專利名稱：數(shù)字水印基礎設施的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于版權保護領域，具體涉及一種利用數(shù)字水印技術對數(shù)字作品進行版權保護和追蹤非法拷貝的系統(tǒng)構建方法。
背景技術：
Internet技術的盛行，尤其是多媒體存儲與傳輸技術的進步，帶來了數(shù)字媒體應用的迅速增長。多媒體數(shù)據(jù)的數(shù)字化為多媒體信息的存取提供了極大的方便，同時也極大地提高了信息表達的效率和準確性，如數(shù)字信號很容易進行編輯，可以方便、便宜、無失真地被復制，數(shù)字聲音、文本、圖像和視頻易于通過電子的(網絡)或物理的(CD-ROM)系統(tǒng)低價高效地迅速傳輸和分配等。但是隨之而出現(xiàn)的問題也十分嚴重作品侵權更加容易，篡改也更加方便，數(shù)字作品侵權現(xiàn)象屢禁不止。著名的消費電子制造商索尼公司報道說2002年3月到6月的三個月的時間里，由于盜版所導致的損失高達16億美元。國內盜版更是猖狂。因此怎樣更好地保護圖像、文本、聲音和視頻等數(shù)字媒體的知識產權就變得十分迫切了。如何打擊盜版、保護發(fā)行商的合法權益已經得到很大重視，也是各國政府都非常頭疼的問題，數(shù)字化作品的版權保護已經成為信息時代版權保護的核心問題之一。
為了解決數(shù)字作品版權保護問題，先后將加密技術、數(shù)字簽名技術、可信軟硬模塊等技術應用到該領域中，但是這些技術均有一定的缺陷(1)加密技術能夠阻止對拷貝的直接訪問，通過提供解密密鑰使得只有授權用戶可以對內容進行訪問。但是它僅提供通信信道保護，一旦解密數(shù)字作品將完全暴露，沒有任何保護措施，可以任意拷貝和傳播而不受任何限制。
(2)數(shù)字簽名技術可以提供對信息來源的可靠性和內容的真實性驗證。但是數(shù)字簽名與數(shù)字作品相分離，很容易去除，而且只要數(shù)字作品稍微修改，簽名就無效了。
(3)可信模塊通常是防篡改硬件，可以用來保護解密密鑰或發(fā)行商制定的其它版權保護策略?？尚拍K要求每個用戶對每個數(shù)字作品都要有相應硬件，這是不實用的。如果是防竄改軟件，現(xiàn)有的軟件分析技術很容易使其“防竄改”特性失效。
因此需要一種全新的技術保護數(shù)字作品的版權，數(shù)字水印技術應運而生，版權保護是數(shù)字水印產生的源動力。數(shù)字水印技術是指在數(shù)字化的數(shù)據(jù)內容中嵌入不明顯的記號。被嵌入的記號通常是不可見或不可察的，但是通過一些計算操作可以被檢測或者被提取。水印與源數(shù)據(jù)緊密結合并隱藏其中，成為源數(shù)據(jù)不可分離的一部分，并可以經歷一些不破壞源數(shù)據(jù)使用價值或商用價值的操作而存活下來。作為一種版權保護技術，水印可以標識作者、版權所有者、發(fā)行者、使用者等，并攜帶有版權保護信息和認證信息，目的是鑒別出非法復制和盜用的數(shù)字產品，保護數(shù)字產品的合法拷貝和傳播。一般認為數(shù)字水印系統(tǒng)是由兩部分組成的——水印的嵌入和水印的檢測/提取。根據(jù)載體的類型可以將數(shù)字水印分為圖象水印、音頻水印、視頻水印、文本水印、軟件水印等。
但是孤立的數(shù)字水印技術本身是不能證明作品版權歸屬的，它只是為數(shù)字作品版權保護提供了一種有力的工具，必須有一套完整的系統(tǒng)相配合才能使數(shù)字水印這個工具發(fā)揮作用。該系統(tǒng)至少應該具備兩個功能版權確認和非法拷貝來源追蹤。除此之外還應該具備為實現(xiàn)這兩個基本功能而增加的一些附加功能，如水印嵌入、水印提取、非法拷貝的獲得等。
