0105114數(shù)字水印和數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)

1、PAGE PAGE 443數(shù)字水印印和數(shù)字字產(chǎn)品的的版權(quán)保保護(hù) 國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(70031020) . 孔祥維(大連理理工大學(xué)學(xué)信息學(xué)學(xué)院, 11160223)楊德禮 胡祥培培(大連理理工大學(xué)學(xué)管理學(xué)學(xué)院, 11160223)摘要 全全球迅猛猛發(fā)展的的Intternnet網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)給世世界經(jīng)濟(jì)濟(jì)帶來了了新的商商機(jī)，數(shù)數(shù)字技術(shù)術(shù)提供了了與原作作品同樣樣精美的的復(fù)制品品，但同同時(shí)使得得數(shù)字媒媒體的版版權(quán)保護(hù)護(hù)問題日日益突出出。 本本文介紹紹了最新新的多媒媒體版權(quán)權(quán)保護(hù)技技術(shù)數(shù)數(shù)字水印印的概念念，在闡闡述數(shù)字字水印的的分類和和特性的的基礎(chǔ)上上，提出出了以數(shù)數(shù)字水印印為基礎(chǔ)礎(chǔ)的數(shù)字字作品版版權(quán)保

2、護(hù)護(hù)系統(tǒng)，并研究究了數(shù)字字水印系系統(tǒng)的處處理框架架和數(shù)字字水印算算法。最最后對(duì)數(shù)數(shù)字水印印技術(shù)進(jìn)進(jìn)行了展展望。關(guān)鍵詞數(shù)數(shù)字水印印數(shù)字產(chǎn)產(chǎn)品保護(hù)護(hù) 版權(quán)權(quán)保護(hù)系系統(tǒng)1 引言言隨著多媒媒體技術(shù)術(shù)和數(shù)字字傳輸?shù)牡难该桶l(fā)發(fā)展，因因特網(wǎng)和和CD-ROMM上的數(shù)數(shù)字媒體體應(yīng)用正正在呈爆爆炸式的的增長。數(shù)字信信號(hào)處理理和網(wǎng)絡(luò)絡(luò)傳輸技技術(shù)可以以對(duì)數(shù)字字媒體（數(shù)字聲聲音、文文本、圖圖像和視視頻）的的原版進(jìn)進(jìn)行無限限制的任任意編輯輯、修改改、拷貝貝和散布布，造成成數(shù)字媒媒體作品品的原創(chuàng)創(chuàng)者巨大大的經(jīng)濟(jì)濟(jì)損失，并對(duì)數(shù)數(shù)字媒體體的安全全權(quán)限提提出了挑挑戰(zhàn)，促促使數(shù)字字媒體的的知識(shí)產(chǎn)產(chǎn)權(quán)保護(hù)護(hù)和信息息安全問問題日益益突

3、出，并已成成為數(shù)字字世界的的一個(gè)非非常重要要和緊迫迫的議題題。目前的信信息安全全技術(shù)基基本上以以密碼學(xué)學(xué)理論為為基礎(chǔ)的的，采用用的傳統(tǒng)統(tǒng)方法是是將文件件加密成成密文的的密鑰系系統(tǒng)或公公鑰系統(tǒng)統(tǒng)，提高高加密、解密系系統(tǒng)密級(jí)級(jí)的方法法是不斷斷增加密密鑰的長長度。據(jù)據(jù)報(bào)道：56 bitt長密鑰鑰的DEES可在在20多多小時(shí)內(nèi)內(nèi)攻破，因而這這種方法法在實(shí)際際中變得得越來越越不安全全1。另外外這種將將文件加加密成密密文的方方法，在在將密文文解開后后就失去去了保密密意義；加密的的密文還還容易引引起許多多好事者者的興趣趣，觸發(fā)發(fā)他們積積極破譯譯的激情情。數(shù)字字簽名技技術(shù)是一一種較新新的技術(shù)術(shù)。已用用于檢驗(yàn)驗(yàn)

