北京大学信息科学技术学院数字媒体安全与管理技术

所有设备走向数字化……AllDevices

goingDigital所有内容走向数字化……AllContent

goingDigitalBROADBAND/WiredandWirelessEntertainment,E-Business,ServicesMEDIAPre-RecordedContentPersonalMediaConditionalAccess/Cable,Satellite,Broadcast,WirelessServices,EntertainmentAnyContent+,AnyPlace,

AnyDevice,AnyTime+AsAuthorizedMOBILEMULTIMEDIAEntertainment,PersonalPicturesandVideo,Services无处不在的网络提纲数字世界对信息平安要求Privacy〔保密性〕确认信息的保密，不被窃取Authentication&Authorization〔鉴别与授权〕确认对方的身份并确保其不越权Integrity〔完整性〕确保你收到信息没有被篡改Non-Repudiation〔抗抵赖〕有证据保证交易不被否认PAIN…核心问题是身份认证问题信息平安的根底：可信子贡问政，子曰：“足食，足兵，民信之矣。〞子贡曰：“必不得已而去，于斯三者何先？〞曰：“去食。自古皆有死，民无信不立。〞身份鉴别机密性完整性抗抵赖口令动态口令PKI/CAüüüüüüüüü数字媒体的平安信息隐藏利用人类感知系统以及计算机处理系统的冗余载体可以是任何一种多媒体数据，如音频、视频、图像、甚至文本、数据等被隐藏的信息也可以是任何形式〔全部作为比特流〕主要用于军队和平安部门信息隐藏的原理框图载体信息源载体对象c信息嵌入算法秘密消息m伪装对象c’密钥k信息提取算法秘密消息m信息隐藏的原理框图不安全信道AＢ根本框架信息隐藏的平安性信息隐藏系统的平安性系统自身算法的平安性各种攻击情况下的平安性攻击一个信息隐藏系统证明隐藏信息的存在破坏隐藏信息提取隐藏信息平安的：如果攻击者经过各种方法仍然不能判断是否有信息隐藏提纲模拟时代内容版权的核心在于介质数字时代的福音与困境数字时代的福音：创立、处理、分发、存储和体验数字内容更加方便保证用户更加方便而且完美地体验丰富的数字内容媒体应用范围迅速扩大本钱的降低载体价值：可以逼近零本钱复制本钱：几乎为零分发本钱：边际本钱逼近零困境内容和介质逐渐无关：DVD－〉闪盘〔有线、无线〕电视——〉网络电视介质作为版权控制的手段消失了……出版商C2发行商C1CmU1U2Un模拟媒体：出版业版税8~15%定价折扣价按定价购置非创意本钱：出版社、印刷厂、运输公司、书店、回收〉80%播送电视台C2播送网C1CmU1U2Un模拟媒体：开放播送电视购置版权入网费广告商或政府包月收视费CCTV广告收入每年上百亿?蓝猫?每集播出3块钱收费频道C2播送网C1CmU1U2Un模拟媒体：收费播送电视购置版权频道或节目订阅费分帐模型(网主导)分帐模型(源主导)央视高清频道年收入才一百多万各地有线电视收视费频频听证节目频道制造哭穷有谁听?NapsterUyUxUzU1U2Un数字媒体：NapsterC？M1CMmiPod1iPod2iPodn数字媒体：AppleiTunes每首歌定价0.99美元分账模型(iTunes主导)PU1PU2PUn数字媒体：移动音乐(SP模式)MobileOperatorSPaM1CMmSPbM1MmC包月或每首歌定价2/3vs.1/35,5分成或版税制缴费PU1PU2PUn数字媒体：移动音乐(运营商主导)MobileOperator中央音乐平台M1CMmSPbM1MmC包月或每首歌定价5,5分成或版税制YouTubeC2C1CmU1U2Un数字媒体：YouTubeP2PwithrightsrespectC/UC/UC/UU/CU/CU/C数字媒体over互联网今日新媒体…特点：创作：由大量的个人或团队拍摄创作的音视频或其他形式的多媒体作品传播：通过互联网进行全球性共享和快速传播使用：任何人都可以通过互联网从海量媒体中即时选择自己喜欢的内容进行欣赏打破模拟媒体的束缚：创作群体小、传播渠道固定、用户使用方式受限明日新媒体特点：交互：固定音视频节目与互动场景的有机结合，更有利于用户介入分发：节目一旦制作完成，可以自动通过Web、IPTV和Mobile等多种渠道分发版权：尊重创作、改编、分发、使用等主体之间形成明晰的版权和权益关系建设数字媒体新价值链在网络化数字空间中建设新的共生价值链提纲数字版权管理(DRM)非技术管理手段(例如CC)密码技术保护密码技术内容加密机制内容无关的加密（数据，消息…）内容相关的加密（音频、视频）数字水印媒体指纹（多层）密钥管理认证……健壮水印半脆弱水印脆弱水印图像指纹视频指纹音频指纹知识共享知识共享提纲加密保护StateofArt–工业CE:CAS(ConditionalAccessSystem)forDTVbroadcastingCSS(ContentScrambleSystem)forDVDSDMI(SecureDigitalMusicInitiative)forMP3playerDTCP(DigitalTransmissionContentProtection)CPRM(ContentProtectionforRemovableMedia)SVP(SecureVideoProcessor)HDCP(HighBandwidthDigitalContentProtection)AACS(AdvancedAccessContentSystem)forNG-DVDITDRMsolution:Intertrust,ContentGuardetcAppleDRMforiPodandiTunes(andRealHelix)MicrosoftMediaDRMSunMicrosystemsDReaM:opensourceandroyalty-freeCE:cooperateundertheflagofinteroperabilityCoralConsortium:theendof2004MarlinJointDevelopmentAssociation:startof2005StateofArt–标准MPEGIPMPMPEG-2CASinterfacetoIPMP(Part11)MPEG-4IPMP(Part13)MPEG-21IPMPOMA(OpenMobileAlliance)2002,formobileserviceOMADRM1.0,June2004OMADRM2.0,Sep.2005CMLA(ContentManagementLicensingAdministrator)DMP(DigitalMediaProject)DMM,Sep.,2003,LeonardoChiariglioneTarget:InteroperableDRMPlatformPhaseIspecifications(forPortableAudioandVideoDevices,PAVs)PhaseIIspecifications(forStationaryAudioandVideoDevices,SAVs)PhaseIITRUs(TraditionalRightsUsage)AVSDRM:CoreProfileIPTVProfile,BroadcastingProfile,AdaptiveProfile(OMA,DMP,IPMPetc.)数字电视条件接收系统