一個比較有影響的數(shù)字作品版權保護體系是由歐洲委員會DGIII計劃制定的網絡數(shù)字產品的知識產權保護(IPR)認證和保護體系標準，簡記為IMPRIMATUR。該體系中定義了發(fā)行商、購買者以及可信任第三方之間的關系，其中的可信任第三方有產品序列號分發(fā)機構、認證中心、IPR信息數(shù)據(jù)庫等。產品序列號分發(fā)機構主要負責為數(shù)字產品產生唯一標識的序列號；認證中心是數(shù)字水印的檢驗機構，同時負責提供水印算法和分發(fā)水印密鑰；IPR信息數(shù)據(jù)庫是法律授權的權威機構，負責登記產品的版權信息、版權所有者的信息、經過版權所有者許可的網絡多媒體產品提供商的信息。該系統(tǒng)沒有從技術上解決如何發(fā)現(xiàn)非法拷貝這個關鍵問題，而且系統(tǒng)過于復雜，實現(xiàn)成本隨之增大。
移動代理(Mobile Agent)是近年來新提出的概念和技術，代理是一個軟件實體，它能夠連續(xù)自主地在特定的環(huán)境中工作，能夠隨著外界條件的變化靈活智能地進行反應。一個理想的代理應該有很好的繼承性，并能夠與系統(tǒng)中的其他代理進行通信，而且還可以在不斷地移動中完成上述操作。移動代理是一個代替人或其它程序執(zhí)行某種任務的程序，它在復雜的網絡系統(tǒng)中能自主地從一臺主機移動到另一臺主機，該程序能夠選擇何時、何地移動。在移動時，該程序可以根據(jù)要求掛起其運行，然后轉移到網絡的其它地方重新開始或繼續(xù)其執(zhí)行，最后返回結果和消息。將移動代理運用到版權保護中是一個開創(chuàng)性的工作。

發(fā)明內容
本發(fā)明從實際應用的角度出發(fā)，提供了一種利用數(shù)字水印技術實現(xiàn)數(shù)字作品版權保護的系統(tǒng)架構，也就是數(shù)字水印基礎設施DWI(Digital Watermark Infrastructure)。數(shù)字水印基礎設施是一個開創(chuàng)性的概念，它是指一個用數(shù)字水印算法原理和技術來實現(xiàn)并提供多媒體數(shù)字作品安全服務的具有通用性的安全基礎設施。它保護的是數(shù)字作品的版權。該系統(tǒng)借用PKI體系相關概念，可以進行版權確認、非法拷貝的追蹤和來源確認，而且簡單實用、可靠性強，具有可擴展性。
本發(fā)明中有三個實體可信任第三方CA、發(fā)行商RH、用戶P。用戶購買的合法數(shù)字作品中嵌有兩個經過CA簽名的水印，一個用來標識發(fā)行商(版權信息)，另一個用來標識購買者(數(shù)字指紋)；當通過移動代理或存儲介質發(fā)現(xiàn)數(shù)字作品非法拷貝的時候，可以根據(jù)提取出來的兩個水印確定是誰在進行非法傳播，為追查非法拷貝提供證據(jù)。其中，版權信息水印中包含發(fā)行商ID(RHID)和作品ID(HASHID)，數(shù)字指紋水印包含購買者ID(PID)，兩個水印是由相應ID經過CA簽名后作為種子產生的隨機序列。
數(shù)字水印基礎設施包含五個基本模塊，分別是版權信息生成、數(shù)字指紋生成、版權確認、非法拷貝來源確認和非法拷貝追蹤。發(fā)行商在向CA要求自己的版權之前，先要從CA處得到(例如從CA的網站下載、直接從CA獲得安裝盤等)一個客戶端軟件，其中包括計算哈希值功能，簽名功能，兩個不同的水印嵌入功能。
要注冊版權的發(fā)行商RH計算原始數(shù)字作品的Hash值并用私鑰簽名，連同申請信息一起發(fā)送給CA。CA查找RH信息庫和作品信息庫，保證該作品沒有重復申請版權，同時這也是一個審查版權合法性的過程。如果審查合格，CA對兩條信息編號，產生RHID和HashID，并將相關信息(申請人姓名、有效證件號碼、申請日期、作品Hash值等)存入RH信息庫和作品信息庫。CA將經過自己簽名的消息SignCA(RHID，HashID)發(fā)送給RH。RH將消息SignCA(RHID，HashID)作為水印嵌入原始數(shù)字作品中，產生中間數(shù)字作品。
