數(shù)字版權(quán)管理與數(shù)字水印技術(shù)

1、數(shù)字版權(quán)管理與數(shù)字水印技術(shù)Digital right management (DRM) and watermarking內(nèi)容知識產(chǎn)權(quán)知識多媒體信息安全知識數(shù)字版權(quán)管理概況數(shù)字水印技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)知識產(chǎn)權(quán) 伴隨著人類文明與商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，誕生了知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)制度，并日益成為各國保護(hù)智力成果所有者權(quán)益、促進(jìn)科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、進(jìn)行國際競爭的有力的法律措施。知識產(chǎn)權(quán)基本知識知識產(chǎn)權(quán)是指受法律保護(hù)的人類智力活動的一切成果。它包括：文學(xué)、藝術(shù)和科學(xué)作品；表演藝術(shù)家的表演及唱片和廣播節(jié)目；人類一切活動領(lǐng)域的發(fā)明；科學(xué)發(fā)現(xiàn)；工業(yè)品外觀設(shè)計(jì)；商標(biāo)、服務(wù)標(biāo)記以及商業(yè)名稱和標(biāo)志；制止不正當(dāng)競爭，以及在工業(yè)、科學(xué)、文

2、學(xué)或藝術(shù)領(lǐng)域內(nèi)由于智力活動而產(chǎn)生的其他一切權(quán)利。當(dāng)今世界各國制定了不少有關(guān)保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的法規(guī)和國際性、地區(qū)性的協(xié)定或公約。一般將其分為兩大類：著作權(quán)(又稱版權(quán))工業(yè)產(chǎn)權(quán)知識產(chǎn)權(quán)的特點(diǎn) 專有性(又稱獨(dú)占性、壟斷性、排他性)，例如同一內(nèi)容的發(fā)明創(chuàng)造只給予一個(gè)專利權(quán)，由專利權(quán)人所壟斷；地域性，即國家所賦予的權(quán)利只在本國國內(nèi)有效，如要取得某國的保護(hù)，必須要得到該國的授權(quán)(但伯爾尼公約成員國之間都享有著作權(quán))；時(shí)間性，知識產(chǎn)權(quán)都有一定的保護(hù)期限，保護(hù)期一旦失去，即進(jìn)入公有領(lǐng)域。多媒體信息安全多媒體信息的威脅和攻擊多媒體信息安全多媒體信息安全的要素1完整性 完整性是指信息在存儲或傳輸過程中保持不被修改、不

3、被破壞、不被插入、不延遲、不亂序和不丟失的特性。破壞信息的完整性是對信息安全發(fā)動攻擊的目的之一。2可用性 可用性是指信息可被合法用戶訪問并按要求順當(dāng)使用的特 性，即指當(dāng)需要時(shí)可以取用所需信息。對可用性的攻擊就是阻斷信息的可用性，例如破壞網(wǎng)絡(luò)和有關(guān)系統(tǒng)的正常運(yùn)行就屬于這種類型的攻擊。多媒體信息安全3機(jī)密性 保密性是指信息不泄漏給非授權(quán)的個(gè)人和實(shí)體，或供其利用的特性。4不可抵賴性 不可抵賴性是防止發(fā)送方或接收方抵賴所傳輸?shù)南?。因此，?dāng)發(fā)送一個(gè)消息時(shí)，接收方能夠證實(shí)該消息的確是由所宣稱的發(fā)送方發(fā)送的。類似地，當(dāng)接收到一個(gè)消息時(shí)，發(fā)送方能夠證實(shí)該消息的確是由所宣稱的接收方接收的。5可控性 可控性是指

4、授權(quán)機(jī)構(gòu)可以隨時(shí)控制信息的機(jī)密性。 多媒體信息安全的基本要求是機(jī)密性、完整性和可用性。 DRM是多媒體信息安全領(lǐng)域一個(gè)重要的問題. 多媒體信息安全問題和解決方法DRM歸屬關(guān)系示意圖知識產(chǎn)權(quán)問題多媒體信息安全問題數(shù)字版權(quán)管理DRM問題數(shù)字版權(quán)管理(DRM)概況DRM概念DRM目的DRM當(dāng)前重要意義DRM應(yīng)用DRM技術(shù)與手段DRM概念DRM是以一系列軟、硬件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)字多媒體內(nèi)容的保護(hù)，使其免受未經(jīng)授權(quán)的播放和復(fù)制的侵害，使數(shù)字多媒體內(nèi)容的購買者在指定的授權(quán)范圍內(nèi)使用其購買的內(nèi)容。DRM技術(shù)通過對數(shù)字多媒體內(nèi)容進(jìn)行加密和附加使用規(guī)則對數(shù)字多媒體內(nèi)容進(jìn)行保護(hù)。其中，使用規(guī)則可以判斷用戶是否符合播