常规破解方法CW跟踪智能卡破解明文窃取保护明文—端到端平安DVDCCA〔CSS〕

DVD内容控制协会(内容加扰系统)AACS:高级存取内容系统机顶盒,DVD,VCRIP/IEEE1394PCPCIUSB802.11DTCP:数字传输内容保护

DigitalTransmissionContentProtection保护连接到监视器/高清电视的数字输出线路〔DVI—DigitalVisualInterface)和HDMI输出无压缩高清视频健壮、经济、透明的加密和设备认证支持PC和CE设备DVI/HDCPMonitorTelevisionDVDPCInternetDVI或HDMI/HDCPHDCP：宽带数字内容保护

HighBandwidthDigitalContentProtectionCPRM：移动媒体的内容保护

ContentProtectionforRemovableMediaOMA:开放移动联盟AVSDRM系统模型MicrosoftDRMinWindowsworldRealNetworksHelixAppleFairPlay苹果微软DRM遭破解CNET-20060904加密与破解加密保护的负面影响数字悬崖〔或者购置，或者什么也看不到，翻阅也不行？〕割裂市场或DRM垄断〔多内容提供商vs.多个用户〕多用户/设备共享同一内容问题〔家庭朋友之间〕合理使用问题〔数字鸿沟--翻阅，图书馆借阅〕媒体引用问题〔黑盒之间相互引用、链接？〕版权期限问题〔版权到期还是加密状态？〕数字考古问题〔后代看到的是一个个黑盒子〕SteveJobs:ThoughtofMusic

Threealternativeforthefuture(1)AppleFairplayisthemostsuccessfulDRMsysteminthemarket…tocontinueonthecurrentcourse,witheachmanufacturercompetingfreelywiththeirown“toptobottom〞proprietarysystemsforselling,playingandprotectingmusic.…Thisisthecurrentstateofaffairsintheindustry,andcustomersarebeingwellservedwithacontinuingstreamofinnovativeproductsandawidevarietyofchoices.But,only3%ofthemusiconiPodisDRMed,97%musiciniPodisno-DRMSteveJobs:ThoughtofMusic

