ，b u ta l s oa c h i e v e st h em a i ng o a l so ft h eo r i g i n a lo n e t h e n e ws c h e m ei sat r u l ye f f i c i e n ta n dw e b - o r i e n t e db u y e r - s e l l e rw a t e r m a r k i n gp r o t o c 0 1 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 lf i n g e r p r i n t i n g ，d i g i t a lw a t e r m a r k i n g ，c r y p - t o g r a p h y , w a t e r m a r k i n gp r o t o c o l ，p r i v a c yh o m o m o r p h i s m , z e r o - k n o w l e d g ep r o t o c o l 一一 目录 摘要 i a b s t r a c t ( 英文摘要) i 目录i 主要符号对照表 第一章绪论 1 1 1 研究背景 1 1 2 数字指纹技术简介2 1 2 1 指纹与数字指纹2 1 2 2 数字指纹模型和研究问题4 1 2 3 指纹协议研究现状7 1 3 本文研究内容和主要成果1 0 1 4 论文结构1 l 第二章预备知识1 2 2 1 数字水印基础1 2 2 1 1 数字水印的定义和分类1 2 2 1 2 数字水印的主要特性1 3 2 1 3 数字水印的通信模卒1 4 2 1 4c k l s 方案1 6 2 2 现代密码学基础1 8 2 2 1 密码学的基本目标及分类1 8 2 2 2 对称密钥加密2 0 2 2 3 非对称密钥加密2 0 2 2 4 同态加密方案2 l 2 2 5 哈希函数2 3 2 2 6 数字签名2 4 2 2 7 认证系统与p k i 2 4 2 3 小结2 5 第三章不需要重复嵌入的买方卖方水e l 】协议2 6 3 。l 引言2 6 3 2m w 方案2 8 3 2 1 水印生成子协议2 8 3 2 2 水印嵌入子协议2 8 3 2 3 确认盗版源予协议3 0 3 2 4 争端解决子协议3 0 上海交通大学博士学位论文 3 3l y t c 方案 3 3 1 注册子协议 3 3 2 水印嵌入子协议 3 3 3 裕别和仲裁予协议 3 4 新的不需凄重复嵌入的买方卖方水印协议 3 4 1 注册予协议 3 4 2 水印嵌入子防议 3 4 3 鉴别和仲裁了协议 3 4 4 讨论 3 5 小结 第四章适用于概率性隐私同态的买方卖方水印协议 4 1 引言 4 2 基于m w 方案的改进方案 4 2 1 交易子协议 4 2 2 豁剐和仲裁子协议 4 2 3 讨论 4 3 基于l y t c 方案的改进方案 4 3 i 注册子协议 4 3 2 水印嵌入予协议： 4 3 3 鉴别和仲裁子协议_ 4 - 3 4 讨论 4 4 小结 第五章基于z k w d 的买方卖方水印协议 5 1 引言 5 2z k w d 介绍 5 2 1 数字水印方案 5 2 2 承诺方案 5 2 3 交互式证明系统 5 2 4 零知识证明系统 5 2 5z k w d 的形式化定义 5 3 新的基于z k w d 的买方卖方水印协议 5 3 1 构建模块 5 3 2 注册子协议 5 3 - 3 水印嵌入子协议 5 3 4 鉴别和仲裁子协议 5 3 5 安全性和性能分析 5 4 小结 一一 l l 2 3 4 5 5 7 9 l 3 3 4 5 7 7 8 9 9 l 2 3 4 4 5 5 6 7 8 8 0 0 l l 3 6 8 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 s 5 l 5 5 s 5 5 6 6 6 6 6 6 6 目录 第六章适用于网络环境的买方卖方水印协议6 9 6 1 引言6 9 6 1 1 角色和记号7 0 6 2f r a t t o l i l l o 方案7 l 6 2 1 设计日标和敬计选择7 l 6 2 2 保护子协议7 2 6 2 3 鉴别和仲裁r 协议7 5 6 2 4f r a t t o l i l l o 方案分析7 6 6 3 基于f r a t t o l i l l o 方案的改进力案7 8 6 3 1 保护子协议7 8 6 3 2 鉴别和仲裁f 协议8 l 6 3 3 安全性分析和讨论8 2 6 4 小结8 4 第七章总结与展望8 5 7 1 总结8 5 7 2 展望8 7 参考文献8 8 一致谢9 7 攻读博士学位期间的论文9 8 一一 主要符号对照表 s 通过销售数字内容来获利的销售商( 卖方、商家) b 从s 处购买数字内容拷贝的消费者( 买方、用户) c a 可信任的认证中心，负责产生、分发并管理数字证书 w c a 可信任的水印认证中心，负责水印的生成和分发 a r b 负责对版权纠纷做出裁决的仲裁者 x 原始的未加水印的数字作品( 载体作品) 水印向量 0 水印嵌入运算符 y 非法分发的拷贝 c o r r ( w l ，)水印向量啊和w 2 的相关系数 0 k i ，s 向) 实体i 的公私密钥对 s i g n i ( m ) 实体i 用其私钥对消息m 的签名 ( m )用密钥琏对明文消息m 进行加密得到的密文 d k u ( m )用密钥玩对密文消息m 进行解密得到的明文 c e