5、放數(shù)字多媒體內(nèi)容的條件。使用規(guī)則一般可以防止內(nèi)容被復(fù)制或者限制內(nèi)容的播放次數(shù)。操作系統(tǒng)和多媒體中間件用來負(fù)責(zé)強(qiáng)制實(shí)行這些規(guī)則。DRM是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)出版、發(fā)行等產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)。DRM不僅僅指版權(quán)保護(hù)，同時(shí)也提供了數(shù)字媒體內(nèi)容的傳輸、管理和發(fā)行等一套完整的解決方案，因此DRM是一個(gè)系統(tǒng)概念，它包含數(shù)字版權(quán)信息使用，受版權(quán)保護(hù)的數(shù)字媒體內(nèi)容的管理和分發(fā)。關(guān)于DRM，一個(gè)比較正規(guī)的說法是“DRM是對有形和無形資產(chǎn)版權(quán)和版權(quán)所有者關(guān)系的定義、辨別、交易、保護(hù)、監(jiān)控和跟蹤的手段?！?DRM目的不僅僅阻止非法獲取或共享數(shù)字資源更重要的是使得合法用戶更為便利地獲取更多的、更高質(zhì)量的數(shù)字資源同時(shí)，為創(chuàng)造、發(fā)布和消費(fèi)

6、數(shù)字產(chǎn)品資源創(chuàng)造更多市場。DRM目的 讓誠實(shí)的人可以信賴： 客戶對產(chǎn)品的合法使用不會受到阻礙 對電子或硬拷貝形式的資料進(jìn)行保護(hù) 對產(chǎn)品的許可、活動及使用進(jìn)行全程跟蹤 產(chǎn)品活動歷史記錄 數(shù)字版權(quán)管理信任書 經(jīng)重新分配的硬拷貝文件(即：影印本) 對客戶在我們產(chǎn)品上的投資進(jìn)行保護(hù) 如客戶對其帳戶使用不當(dāng)，會通知他們由此造成的潛在安全性違約 通過數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)加強(qiáng)順應(yīng)性DRM當(dāng)前重要意義經(jīng)濟(jì)方面數(shù)字產(chǎn)品市場巨大（數(shù)字內(nèi)容、傳遞服務(wù)、消費(fèi)設(shè)備）用戶需求(隨時(shí)、隨地、任意服務(wù)種類)政治方面中國加入 WTO 2008 奧運(yùn)會即將召開 急需改變中國不重視知識產(chǎn)權(quán)的形象發(fā)達(dá)國家和中國IT標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)方面網(wǎng)絡(luò)渠道（

7、快捷、廉價(jià)、無線） 數(shù)字存儲（廉價(jià)且大容量）壓縮標(biāo)準(zhǔn)Standards (e.g., MPEG, AVS)提供大比例壓縮市場方面缺乏有效的 DRM系統(tǒng)導(dǎo)致更少的高質(zhì)量數(shù)字作品誕生用戶經(jīng)驗(yàn)不如預(yù)期好DRM的應(yīng)用Digital Entertainment 數(shù)碼娛樂Electronic Commerce 電子商務(wù)Electronic Books and Publications 電子書籍和出版Digital Libraries 數(shù)字圖書館Distance Learning 遠(yuǎn)距離學(xué)習(xí)Health Record Management 病歷管理Secure Web Services 安全網(wǎng)絡(luò)服務(wù)Ente

8、rprise management 企業(yè)管理Secure Database Management 安全數(shù)據(jù)庫管理Trusted Computing 可信任計(jì)算Privacy Protection 隱私保護(hù)任何需要允許、授權(quán)和訪問控制的DRM保護(hù)版權(quán)的步驟DRM保護(hù)版權(quán)的步驟數(shù)字內(nèi)容注冊數(shù)字內(nèi)容保護(hù)數(shù)字內(nèi)容解密版權(quán)信息植入版權(quán)控制方式全新的試用-付費(fèi)-使用運(yùn)營模式DRM的討論 DRM 是安全可靠的版權(quán)保護(hù)設(shè)計(jì)，它的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下兩點(diǎn): 無法復(fù)制：許可證與用戶注冊時(shí)計(jì)算機(jī)特征緊密綁定，數(shù)字內(nèi)容的正確解密完全依賴于用戶的注冊是否合法； 靈活性：可以用一個(gè)許可證管理多個(gè)文件，可以為許可證添加有效期