Threealternativeforthefuture(2)AppletolicenseitsFairPlayDRMtechnologyto

currentandfuturecompetitorswiththegoalofachievinginteroperabilitybetweendifferentcompany’splayersandmusicstores.ThemostseriousproblemisthatlicensingaDRMinvolvesdisclosingsomeofitssecretstomanypeopleinmanycompanies,andhistorytellsusthatinevitablythesesecretswillleak.ApplehasconcludedthatifitlicensesFairPlaytoothers,itcannolongerguaranteetoprotectthemusic.

SteveJobs:ThoughtofMusic

Threealternativeforthefuture(3)ThethirdalternativeistoabolishDRMsentirely.ImagineaworldwhereeveryonlinestoresellsDRM-freemusicencodedinopenlicensableformats.Insuchaworld,anyplayercanplaymusicpurchasedfromanystore,andanystorecansellmusicwhichisplayableonallplayers.Thisisclearlythebestalternativeforconsumers,andApplewouldembraceitinaheartbeat.WhywouldthebigfourmusiccompaniesagreetoletAppleandothersdistributetheirmusicwithoutusingDRMsystemstoprotectit?ThesimplestanswerisbecauseDRMshaven’tworked,andmayneverwork,tohaltmusicpiracy.

SteveJobs:ThoughtofMusic

SecretTopreventillegalcopies,DRMsystemsmustallowonlyauthorizeddevicestoplaytheprotectedmusic.Toachievethis,aDRMsystememployssecrets.Thereisnotheoryofprotectingcontentotherthankeepingsecrets.Inotherwords,evenifoneusesthemostsophisticatedcryptographiclockstoprotecttheactualmusic,onemuststill“hide〞thekeyswhichunlockthemusicontheuser’scomputerorportablemusicplayer.NoonehaseverimplementedaDRMsystemthatdoesnotdependonsuchsecretsforitsoperationWhat’swrong?Secret?keykeytransferAnswer:keyissecretandshouldbetransferredinsecuremannerbutthetransferchain(theend-to-endchannelthattransferssensitiveinformationlikekey)itselfisnotsecretADRMsystembuildsthetransferchainfromcontentownertoconsumerThekeyandthecontentisoutsidecomponentsofDRMTheDRMsystemitselfisnotsecretTherealproblemisthatFairplayisacloseDRMsystemWhatisRight?Topreventillegalcopies,DRMsystemsmustallowonlyauthorizeddevicestoplaytheprotectedmusic.(Jobs)…andotherdevicesindigitalvaluechainalso…andallthedevicesfromdifferentprovidershouldtalkeachotherHowaboutWorldWideDRM?NotaclosesystemlikeFairplayButanewinfrastructureconnectingalldevicesfordigitalmediavaluechain提纲?数字媒体宣言〔DigitalMediaManifesto〕?

88种传统权利与用法

(TraditionalRightsandUsages)A:Already-establishedlegislativeTRUsofcontentcreators

B:Already-establishedlegislativeTRUsbelongingtoend-usersC:CommercialandremunerationTRUsofdirecteconomicsignificanceD:TRUsrelatedtogeneralsocialliberties