發(fā)送原始數(shù)字作品的Hash值而不是發(fā)送原始數(shù)字作品本身可以保證不發(fā)生泄漏原始數(shù)字作品的危險，而且也能夠保證每件作品只申請一次版權，不會發(fā)生無限制重復申請的情況；將RHID和HashID作為水印嵌入數(shù)字作品中可以有效降低水印數(shù)據(jù)量，從而大大降低對水印算法的要求。
購買者P向RH提供自己的信息P并付費，表明購買意向。RH將P連同CA發(fā)給自己的消息用私鑰簽名形成SignRH(P.SignCA(RHID，HashID))，發(fā)送給CA。CA對P編號形成PID，將購買信息存入購買者信息庫，并將CA簽名的消息SignCA(PID)發(fā)送給RH。RH利用水印算法將消息SignCA(PID)作為指紋嵌入中間數(shù)字作品中，形成最終數(shù)字作品發(fā)送給購買者。
指紋其實也是一種水印，只不過每一個合法拷貝中嵌入不同的水印，所以形象的稱為“指紋”。
當數(shù)字作品版權出現(xiàn)紛爭時需要進行版權確認，確定版權歸屬。CA得到有爭議的數(shù)字作品、原始作品以及要求確認者申請版權時提交的申請信息，從有爭議作品中得到RHID和HashID，根據(jù)RHID和HashID從RH信息庫和作品信息庫中得到相應信息。如果得到RHID和HashID失敗，則認為數(shù)字作品沒有正當版權，否則計算原始數(shù)字作品的Hash，與從數(shù)據(jù)庫中得到的Hash對照，并且對照現(xiàn)在提交的申請信息與從CA數(shù)據(jù)庫中得到的申請信息。如果兩次對照都得出相符合的結果，可以確認版權歸要求確認者所有；否則不歸他所有。
可以看出只有當作品版權出現(xiàn)糾紛的時候才需要提供原始數(shù)字作品，而且由哈希函數(shù)的性質可以確定原始數(shù)字作品不是偽造的。需要對照兩種信息相當于給版權上了雙保險。
當發(fā)現(xiàn)可疑非法拷貝的時候，將可疑數(shù)字作品交給CA。CA從中提取RHID、HashID和PID，分以下三種情況分別處理(1)能提取出RHID、HashID，不能提取出PID非法傳播者是RH自己；(2)能提取出PID，不能提取出RHID、HashID是一件沒有申請版權作品；(3)RHID、HashID和PID均能提取出來非法傳播者是P或RH。
有了這些證據(jù)，使得追查非法拷貝容易了許多。
以光盤等形式存在的非法拷貝需要人力來發(fā)現(xiàn)，散布在網絡上的非法拷貝就需要用移動代理來發(fā)現(xiàn)了?；谝苿覣gent的網絡探測器是一個分布式可疑數(shù)字作品檢測模塊，它為在網絡上進行主動、實時地基于數(shù)字水印的檢測和追蹤非法拷貝提供支持。多個檢測Agent通過網絡相連，在通信Agent和數(shù)據(jù)庫維護Agent的幫助下協(xié)同工作。檢測Agent是可移動Agent，它從CA處接收檢測任務和目標地址，移動到這一新的目標主機，完成對可疑數(shù)字作品的檢測任務；或者多個移動Agent互相配合，對網絡上的可疑作品進行地毯式搜索。將發(fā)現(xiàn)的可疑作品及其相關信息(如發(fā)現(xiàn)地IP、發(fā)現(xiàn)時間等)存入可疑作品庫，供CA進行非法拷貝來源確認。
使用移動代理進行非法拷貝檢測充分利用了移動Agent自主執(zhí)行，動態(tài)適應的特點，可以減輕網絡負載和減小網絡延時，減少系統(tǒng)內部通信量，實現(xiàn)實時自動檢測。