9、，可以使用多個(gè)許可證進(jìn)行管理等等，諸多的靈活性，完全取決于內(nèi)容提供商的應(yīng)用。 DRM的討論但是，DRM考慮的主要是數(shù)字產(chǎn)權(quán)問題，或者說版權(quán)問題。如果我們試圖制定一個(gè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，使不僅是設(shè)計(jì)者，而且所有參與者（例如，創(chuàng)作者、生產(chǎn)者和消費(fèi)者）都可以受益，那么需要重視的就不僅僅是技術(shù)方面，還應(yīng)該考慮社會影響，那么，DRM可能不是正確的答案！ “使用者（消費(fèi)者）并不是小偷，DRM 的體制是通過減少所有的發(fā)行來減慢拷貝，而沒有尊重用戶認(rèn)為自己應(yīng)該享有權(quán)利?！保∕ark S. Manasse, 康柏系統(tǒng)研究中心：為什么權(quán)力管理是錯(cuò)誤的，/2000/12/drm-ws/pp/compaq.html）潛伏著很大

10、的被濫用的可能性：隱私，使用跟蹤，訪問限制（審查制度） 我們需要保護(hù)數(shù)字內(nèi)容的“合理使用（fair use）” DRM相關(guān)技術(shù)以數(shù)據(jù)加密和防拷貝為核心的DRM技術(shù) 采用一定的數(shù)學(xué)模型，對原始信息進(jìn)行重新加工，使用者必須提供密碼，才能提取到正確的原始信息。 數(shù)字水印技術(shù) 目前，使用最為普遍的數(shù)字版權(quán)和內(nèi)容保護(hù)技術(shù)是數(shù)字水印（Digital Watermark）。它使用一定的算法， 在被保護(hù)內(nèi)數(shù)字多媒件內(nèi)容（圖像、聲音、視頻信號等）中嵌入某些標(biāo)志性信息（稱為數(shù)字水?。?，來達(dá)到證明版權(quán)歸屬和跟蹤侵權(quán)行為的目的。 DRM相關(guān)技術(shù)數(shù)字簽名技術(shù)人們通過為消息附上電子數(shù)字簽名，使簽名者對消息的內(nèi)容負(fù)責(zé)，而不

11、可以在事后進(jìn)行抵賴。 數(shù)字簽名是基于公鑰密碼體制的。利用私鑰加密、公鑰解密核對消息摘要，由于私鑰匙唯一且隱秘的，因此簽名具有不可抵賴性。數(shù)字水印技術(shù)數(shù)字水印技術(shù)屬于信息隱藏技術(shù)的一個(gè)分支。數(shù)字水印技術(shù)應(yīng)用于DRM的數(shù)字水印技術(shù)：版權(quán)標(biāo)記水?。ò鏅?quán)歸屬標(biāo)志）數(shù)字指紋水?。ūI版者追蹤用途）內(nèi)容認(rèn)證水印（內(nèi)容完整性驗(yàn)證）使用控制水?。ㄈ鏒VD防拷貝系統(tǒng) ）基本原理 數(shù)字水印嵌入原理 數(shù)字水印恢復(fù)原理 特點(diǎn)和要求 1.水印要直接嵌入數(shù)據(jù)中 而不是將水印放在數(shù)據(jù)文件的頭部或尾部等位置。 2.透明性 不影響原數(shù)據(jù)的使用價(jià)值，如：不影響圖像的視覺效果、真實(shí)性，不容易被人的知覺系統(tǒng)覺察，或不易引起人的注意。

12、3.魯棒性 不同的應(yīng)用對魯棒性要求不一樣，一般都應(yīng)能抵抗正常的圖像處理，例如濾波、直方圖均衡等。用于版權(quán)保護(hù)的魯棒水印需要最強(qiáng)的魯棒性，需要抵抗惡意攻擊，而易損水印、注釋水印不需抵抗惡意攻擊。 4.安全性 一個(gè)水印體制要走向商業(yè)應(yīng)用，其算法必須公開。算法的安全性完全取決于密鑰，而不是對算法進(jìn)行保密以取得安全性。所以，密鑰空間需足夠大，而且分布比較均勻。另外，魯棒水印需要能抵抗各種惡意攻擊，易損水印要能抵抗“偽鑒別”攻擊。 特點(diǎn)和要求5.提取水印不需要原始數(shù)據(jù) 很多應(yīng)用場合無法確定原始數(shù)據(jù)（例如，在Internet上搜索很多圖像的非法拷貝），或者根本沒有原始數(shù)據(jù)（例如，可用于數(shù)碼相機(jī)的易損水印）