4、短信息息的正式式可靠性性，雖然然數(shù)字簽簽名的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)已被被許多國國家采納納，可以以通過私私有密鑰鑰對(duì)數(shù)字字產(chǎn)品進(jìn)進(jìn)行簽名名，檢測(cè)測(cè)算法可可用來檢檢測(cè)產(chǎn)品品的內(nèi)容容是否符符合相應(yīng)應(yīng)的簽名名，但因因?qū)Χ嗝矫襟w中需需要大量量的簽名名，因而而對(duì)多媒媒體保護(hù)護(hù)的不適適用也不不方便。由此可可見目前前的保密方法法在當(dāng)今今廣泛應(yīng)應(yīng)用的IInteerneet多媒媒體信息息安全中中難以起起到全面面保障的的作用。數(shù)字水印印技術(shù)是是九十年年代中期期信息安安全領(lǐng)域域的一個(gè)個(gè)新方向向。它是是指用信信號(hào)處理理的方法法在數(shù)字化化的多媒媒體數(shù)據(jù)據(jù)中嵌入入隱蔽的的水印標(biāo)記記，并使使人的感感知系統(tǒng)統(tǒng)察覺不不出來，隱藏的的水印標(biāo)記記只

5、有通通過專用用的檢測(cè)測(cè)器才能能提取出出來的一一種最新新的多媒媒體保密密技術(shù)。數(shù)字水印印技術(shù)源源于是在在開放的的網(wǎng)絡(luò)環(huán)環(huán)境下保保護(hù)多媒媒體版權(quán)權(quán)的新型型技術(shù)，它可驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)字字產(chǎn)品的的版權(quán)擁擁有者、識(shí)別銷銷售商、購買者者或提供供關(guān)于數(shù)數(shù)字產(chǎn)品品內(nèi)容的的其他附附加信息息，并將將這些信息息以人眼眼不可見見的形式式嵌入在在數(shù)字圖圖像或視視頻序列列中，用用于確認(rèn)認(rèn)數(shù)字產(chǎn)產(chǎn)品的所所有權(quán)和和跟蹤侵侵權(quán)行為為。除此此之外，它在證證據(jù)篡改改鑒定，數(shù)據(jù)的的分級(jí)訪訪問，數(shù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品品的跟蹤蹤和檢測(cè)測(cè)，商業(yè)業(yè)視頻廣廣播和因因特網(wǎng)數(shù)數(shù)字媒體體的服務(wù)務(wù)付費(fèi)，電子商商務(wù)的認(rèn)認(rèn)證鑒定定，商務(wù)務(wù)活動(dòng)中中的票據(jù)據(jù)防偽等等方面也也具有

6、十十分廣闊闊的應(yīng)用用前景。自933年尤其其是955/966年以來來引起工工業(yè)界的的濃厚興興趣，已已成為國國際上非非?；钴S躍的研究究領(lǐng)域234。2 數(shù)字字水印的的分類和和基本特特性2.1數(shù)數(shù)字水印印技術(shù)從從不同的的角度分分類 (1) 按作用用劃分：按作用用可劃分分為魯棒棒性水印印和脆弱弱性水印印。前者者主要應(yīng)應(yīng)用于數(shù)數(shù)字作品品中標(biāo)志志著作版版權(quán)信息息，需要要嵌入的的水印能能夠抵抗抗常見的的編輯處處理、圖圖象處理理和有損損壓縮，在歷經(jīng)經(jīng)有意或或無意攻攻擊后水水印不被被破壞，仍能檢檢測(cè)出來來提供認(rèn)認(rèn)證。后后者主要要用于完完整性保保護(hù)，判判斷多媒媒體信號(hào)號(hào)是否被被篡改，對(duì)于篡篡改處能能自動(dòng)標(biāo)標(biāo)記出來來

7、，它需需要抵抗抗常見的的有損壓壓縮如JJPEGG、JPEEG20000和和噪聲等等。 (2)按按載體分分：按水水印的載載體可將將水印分分為圖像像水印、視頻水水印、音音頻水印印、文本本水印和和圖形水水印等。圖像水水印指靜靜止圖像像中加入入水印，用于圖圖像數(shù)據(jù)據(jù)庫，網(wǎng)網(wǎng)上圖片片發(fā)布等等。視頻頻水印主主要在視視頻流中中加入數(shù)數(shù)字水印印，從而而控制視視頻的應(yīng)應(yīng)用，如如DVDD的控制制存取，數(shù)字廣廣播的控控制等。文本水水印指在在在PDDF、DOCC等文本本文件中中加入水水印，防防止對(duì)文文本文件件的修改改。圖形形水印指指在計(jì)算算機(jī)生成成的二維維或三維維圖形中中嵌入水水印，以以表明版版權(quán)。 (3)按按檢測(cè)分