圖1系統(tǒng)示意圖。
圖2版權信息生成。
圖3數(shù)字指紋生成。
圖4版權確認。
圖5非法拷貝來源確認。
圖6非法拷貝追蹤。
圖7檢測Agent結構。
具體實施例方式
在圖1中揭示了整個系統(tǒng)三個實體之間的關系，用戶購買的合法數(shù)字作品中嵌有兩個經過CA簽名的水印，一個用來標識發(fā)行商(版權信息)，另一個用來標識購買者(數(shù)字指紋)；當通過移動代理或存儲介質發(fā)現(xiàn)數(shù)字作品非法拷貝的時候，可以根據(jù)提取出來的兩個水印確定是誰在進行非法傳播，為追查非法拷貝提供證據(jù)。其中，版權信息水印中包含發(fā)行商ID和作品ID，數(shù)字指紋水印包含購買者ID，兩個水印是由相應ID經過CA簽名后作為種子產生的隨機序列。
圖2表明了版權信息生成過程。要注冊版權的發(fā)行商RH計算原始數(shù)字作品的Hash值并用私鑰簽名，連同申請信息一起發(fā)送給CA。CA查找RH信息庫和作品信息庫，保證該作品沒有重復申請版權，同時這也是一個審查版權合法性的過程。如果審查合格，CA對兩條信息編號，產生RHID和HashID，并將相關信息(申請人姓名、有效證件號碼、申請日期、作品Hash值等)存入RH信息庫和作品信息庫。CA將經過自己簽名的消息SignCA(RHID，HashID)發(fā)送給RH。RH將消息SignCA(RHID，HashID)作為水印嵌入原始數(shù)字作品中，產生中間數(shù)字作品。
圖3是數(shù)字指紋生成過程，也就是購買者的購買過程。購買者P向RH提供自己的信息P并付費，表明購買意向。RH將P連同CA發(fā)給自己的消息用私鑰簽名形成SignRH(P，SignCA(RHID，HashID))，發(fā)送給CA。CA對P編號形成PID，將購買信息存入購買者信息庫，并將CA簽名的消息SignCA(PID)發(fā)送給RH。RH利用水印算法將消息SignCA(PID)作為指紋嵌入中間數(shù)字作品中，形成最終數(shù)字作品發(fā)送給購買者。
在圖4中表明如何進行版權確認。當數(shù)字作品版權出現(xiàn)紛爭時需要進行版權確認，確定版權歸屬。CA得到有爭議的數(shù)字作品、原始作品以及要求確認者申請版權時提交的申請信息，從有爭議作品中得到RHID和HashID，根據(jù)RHID和HashID從RH信息庫和作品信息庫中得到相應信息。如果得到RHID和HashID失敗，則認為數(shù)字作品沒有正當版權，否則計算原始數(shù)字作品的Hash，與從數(shù)據(jù)庫中得到的Hash對照，并且對照現(xiàn)在提交的申請信息與從CA數(shù)據(jù)庫中得到的申請信息。如果兩次對照都得出相符合的結果，可以確認版權歸要求確認者所有；否則不歸他所有。
圖5是非法拷貝來源確認過程。當發(fā)現(xiàn)可疑非法拷貝的時候，將可疑數(shù)字作品交給CA。CA從中提取RHID、HashID和PID，分以下三種情況分別處理(1)能提取出RHID、HashID，不能提取出PID非法傳播者是RH自己；(2)能提取出PID，不能提取出RHID、HashID是一件沒有申請版權作品；(3)RHID、HashID和PID均能提取出來非法傳播者是P或RH。有了這些證據(jù)，使得追查非法拷貝容易了許多。