13、。但也有一些場合可以利用原始數(shù)據(jù)，以提高提取水印的準(zhǔn)確性。 6.計(jì)算復(fù)雜度 不同應(yīng)用對水印嵌入算法和提取算法的計(jì)算復(fù)雜度有不同的要求。例如指紋水印要求嵌入算法速度要快，而對檢測算法則不需要很快；其他的水印一般對嵌入的速度要求不高，但對檢測的速度要求很快。 7.比特率（容量） 不同應(yīng)用對嵌入水印的比特率有不同的要求。一般來說，注釋水印要求有較高的嵌入比特率，魯棒水印次之，而易損水印在這方面的要求不是重點(diǎn)。典型算法 空間域方法 早期的空間域方法主要是修改圖像的最低有效位（LSB）。在STO1994中，通過修改最低的兩個(gè)有效位來嵌入水印，這種算法嵌入數(shù)據(jù)量可以很大，但明顯缺乏魯棒性；在Car1995

14、中，作者建議在數(shù)字圖像中加入不可見的細(xì)小的幾何模式（tag）；Bender等BGML1996提出“Patchwork”算法，通過改變圖像數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征來嵌入水印，此算法嵌入比特率低，不能抵抗共謀攻擊；在Bra1997中，作者通過先將圖像經(jīng)過低通濾波來加強(qiáng)水印的魯棒性。 典型算法DCT 變換域方法 I. J. Cox等建議擴(kuò)頻數(shù)字水印CKLS1996 CKLS1997，將水印嵌入視覺重要區(qū)域。算法通過改變除DC系數(shù)外的1000個(gè)最重要的DCT（對整個(gè)圖像作二維變換）系數(shù)，嵌入高斯偽隨機(jī)序列，作為水印。此算法有較強(qiáng)的魯棒性，能抵抗IBM攻擊和共謀攻擊，但一般需要原始圖像來提取水印。與此方法類似，可

15、以采用分塊DCT變換（RDB1996），或8x8分塊DCT變換（BP1996），但不是所有的分塊都用來嵌入水印，而且改變的是中間頻率的系數(shù)。這類方法抵抗幾何變換的能力都比較弱。 Swanson等利用空間掩蔽特性，計(jì)算每個(gè)DCT系數(shù)允許改變的最大限度，確保水印的透明性SZT1996。Zeng等提出了一個(gè)混合算法，既修改全局DCT變換的低頻系數(shù)，又在中間頻率的系數(shù)中嵌入一個(gè)擴(kuò)頻信號Fri1998。 數(shù)字水印與加密的區(qū)別保護(hù)的有效范圍不同。傳統(tǒng)的加密方法對內(nèi)容的保護(hù)只局限在加密通信的信道中或其他加密狀態(tài)下，一旦解密，則毫無保護(hù)可言；而數(shù)字水印不影響宿主數(shù)據(jù)的使用，只是在需要檢測隱藏的那一部分?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)才

16、進(jìn)行檢測，之后仍不影響其使用和隱藏信息的作用。加密為盜版事前保護(hù)手段,數(shù)字水印為事后追究證據(jù). 需要保護(hù)的時(shí)間長短不同。一般來說，用于版權(quán)保護(hù)的魯棒水印要求有較長時(shí)間的保護(hù)效力。 對數(shù)據(jù)失真的容許程度不同。多媒體內(nèi)容的版權(quán)保護(hù)和真實(shí)性鑒別往往需容忍一定程度的失真，而加密后的數(shù)據(jù)不容許一個(gè)比特的改變，否則無法脫密。應(yīng)該注意到，傳統(tǒng)的以密碼學(xué)為核心技術(shù)的信息安全和數(shù)字水印技術(shù)不是互相矛盾、互相競爭的技術(shù)，而是互補(bǔ)的。例如，將秘密信息加密之后再隱藏，這是保證信息安全的更好的辦法，也是更符合實(shí)際要求的方法。 現(xiàn)階段數(shù)字水印的應(yīng)用狀況 IBM公司在其“數(shù)字圖書館”軟件中就提供了數(shù)字水印功能，Adobe公