8、分：在檢檢測(cè)過程程中需原原數(shù)據(jù)的的技術(shù)稱稱為明水水印，其其魯棒性性較強(qiáng)，但實(shí)用用中受到到一定的的限制。無須原原數(shù)據(jù)的的檢測(cè)技技術(shù)稱為為盲水印印，此種種水印技技術(shù)應(yīng)用用較廣，尤其針針對(duì)無法法獲得原原圖象的的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)應(yīng)用，但但對(duì)水印印技術(shù)的的技術(shù)要要求較高高。 (4)按按內(nèi)容分分：有意意義水印印是指水水印是可可視圖象象，可為為二值圖圖像或灰灰度圖像像，其特特點(diǎn)為如如水印經(jīng)經(jīng)過攻擊擊受損后后人們?nèi)匀钥蓮囊曇曈X觀察察判斷。無意義義水印為為隨機(jī)碼碼，通過過統(tǒng)計(jì)決決策來確確定信號(hào)號(hào)中是否否有水印印。 (5)按按用途分分：分為為版權(quán)保保護(hù)水印印、篡改改提示水水印、票票據(jù)防偽偽水印、隱蔽標(biāo)標(biāo)識(shí)水印印。版權(quán)保護(hù)護(hù)

9、水印是是在圖像像加入水水印后，圖像的的擁有者者希望他他人看到到圖像水水印的標(biāo)標(biāo)記，并并進(jìn)行商商業(yè)性的的使用，在經(jīng)過過各種有有意攻擊擊與無意意編輯處處理后水水印仍然然存在，如果水水印遭到到破壞難難以檢測(cè)測(cè)，則版版權(quán)保護(hù)護(hù)失敗。篡改提示示水印利利用加在在圖像中中的水印印來保護(hù)護(hù)圖像內(nèi)內(nèi)容的完完整性，對(duì)篡改改的內(nèi)容容進(jìn)行標(biāo)標(biāo)注提示示，并且且需要抵抵抗有損損壓縮等等網(wǎng)上常常見的傳傳輸格式式。票據(jù)防偽偽水印是是加在紙紙質(zhì)票據(jù)據(jù)的數(shù)字字生成過過程中，歷經(jīng)印印刷、打打印、掃掃描過程程后人能能將水印印檢測(cè)出出來，需需要防止止的是復(fù)復(fù)制后水水印不再再存在。隱蔽標(biāo)識(shí)識(shí)水印是是在圖像像中加入入注釋信信息，對(duì)對(duì)圖像進(jìn)

10、進(jìn)行說明明和作者者簡介等等，不占占帶寬，要求隱隱藏的數(shù)數(shù)據(jù)量較較大。2.2數(shù)數(shù)字水印印的基本本特性數(shù)字水印印應(yīng)用在在數(shù)字作作品的版版權(quán)保護(hù)護(hù)中必須須滿足以以下基本本條件：(1) 圖像在在加入水水印后不不能改變變圖像的的視覺效效果，水水印在通通常的視視覺條件件下不可可見。(2) 加過水水印的圖圖像通過過普通的的圖像處處理技術(shù)術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)壓縮后后水印仍仍保持在在圖像之之中并能能被檢測(cè)測(cè)出來。(3) 未經(jīng)授授權(quán)者不不能偽造造水印或或檢測(cè)出出水印。(4) 水印的的圖像在在經(jīng)受印印刷、打打印、掃掃描等模模數(shù)和數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換換后仍能能檢測(cè)出出水印。3 基于于數(shù)字水水印的數(shù)數(shù)字作品品保護(hù)系系統(tǒng)3.1 數(shù)字產(chǎn)產(chǎn)品的

11、銷銷售模型型在網(wǎng)絡(luò)時(shí)時(shí)代，數(shù)數(shù)字作品品的銷售售過程也也是相當(dāng)當(dāng)復(fù)雜的的，我們們僅將相相關(guān)的過過程簡化化為以下下的模型型，見圖圖1。作作品的原原創(chuàng)作者者通過銷銷售商經(jīng)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)絡(luò)系統(tǒng)（如Innterrnett網(wǎng)）向向用戶進(jìn)進(jìn)行銷售售。在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳送送過程中中，盜版版者可以以通過現(xiàn)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)絡(luò)技術(shù)和和圖像處處理技術(shù)術(shù)復(fù)制與與原作品品同樣的的拷貝，或者進(jìn)進(jìn)行篡改改后發(fā)送送給顧客客，作為為購買者者不能保保障得到到真實(shí)的的原創(chuàng)作作品，作作為創(chuàng)作作者和銷銷售商，他們將將蒙受巨巨大的經(jīng)經(jīng)濟(jì)損失失。購買者原創(chuàng)者的作品的作品銷售商INTERNET 網(wǎng)絡(luò) 盜版或篡改圖1 數(shù)數(shù)字產(chǎn)品品的銷售售模型3.2 基于數(shù)數(shù)字水印印