圖6中揭示了如何進行非法拷貝追蹤，這一過程與圖7的檢測Agent結構密切相關。檢測Agent從CA處接收檢測任務和目標地址，移動到這一新的目標主機，完成對可疑數(shù)字作品的檢測任務；或者多個移動Agent互相配合，對網絡上的可疑作品進行地毯式搜索。將發(fā)現(xiàn)的可疑作品及其相關信息(如發(fā)現(xiàn)地IP、發(fā)現(xiàn)時間等)存入可疑作品庫，供CA進行非法拷貝來源確認。具體過程如下檢測/提取Agent駐留于網絡中的服務器或路由器上，它對駐留在其所在服務器的所有多媒體數(shù)據(jù)文件進行篩選。通過通信構件與CA和其它Agent通信，查找本地和遠程數(shù)據(jù)庫，確定是否已經存在該多媒體數(shù)據(jù)的相關記錄，如果沒有，觸發(fā)器啟動操作構件工作，輸入接口通過通信構件從系統(tǒng)得到相關信息，操作構件調用檢測程序得到是否是可疑作品的結果。輸出接口將可疑作品及相關信息(如發(fā)現(xiàn)地IP、發(fā)現(xiàn)時間等)存入數(shù)據(jù)庫，供CA進行非法拷貝來源確認。
權利要求
1.數(shù)字水印基礎設施，是一種基于數(shù)字水印的數(shù)字作品版權保護系統(tǒng)，以版權確認者CA作為公正的、可信任的第三方，由它為作品、發(fā)行商、購買者生成ID號，并保存三者之間的關聯(lián)關系，一旦發(fā)現(xiàn)非法拷貝可以根據(jù)水印和CA保存的記錄確定非法傳播者。具體過程如下版權信息生成發(fā)行商RH計算原始數(shù)字作品的Hash值并用私鑰簽名，連同申請信息一起發(fā)送給CA；CA查找RH信息庫和作品信息庫，保證該作品沒有重復申請版權，同時這也是一個審查版權合法性的過程；如果審查合格CA對兩條信息編號，產生RHID和HashID，并將信息存入RH信息庫和作品信息庫；CA將經過自己簽名的消息SignCA(RHID，HashID)發(fā)送給RH；RH將消息SignCA(RHID，HashID)作為水印嵌入原始數(shù)字作品中，產生中間數(shù)字作品。數(shù)字指紋生成購買者P向RH提供自己的信息P并付費，表明購買意向；RH將P連同CA發(fā)給自己的消息用私鑰簽名形成SignRH(P，SignCA(RHID，HashID))，發(fā)送給CA；CA對P編號形成PID，將購買信息存入購買者信息庫，并將CA簽名的消息SignCA(PID)發(fā)送給RH；RH利用水印算法將消息SignCA(PID)作為指紋嵌入中間數(shù)字作品中，形成最終數(shù)字作品發(fā)送給購買者。版權確認當數(shù)字作品版權出現(xiàn)紛爭時進行版權確認，確定版權歸屬。CA得到有爭議的數(shù)字作品、原始作品以及確認者申請版權時提交的申請信息，從有爭議作品中得到RHID和HashID，根據(jù)RHID和HashID從RH信息庫和作品信息庫中得到相應信息。如果得到RHID和HashID失敗，則認為數(shù)字作品沒有正當版權；否則計算原始數(shù)字作品的Hash，與從數(shù)據(jù)庫中得到的Hash對照，對照現(xiàn)在提交的申請信息與原申請信息，如果兩次對照都得出相同的結果，可以確認版權歸要求確認者所有，否則不歸他所有。非法拷貝來源確認存儲在光盤等介質上的可疑數(shù)字作品和網絡探測器從網上搜集到的可疑數(shù)字作品都交給CA，CA從中提取RHID、HashID和PID，分以下三種情況分別處理a.能提取出RHID、HashID，不能提取出PID非法傳播者是RH自己；b.能提取出PID，不能提取出RHID、HashID是一件沒有申請版權作品；c.RHID、HashID和PID均能提取出來非法傳播者是P或RH。網上非法拷貝追蹤基于移動Agent的網絡探測器是一個分布式可疑數(shù)字作品檢測模塊，它為在網絡上進行主動、實時地基于數(shù)字水印的檢測和追蹤非法拷貝提供支持。多個檢測Agent通過網絡相連，在通信Agent和數(shù)據(jù)庫維護Agent的幫助下協(xié)同工作。檢測Agent是可移動Agent，它從CA處接收檢測任務和目標地址，移動到這一新的目標主機，完成對可疑數(shù)字作品的檢測任務；或者多個移動Agent互相配合，對網絡上的可疑作品進行地毯式搜索。將發(fā)現(xiàn)的可疑作品及其相關信息(如發(fā)現(xiàn)地IP、發(fā)現(xiàn)時間等)存入可疑作品庫，供CA進行非法拷貝來源確認。