E:FundamentalTRUsfromhistoricalpracticeandinteractionwithanaloguemedia

F:Consumer-choiceTRUsrelevanttothehigh-techenvironmentA:作者的既有法定权利

11TRUofattribution归属权22TRUtoberecognizedastheauthor(paternity)署名权23TRUnottobemiscreditedastheauthor(misattribution)24TRUfortheauthor'sworknottobetamperedwith(integrity)32TRUofwithdrawal/objection34TRUofreproduction36TRUofdistribution43TRUofreputation45TRUoffirstpublication/disclosure46TRUofparody47TRUoffactualreportingA:作者的既有法定权利(续)48TRUtorestrictaccesstounpublishedmaterial49TRUoflending50TRUoftranslation59TRUofmoralrights61TRUofcommunicationtothepublic62TRUofapplyingtechnologicalaccessrestrictions76TRUtorestrictadaptation77TRUtorestrictperformance84TRUnottoapplyDRMtoapieceofcontent87TRUtodeterminecontextofuseB:用户的既有权利01TRUtoquote07TRUtousecontentwhosecopyrighthasexpired33TRUoffairuse52TRUofunpublishedrecording53TRUofdevelopingnationsexception54TRUofcopyingforclassroominstruction55TRUtoaccesscontentinlibrariesC:具有的直接经济效益的商业和报酬权15TRUnottobecounterfeited不被伪造16TRUthatsalesdisplayswillfollowacceptablepractice17TRUtobeignorantofusage25TRUof"Firstsale"/Personalloan38TRUofreciprocalprotection39TRUofrespectforsaleroyaltiestermsandconditions40TRUofrespectforperformanceroyaltiestermsandconditions41TRUofrespectforresaleroyaltiestermsandconditions42TRUofequitableremuneration44TRUofreasonablemodification35TRUofeconomicexploitationC:具有的直接经济效益的商业和报酬权(续’)37TRUofcontractualcommerce51TRUofregionalpricing60TRUofrental78TRUcontractingformiddle-mentobroadcast79TRUcontractingformiddle-mentopublish80TRUcontractingformiddle-mentorelease81TRUcontractingformiddle-mentopromote83TRUofperformance85TRUtosyndication86TRUtochoosemodeofeconomiccompensationD:一般社会权利03TRUtospaceshiftcontent04TRUtotimeshiftcontent08TRUtocommunicateprivately09TRUtopublishcontentanonymously10TRUtousecontentanonymously12TRUofanonymity19TRUofcontinuedaccess20TRUofpoliticalfreedom21TRUoffreedomofart26TRUtotranscode29TRUtodigitalmediarental30TRUtofreedomfrommonitoring74TRUtoimproveend-userexperienceE:

既成惯例和与模拟媒体相关的交互

02TRUtomakepersonalcopy13TRUtoannotateforpersonaluse14TRUtoeditforpersonaluse18TRUtoapplyaratingtoapieceofcontent27TRUtomakeprohibitedcontentinaccessible28TRUtotimebasedadvertising56TRUofauthenticityofcontentguaranteed63TRUtodistributelower-resolutioncopiesonly64TRUtocompelreal-timeonlyconsumption65TRUtorestrictplaceofuse66TRUtorestricttimeofuse73TRUtosharecontentwithmembersofagroup82TRUofadaptation88TRUtomakeaprintofavideoscene(repurposing)05TRUtomakeplaybackdevice06TRUtochooseplaybackdevice31TRUofreverseengineering58TRUtochoosethedeliverysystem57TRUtochoosetheservice67TRUtomakecontentcreationdevice68TRUtoassigncontentdescription69TRUtoaccesscontentofone'schoice70TRUtorunapplicationsofone'schoice71TRUtoattachplaybackdevicesofone'schoicetoanetwork72TRUtoaccessinformationaboutcontent75TRUtochoosesecurity数字媒体方案