r t j ( i ) 认证中心j 发给实体i 的数字证书 0 ，1 +任意长度的比特字符串集合 0 ，1 p 长度为n 的比特字符串集合 竺 定义为 i s l ，i s l分别表示字符串8 的长度、集合s 的规模 8 卜f ( x )将函数，( z ) 的结果赋值为8 g c d ( a ，b ) 整数a 和b 的最大公约数 i c m ( a ，b ) 整数a 和b 的最小公倍数 ( n ) n 的e u l e r 函数 入( n ) 礼的c a r m i c h a e l 函数 v 对所有的 j 存在 a sa s元素a 属于( 不属于) 集合s a 兄s均匀随机地在集合s 中选取元素a o f 弦 n 和b 的连接 a b ，( a ，b ) 向量a 和b 的内积 i v 第一章绪论 1 1 研究背景 当前，随着计算机技术和网络技术的飞速发展，数字多媒体已经成为了我们生 活之中的一种交流方式。我们可以和许久不见的朋友分享童年的数字照片，可以和 父母分享我们孩子的家庭视频。企业和政府部门可以依靠视频会议和共享的记录报 告来提高它们的工作效率。艺术家们可以在计算机上直接创作数字作品或以数字形 式保存自己的创作成果。在当前知识经济时代，以文学艺术业、新闻出版业、广播 影视业、文化娱乐业、工艺美术业、计算机软件业、信息网络业等产业为重点的版 权相关产业取得了迅速发展，有的已具有相当的规模和实力，在经济发展过程中展 现了强劲的后发优势，成为国民经济新的增长点和新经济中的支柱产业。然而，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了巨大的威胁。盗版工具的普及化，盗版传 播的高速化，盗版危害的加速化趋势日益严重，极大地损害了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 1 3 h 。 以美国的版权产业为例。据美国国际知识产权联盟发表的报告表明，过去的1 4 世纪美国的版权产业在其国内生产总值( g d p ) 中一直保持7 0 的增长，超过其它 经济部门和整体经济g d p 增长的两倍( 分别为3 0 和3 2 ) 。2 0 0 1 年美国的核心 版权产业( 包括预录c d d v d 和磁带、视频、电影、期刊) 的产值估计为5 ，3 11 亿 美元，约占g d p 的5 2 ，从事版权产业的人数约占美国全部就业人数的6 【1 0 3 。 然而，美国的版权产业正经历着严重的收入下滑和工作岗位的减少，这其中很大一 部分原因就是因为盗版的猖獗。举例来说，美国音乐制品的单位销售额据报道在 2 0 0 0 年中期到2 0 0 3 年的两年半时间中就下滑了3 1 ，受其影响的部门不仅包括零售 商店，而且还包括生产c d d v d 工厂的员工和在由制造和分发数字多媒体构成的复 杂商业链中各个环节的工人。对当地和国家经济的负面影响则反应在当地和联邦政 府征税基准的剧烈减少。由此可见，盗版问题已经对社会经济构成了巨大的危害， 如何对数字化产品进行版权保护已经成为维护社会稳定、经济繁荣的一个重要而迫 切的问题。 人们首先想到利用密码学技术来保护版权所有者的权利【1 0 4 ，1 0 9 ，1 1 1 , “7 2 5 1 。密码 学可能是保护数字作品最常见的方法，它当然也是发展的最为完善并且衍生为一门 科学的技术之一。数字作品所有者在发送加密的数字作品之前，仅把解密密钥给予 那些购买了数字作品合法拷贝的用户。这样经过互联网的分发，虽然盗版者可以获 得加密后的文件，但没有正确的解密密钥，该文件对于盗版者来说也是无用的。不 上海交通大学博士学位论文 幸的是，这种方法并不能帮助版权所有者监视合法购买者如何处理解密后的内容。 盗版者可以先通过合法途径购买数字产品，然后使用解密密钥获得无保护的数字拷 贝，最后发行非法拷贝。换句话说，密码学技术只能保护传输中的内容，而内容一 旦被解密，保护也就随之消失，从而数字内容就变得完全透明f 2 4 】。 另一种引起广泛注意的版权保护技术是以数字水印为代表的信息隐藏技术。它 利用数字作品中普遍存在的冗余数据与随机性，把版权标记信息嵌入在数字作品之 中，从而达到保护数字作品版权或完整性的目的。数字水印技术与其它相关技术相 比有以下三个重要的优势【2 4 】：首先，水印可以是不可感知的，与条形码不同，水印 不会减损一幅图像的美观性；第二，水印与其嵌入的数字作品密不可分，和头区段 不同，当数字作品被显示或转化为其它文件格式时，水印不会被删除：最后，水印 可以经历和其所嵌入的数字作品完全相同的变换，使得通过查看得到的水印而获悉 有关操作的一些情况成为可能。数字水印的这三个优势使得它在数字媒体版权保护 方面获得了大量的应用。 数字指纹可以看作是数字水印的一种特殊应用情形，它们的主要区别在于数字 水印所代表的是产品所有者的信息，而数字指纹主要含有的是产品用户的信息。数 字指纹技术多用于网络服务中的版权保护，它主要是为那些需要向多个用户提供数 字产品拷贝，同时希望确保该拷贝不会被非法用户再分发的发行者所采用【7 2 1 。数字 指纹为版权保护提供了一种跟踪机制，它使得作品所有者能够对作品拷贝的销售、 使用、流通和存储行为进行监督和控制。一旦发现携带版权信息的非法拷贝，作品 所有者能够追查出非法分发者并通过适当的手段对其进行惩戒，从而为数字作品版 权提供更深层次的保护。数字指纹技术综合了密码学、信息编码、信号处理、数字 水印和数字通信等技术，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 1 3 1 。 1