2.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字水印基礎設施，發(fā)行商在向CA要求自己的版權之前，先要從CA處得到(從CA的網站下載或直接從CA得到安裝光盤)一個客戶端軟件，其中包括計算哈希值功能，簽名功能，兩個不同的水印嵌入功能。
3.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字水印基礎設施，它有三個基本功能內容來源的真實性認證確認內容一定是合法提供商提供的，通過在數(shù)字作品中嵌入版權保護標志信息(發(fā)行商ID)提供正品驗證的手段；對盜版行為的確認能夠確認盜版作品的來源，從而找到盜版者，給數(shù)字作品的每個發(fā)行拷貝嵌入不同的水印(數(shù)字指紋)可以確定盜版的來源。對非法拷貝的追蹤基于移動Agent的網絡探測器根據(jù)數(shù)字作品中的水印發(fā)現(xiàn)非法拷貝，并將非法拷貝交給CA進行進一步的處理。
4.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字水印基礎設施，每件正式出售的數(shù)字作品中嵌入兩個水印，分別用來表示發(fā)行商和購買者，這是整個發(fā)明的關鍵點，這樣既能進行版權保護，又能追蹤非法拷貝。
5.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字水印基礎設施，作為水印嵌入的不是原始數(shù)字作品、所有發(fā)行商信息和所有用戶信息，而是這三者的ID號，這樣既能減少水印量，降低對水印算法的要求，又不存在泄漏原始數(shù)字作品的危險。
6.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字水印基礎設施，嵌入的水印需要經過CA簽名。
7.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字水印基礎設施，網絡探測器是基于移動Agent的，充分利用了移動Agent自主執(zhí)行，動態(tài)適應的特點，可以減輕網絡負載和減小網絡延時，減少系統(tǒng)內部通信量，實現(xiàn)實時自動檢測。
全文摘要
本發(fā)明公開了數(shù)字水印基礎設施，它一種基于數(shù)字水印的數(shù)字作品版權保護系統(tǒng)。用戶購買的合法數(shù)字作品中嵌有兩個經過CA簽名的水印，一個用來標識發(fā)行商(版權信息)，另一個用來標識購買者(數(shù)字指紋)；當通過基于移動代理的網絡探測器或存儲介質發(fā)現(xiàn)數(shù)字作品非法拷貝的時候，可以根據(jù)提取出來的兩個水印確定是誰在進行非法傳播，為追查非法拷貝提供證據(jù)。其中，版權信息水印中包含發(fā)行商ID和作品ID，數(shù)字指紋水印包含購買者ID，兩個水印是由相應ID經過CA簽名后作為種子產生的隨機序列。該系統(tǒng)借用PKI體系相關概念，可以進行非法拷貝的追蹤，而且簡單實用、可靠性強，具有可擴展性。
文檔編號G06F1/00GK1558303SQ20041003942
公開日2004年12月29日 申請日期2004年2月11日 優(yōu)先權日2004年2月11日
發(fā)明者姜楠, 楊義先, 姜 楠 申請人:北京郵電大學