DigitalMediaProjectMPEG主席Leonardo为首发起的一个非赢利性的组织中科院计算所/北京大学是发起单位目前已经有来自不同国家21个机构参与DMP，具备一定的广泛性，一些著名的大学、工业领域的诸多研究机构以及其它国际标准化组织积极响应。每个季度举行一次GA，截止2021年05月，DMP已经召开了18次GA，发布了一千多份工作文件。DRM产业链的主要角色许可证管理域管理内容提供DRM工具开发终端及其管理ISO23000-5:参考模型MediaStreamingPlayerMediaStreamingPlayerDomainManagementDeviceIPMPToolProviderDeviceMediaStreamingPlayerLicenseProviderDeviceContentProviderDeviceScopeofthestandardChilloutHomepageofChilloutat:///ChilloutSourcecodeEvolvementChilloutFiles:63,535Size:1.21GBChilloutRepositorySnapshotSVN@://Chillout的主要内容DMPDevicesinValueChainChillout_CCDContentitemsInthispanel,youcanoperatetothecontents,resourcesorDRMtoolsConnecttoTPDandgetIPMPToolCPD:ContentProviderDeviceLPD:LicenseProviderDeviceDID:DeviceIdentificationDeviceDMD:DomainManagementDeviceTPD:ToolProviderDeviceChillout_SAVPlayerpanelPlayaDCF电子商务结算内容门户P2P博客受控内容传播一种新模型：目的C1CnMU1U2Un内容拥有者C：创作者M：媒体公司内容消费者U：用户电子商务结算内容门户P2P博客受控内容传播C1U1一种新模型：金融关系CnMU2Un收入帐户支付帐户电子商务结算内容门户P2P博客受控内容传播C1U1一种新模型：版权关系CnMU2Un许可代理代理授权销售电子商务结算内容门户P2P博客受控内容传播内容注册中心C1U1设备注册中心一种新模型：不依赖代理CnMU2Un许可代理代理授权销售电子商务结算内容门户P2P博客受控内容传播内容注册中心C1U1设备注册中心应用场景举例：开放内容交易平台CnMU2Un许可代理代理授权销售(1)请求许可(0)受控内容传播(0)受控内容传播(2)验证设备(2)验证内容(3)支付请求(4)发放许可C:AuthororCreatorM:MediaCompanyU:User/Subscriber提纲数字水印的定义数字水印是永久镶嵌在其他数据〔宿主数据〕中具有可鉴别性的数字信号或模式，并且不影响宿主数据的可用性数字水印用于版权保护的数字水印：将版权所有者的信息，嵌入在要保护的数字多媒体作品中，从而防止其他团体对该作品宣称拥有版权用于盗版跟踪的数字指纹：同一个作品被不同用户买去，售出时不仅嵌入了版权所有者信息，而且还嵌入了购置者信息，如果市场上发现盗版，可以识别盗版者用于拷贝保护的数字水印：水印与作品的使用工具相结合〔如软硬件播放器等〕，使得盗版的作品无法使用数字水印的特点不可感知性从感观上和统计上都不可感知稳健性数字水印应该难以被擦除，任何试图完全破坏水印的努力将对载体的质量产生严重破坏好的水印算法应该对信号处理、几何变形、恶意攻击等具有稳健性数字水印加载和检测流程数字水印的应用版权保护：说明对数字产品的所有权数字指纹：用于防止数字产品被非法复制和散发认证和完整性校验：验证数字内容未被修改或假冒内容标识和隐藏标识：多媒体内容检索使用控制：控制复制次数内容保护：保护内容不被滥用数字水印的研究方向理论数字水印模型、隐藏容量、抗攻击性能等算法研究具有更高性能的水印算法标准真正起到数字版权管理的作用，还需要完善一系列的标准和协议数字水印：存在的问题嵌入内容拥有者相关的信息：这是我的！嵌入Logo：贴上我的招牌！嵌入唯一性信息〔例如签名〕：证明是我的！嵌入方式：公开或保密鉴定方式：公开或零知识协议面临的问题抗变换能力有强有弱抗擦除能力未能过关数字指纹：嵌入用户信息加法的误区加法的误区要支持加法，必须有平安根底设施支持真平安吗？谁卖单？消费设备本钱的增加升级问题模拟漏洞一旦得到视频内容，那么进入模拟空间，上述数字保护手段将有效“加法〞悖论：只在“加法〞范围内有效加密：加密前的内容？解密后的内容？加数字水印：还未加水印的原始内容？擦除水印后的内容？加数字指纹：指纹加载之前的内容指纹抹除或共谋破坏后的内容未点明的事实提纲网络的启示与假设假设前提：越来越多的公共空间将网络化在公共空间传播未授权内容是非法的，法律约束在私人空间的共享使用属于合理使用存在的问题未网络化的公共空间