17、司也在其著名的Photoshop軟件中集成了Digimarc公司的數(shù)字水印插件。然而實(shí)事求是地說，目前市場上的數(shù)字水印產(chǎn)品在技術(shù)上還不成熟，很容易被破壞或破解，距離真正的實(shí)用還有很長的路要走。 目前，美國、日本以及荷蘭都已開始研究用于票據(jù)防偽的數(shù)字水印技術(shù)。其中麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室受美國財(cái)政部委托，已經(jīng)開始研究在彩色打印機(jī)、復(fù)印機(jī)輸出的每幅圖像中加入唯一的、不可見的數(shù)字水印，在需要時(shí)可以實(shí)時(shí)地從掃描票據(jù)中判斷水印的有無，快速辨識真?zhèn)?。新一代的多媒體壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)(如MPEG-7)中已經(jīng)引入數(shù)字水印保護(hù)手段. 國內(nèi)一部分中小企業(yè)如阿須數(shù)碼、成都宇飛均專門從事數(shù)字水印研究和應(yīng)用推廣，在票據(jù)防偽和多

18、媒體版權(quán)保護(hù)方面有所建樹。DRM現(xiàn)狀與未來微軟發(fā)布最新的數(shù)字版權(quán)管理技術(shù) DRM10DRM現(xiàn)狀與未來DRM要得到成功，取決于以下幾個(gè)因素：能否在保護(hù)版權(quán)人利益和為用戶提供優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的數(shù)字多媒體內(nèi)容服務(wù)中找到恰當(dāng)?shù)钠胶恻c(diǎn)。能否提供簡單實(shí)用的操作方法。隨著網(wǎng)絡(luò)用戶不斷的擴(kuò)大，用戶的層次變得參差不齊，無論你是最終用戶還是數(shù)字多媒體內(nèi)容的創(chuàng)作者，或者甚至是數(shù)字多媒體內(nèi)容的管理者，都要能夠方便地使用DRM系統(tǒng)。能否提供多元化的交易模式，提供免費(fèi)的服務(wù)和優(yōu)惠的價(jià)格，比如類似商場“打折、返券”這樣的活動。DRM不是獨(dú)家運(yùn)作的系統(tǒng)，只有優(yōu)質(zhì)的服務(wù)和具有競爭力的價(jià)格才能吸引更多的用戶。在未來幾年里，部分傳統(tǒng)商業(yè)運(yùn)

19、作將慢慢被基于DRM的模式取代。如果是這樣的話，眾多的用戶將能夠得到越來越多豐富多彩的數(shù)字媒體內(nèi)容，比如數(shù)字圖片、MP3、MPEG4、REAL VIDEO等等，有些內(nèi)容需要付費(fèi)，有些內(nèi)容甚至是免費(fèi)的，并且獲取這些內(nèi)容的方式會越來越便捷。DRM現(xiàn)狀與未來現(xiàn)在DRM的應(yīng)用仍然處于起步階段，只有具有創(chuàng)新意識的公司，以及對此持樂觀態(tài)度的企業(yè)才會投資。目前采用DRM比較多的是銷售電子書籍音樂的同站。國內(nèi)現(xiàn)在大量冒出的付費(fèi)看電影、電視連續(xù)劇的網(wǎng)站，很多是個(gè)人建設(shè)的。這些網(wǎng)站具備了DRM系統(tǒng)的一些特點(diǎn)，比如內(nèi)容的管理、安全性、付費(fèi)系統(tǒng)等。但這些不是真正的DRM系統(tǒng)。有時(shí)，這些網(wǎng)站大量提供盜版、低級的內(nèi)容服務(wù)

20、。因此，盡早采用DRM系統(tǒng)，盡早進(jìn)入數(shù)字媒體發(fā)行市場保障創(chuàng)作人員的利益，凈化這一領(lǐng)域已是迫在眉睫的事情了。隨著DRM技術(shù)越來越成熟，應(yīng)對不同使用背景和行業(yè)的解決方案不斷推出，選擇DRM將變得簡單，同時(shí)投資成本降低，風(fēng)險(xiǎn)減少，都將推動內(nèi)容提供商去選擇應(yīng)用DRM和電子商務(wù)技術(shù)來在線提供數(shù)字媒體內(nèi)容?？梢灶A(yù)見，伴隨著DRM技術(shù)的普遍采用，相應(yīng)的DRM市場和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?。?shù)字水印技術(shù)的發(fā)展走勢第二代數(shù)字水印算法研究 基于內(nèi)容特征 算法理論分析 非對稱（公鑰）數(shù)字水印系統(tǒng) 多水印問題 安全有效的應(yīng)用框架 針對實(shí)際應(yīng)用提出適合的算法和應(yīng)用系統(tǒng)框架 參考文獻(xiàn)BGML1996W. Bender,

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