12、的數(shù)字字作品版版權(quán)保護(hù)護(hù)模型我們針對(duì)對(duì)數(shù)字作作品的創(chuàng)創(chuàng)作和銷銷售模型型，考慮慮到從原原創(chuàng)者、銷售商商到購買買者之間間的權(quán)益益關(guān)系，以及防防止盜版版的各種種途徑，提出基基于數(shù)字字水印的的數(shù)字作作品保護(hù)護(hù)模型，見圖22。 Key2 Key1 Key1 +PIN1 Key1+PIN2 Key(WR)+PIN3 AWR MD AC AW AW1Watermarking1 AW2Watermarking2 AW3Watermarking3圖2 基基于數(shù)字字水印的的數(shù)字作作品版權(quán)權(quán)保護(hù)系系統(tǒng)設(shè) A為為數(shù)字作作品的創(chuàng)創(chuàng)作者，WR為 版權(quán)登登記認(rèn)證證中心，A創(chuàng)作作出數(shù)字字作品后后，向WWR進(jìn)行行作品登登記，然

13、然后選擇擇一個(gè)AA個(gè)人用用的私鑰鑰K1向向期望保保護(hù)的數(shù)數(shù)字作品品AW嵌嵌入含有有A標(biāo)志(PPIN11)的第第一個(gè)數(shù)數(shù)字水印印wattermmarkkingg1，再再將加過過水印的的數(shù)字作作品AWW1傳一一份備份份給WRR的數(shù)據(jù)據(jù)庫中，K1由由A的口口令產(chǎn)生生，具有有唯一性性。當(dāng)A決定定將其數(shù)數(shù)字作品品授權(quán)給給數(shù)字媒媒體銷售售商MDD,讓MDD銷售其其作品的的復(fù)制品品即拷貝貝時(shí)，AA需要將將MD的標(biāo)標(biāo)志（如如PINN2）結(jié)結(jié)合私鑰鑰keyy1對(duì)數(shù)數(shù)字作品品嵌入第第二個(gè)數(shù)數(shù)字水印印Wattermmarkkingg2，以以表示對(duì)對(duì)MD的授授權(quán)和認(rèn)認(rèn)可。MMD得到到加有兩兩個(gè)數(shù)字字水印標(biāo)標(biāo)志的數(shù)數(shù)字

14、作品品，并也也可以用用A的公公鑰keey2驗(yàn)驗(yàn)證A確實(shí)在在其作品品的拷貝貝中加入入了MDD的標(biāo)志志,即 Waaterrmarrkinng 22。MD作為為A的作作品銷售售商，可可以應(yīng)用用檢測(cè)水水印的軟軟件，驗(yàn)驗(yàn)證第二二個(gè)水印印的內(nèi)容容和第一一個(gè)水印印的內(nèi)容容，但MMD并不不感興趣趣破壞水水印的內(nèi)內(nèi)容，因因?yàn)檫@將將破壞他他的利益益。授權(quán)的MMD將作作品售給給授權(quán)用用戶ACC，為證證明ACC經(jīng)過授授權(quán)，為為正版用用戶，MMD用WWR的私私鑰KEEY(WWR)和和AC的的標(biāo)志（PINN3）對(duì)作作品嵌入入第三個(gè)個(gè)水印WWateermaarkiing33，并將將此信息息通知WWR，WWR發(fā)給給MD一一個(gè)

15、證書書，給AA增加一一份收益益。在此此過程中中WR充充當(dāng)認(rèn)證證中心的的作用。由此模型型可以看看出，其其中涉及及到的水水印處理理系統(tǒng)有有三個(gè)，前兩個(gè)個(gè)系統(tǒng)為為私鑰加加密，公公鑰解密密，是非非對(duì)稱的的水印處處理系統(tǒng)統(tǒng)。作后后一個(gè)系系統(tǒng)是對(duì)對(duì)稱水印印處理系系統(tǒng)，只只有WRR才可以以驗(yàn)證其其內(nèi)容。4 數(shù)字字水印系系統(tǒng)的處處理框架架數(shù)字水印印處理系系統(tǒng)可用用以下的的函數(shù)來來表示W(wǎng)WS(AA,W,K,EE,D)其中A表表示要保保護(hù)的多多媒體作作品；KK表示水水印密鑰鑰；W表示水水印，數(shù)數(shù)字水印印的產(chǎn)生生一般為為偽隨機(jī)機(jī)數(shù)等，W=WW(K,A)；E表示水水印的嵌嵌入算法法，水印印嵌入即即為將水水印嵌入入到原