合理使用，减少数字鸿沟媒体版权保护准确监测在公共空间中是否有非法内容传播通过网络在公共空间进行媒体追踪走减法路线，学习模拟时代从媒体中抽取关键内容进行保护，非关键内容保持不变从媒体中抽取独特的不变特征作为标识，用于版权监管媒体指纹媒体指纹〔mediaprint〕是我们造的一个概念，是从图像、视频、音频等媒体内容中提取的、能够唯一标识该内容的一个表征同类概念：指纹〔fingerprint〕、声纹(voiceprint)是标识个人身份的独特生物特征一样同义概念：Xfingerprint,perceptionhash,visualsignature下位概念：auralprint(音纹)、documentprint,sourcecodeprint、dataprint媒体指纹的两个根本特性视纹对同一媒体的不同变化(失真)具有唯一性，对不同视频的具有强区分性健壮性，即对同一个媒体内容的多种变形〔例如不同压缩编码格式、模数转换、尺寸变化等〕具有不变性独特性，按照同一方法从不同媒体内容中抽取的视纹应该不同相互矛盾的要求唯一性：应尽可能提取出所有不变特征，以降低冲突概率稳定性：抵抗各种变化的不变特征是有限的合理的边界：不变特征是那些一旦改变就会对内容的实际使用〔感知〕带来不可挽回的影响数字网络空间中的版权管理PublicDomain-Physicalspace-Virtual:InternetContentOwnerPrivateDomain-Personal-FamilyPublicShare-Library-EducationvisualprintAuthorityRegistrationAuthenticationTracing应用逻辑：密码DRMvs.媒体指纹盗版用户加密保护合法用户

媒体指纹保护下的合法用户靠加密逃避监管的非法用户媒体指纹逼迫非法用户为逃避监管支付本钱(警察抓小偷)应用逻辑：数字水印vs媒体指纹嵌有水印的有损媒体合法空间非法空间擦除水印的媒体无损媒体有变形损失的媒体无损媒体应用逻辑：数字指纹vs.媒体指纹嵌用户指纹的有损媒体合法用户非法用户擦除用户指纹的有损媒体无损媒体无损媒体有变形损失的媒体三类应用，同一需求盗版节目监测：一个受版权法保护的电影或音乐并编码成不同格式在网络上传播，或者在电影院中用个人摄像机翻拍后重新压缩后发行，或者其中的片断被剪辑后在视频网站上共享，发现、过滤这些盗版变体节目是实现数字版权保护所必需的；非法节目封堵：色情、暴力、反动节目的网络传播已经成为社会公害，如何监测、拦截、封堵这些节目在互联网上的传播已经成为网络时代必须解决的社会问题；副本检测发现〔duplicatedetection〕：在一个海量多媒体管理系统〔包括互联网〕存在一个节目的多个副本，其格式、尺寸等具体形态不同但是内容相同，如果能够将内容相同的多个副本识别出来，那么能通过音视频的身份标识建立语义链接，支持节目跟踪、信息组织、自动标注、媒体搜索等应用。音频指纹定义(AudioFingerprinting)也被称为AudioHash或者AudioIdentification。它是通过某种算法提取音频资源中的不变性特征作为该音频的标识符。根本特性健壮性〔robustness〕可靠性〔reliability〕尺度大小〔size〕颗粒度〔granularity〕搜索速度〔searchspeed〕可升级性〔scalability〕音频指纹音频指纹的系统框架图offlineonline音频指纹目前的特征提取主要是在频域进行的Pre-ProcessframingT-FtransformFeaturealgorithmPost-Process从单个频谱带中提取特征从多个频谱带中提取特征从整个频谱带中提取特征fingerprint音频指纹提出的算法主要是在MPEG-7提出的音频描述子AudioSpectralFlatness〔ASF〕的根底上进行改进，其改进局部包括以下四个局部在ASF公式中参加了权值因子对进行特征计算的音频谱进行对数分组应用了中外耳的处理函数使用了有效的数据滤波函数音频指纹特征提取算法框架音频指纹Filtering平滑滤波器组

Y(i,j)=X(i,j)·H1·H2·H3HumanAuditorySystem〔HAS〕使用中外耳函数进行频谱调整音频指纹音频指纹特征查找策略和方法特征存储及查找存放在指纹数据库中的指纹数据是每个完整的源音频的指纹特征而查询的音频可以是一个完整的音频也可以是完整音频的任何地方开始的一个音频片段我们算法中使用了以下的特征存储及查找策略源音频按音频块不重叠地进行特征提取并保存查询音频按音频块滑动窗口移动M个音频帧进行特征提取并查询音频指纹特征查找策略和方法特征存储及查询1-源音频特征存储2-查询音频音频块滑动………试验结果数据集大小：470个音频文件〔大约40小时〕类型：摇滚，hip-hop，乡村音乐，民族音乐，其他流行音乐，还包括钢琴曲，笛声，二胡，葫芦丝等乐器演奏音频。变形种类：a)插入2s静音b)幅度值均衡化80%c)22kHzd)32kHze)44kHz