16、始始數(shù)字作作品中，通式表表示：EE：W=E(AA,W)通常的算算法為：I(i)表示數(shù)數(shù)字媒體體幅值或或變換系系數(shù)，WW(i)為水印印，(i)為強(qiáng)強(qiáng)度系數(shù)數(shù)。D表示數(shù)數(shù)字水印印的檢測(cè)測(cè)算法。D：H(DD(K,W)，W為嵌嵌入水印印后的圖圖像，檢檢測(cè)算法法通常為為相關(guān)檢檢測(cè)，HH表示經(jīng)經(jīng)過檢測(cè)測(cè)算法后后的決策策結(jié)果，如H 為1則則表示有有水印，如H為為 0，則表示示無水印印。我們結(jié)合合實(shí)際應(yīng)應(yīng)用及水水印攻擊擊模型已已經(jīng)提出出了幾種種數(shù)字水水印算法法。針對(duì)對(duì)靜止圖圖像的水水印方法法可針對(duì)對(duì)灰度圖圖像、彩彩色圖像像嵌入可可視圖像像水印并并可以抵抵抗普通通的圖象象處理操操作；視視頻水印印方面研研究了針針

17、對(duì)基于于幀的MMPEGG2解碼碼或碼流流進(jìn)行水水印的加加入和檢檢測(cè)；并并研究了了基于對(duì)對(duì)象的MMPEGG4視頻頻流水印印算法；音頻方方面研究究了MPP3的水水印算法法。5 結(jié)論論數(shù)字水印印是一個(gè)個(gè)相當(dāng)新新的技術(shù)術(shù)，隨著著電子商商務(wù)的加加速發(fā)展展和網(wǎng)絡(luò)絡(luò)用戶的的直線增增長，媒媒體的保保護(hù)要求求將更加加迫切。近年國國際上已已有一些些數(shù)字水水印算法法提出。此文章章中我們們結(jié)合數(shù)數(shù)字作品品的銷售售模型，提出了了基于數(shù)數(shù)字水印印的數(shù)字字產(chǎn)品的的版權(quán)保保護(hù)系統(tǒng)統(tǒng)，該系系統(tǒng)綜合合考慮了了數(shù)字水水印技術(shù)術(shù)的特點(diǎn)點(diǎn)和加密密的對(duì)稱稱和不對(duì)對(duì)稱原則則，能充充分保護(hù)護(hù)原創(chuàng)者者和授權(quán)權(quán)銷售商商的正當(dāng)當(dāng)權(quán)益，并能對(duì)對(duì)購買

18、者者進(jìn)行版版權(quán)追蹤蹤和監(jiān)督督。系統(tǒng)統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)取決于于可靠的的數(shù)字水水印技術(shù)術(shù)和值得得信任的的版權(quán)登登記認(rèn)證證中心。而水印印技術(shù)的的抗聯(lián)合合攻擊的的魯棒性性還有待待于進(jìn)一一步提高高。參考文獻(xiàn)獻(xiàn)MacqqB,Quuisqqautter JJ. Crrypttoloogy forr diigittal TV brooadccastt. PProcceeddingg off thhe IIEEEE 19995, 833(6): 94449557F.Haartuung,M.KKuttter. Muultiimeddia wattermmarkkingg teechnniquues. Prroc. off

19、 IEEEE,19999,887(77): 10779-111077M.Kuutteer, S.KK.Bhhatttachharjjee, T.Ebrrahiimi. Toowarrds seccondd geenerratiion wattermmarkkingg scchemmes. Inn Prroceeediingss off thhe IInteernaatioonall Coonfeerennce on Imaage Proocesssinng (ICIIP99), 119999G.Vooyattziss, II.Piita. Thhe uuse of wattermmarkks

20、iin tthe prootecctioon oof ddigiitall muultiimeddia prooduccts. Inn Prroceeediingss off thhe IIEEEE, 119999, 887(77):111977-12207Digiitall waaterrmarrkinng aand Coppyriightt off Diigittal ProoducctsKongg Xiianggweii(InfformmatiionSSchoool, DaaliaanUnniveersiity of Tecchnoologgy, 11660233)Yangg Deeli Huu Xiianggpeii(Mannageemennt sschoool, DaaliaanUnniveersiity of Tecchnoologgy, 11660233)Absttracct Neww coommeerciial oppporttuniityiisemmerggedwwithh Innterrnett exxpanndinng aall