CN101196970A - 基于数字水印和移动代理的数字版权管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于数字水印和移动代理的数字版权管理系统，包括6个模块：数字媒体服务器、版权所有者、数字作品发行商、消费者、票据交易中心和移动代理中心。本发明目的是为了实现在开放网络中对数字产品生命周期进行版权保护。由于本发明利用移动代理的分布及移动特性，在受检测的远程主机上直接对数字水印进行检测，移动代理移动的是水印检测程序，而非数据移动，克服以往服务器负载过重的缺点，大大提高了版权保护与追踪的效率。

Description

基于数字水印和移动代理的数字版权管理系统

技术领域

本发明属于信息安全、计算机应用领域，具体地讲是一种基于数字水印和移动代理的数字版权管理系统。

背景技术

伴随着计算机网络技术的发展和互联网的普及，多媒体数据分布的范围越来越广，很多信息和资源的以WWW的形式发布。而在互联网上实现更多的商业应用的前提是要解决版权保护问题，如果版权保护问题不解决，WEB页面上发布的信息和资源将很容易的被非法使用和拷贝，将导致厂家和作者不敢在WWW上发布信息，在互联网的WEB页面上将仅仅能看到电子商务的广告、一些技术报告或是其它尚未被正式出版的材料。

数字水印技术是解决这一问题的较好办法。但是，目前大多数的研究者把注意力都集中在水印算法的构造上，而事实上这仅仅是水印系统的一个组成部分，同样重要的是，如何找到侵权的作品、如何快速有效地检测水印等。

目前的数字水印检测过程大致如下：当多媒体数据的版权拥有者怀疑某数字作品的版权时，他要先设法得到这个多媒体数据(比如：从网络上把怀疑的目标下载下来)；然后，在本地运行检测系统来检测其中是否包含有自己预先嵌入的数字水印信息，若检测到，并且作品所在环境与水印中的信息不相符(时间、位置等)，则证明了侵权的发生，作者就可以采取相应的行动。但是，在一个大规模的计算机网络中，如国际互联网中，有数百万台主机，在这样的网络中分布的数据中查询水印，是一个极富挑战性的任务。在这种情况下，仅靠人工的手段去下载图片，再实施检测，是难以想象的。因此，Internet中多媒体数据知识产权保护的主要任务如下：

一是所有权识别：多媒体数据的拥有者必须能够提供可信任的证据来证明自己是该多媒体数据的版权拥有者。

二是交易跟踪：版权所有者必须能够跟踪多媒体数据的发布情况，以便及时发现用户的非法复制和再发布。

三是内容认证：版权所有者应该能够检测到对多媒体数据的任何恶意篡改。

发明内容

本发明从实际应用的角度出发，借鉴目前较为成熟的密码学、PKI/CA的基本理论和移动代理技术，给出了系统主要模块的设计结构，并通过实例说明该系统可以对多媒体数据进行非法拷贝认证，在线安全交易和版权跟踪和检测等功能，而提出了一种基于数字水印和移动代理的数字版权管理系统。

为了实现上述目的，本发明包括6个模块：数字媒体服务器、版权所有者、数字作品发行商、消费者、票据交易中心和移动代理中心，其中：

数字媒体服务器：它是控制中心，包含版权所有者和用户的注册信息，同时，产生相应的密钥提供给用户，使其得到数字作品的合法使用权；

版权所有者：拥有内容的数字版权，对原创人员(如作家、作曲家、摄影师、图象制作者等)制作的音频、视频、图像等数字媒体进行权威认证，利用数字水印技术保护数据的版权信息，向数字媒体服务器注册并申请提交数字作品，把受版权保护的信息发布到服务器上，同时把相关的认证信息存放在数字媒体服务器的认证里。数字作品媒体服务器将为版权所有者分配一个唯一身份标识A_ID。然后，生成一个唯一版权水印信息A_WM嵌入到原始数字作品中，达到版权保护的目的。接着，再对嵌入有版权信息的数字作品进行二次水印嵌入，嵌入的水印是由水印代理中心派遣的隐藏代理水印，目的是防止非法拷贝。

数字作品发行商：为注册的数字作品提供发布通道，如在线商店、Web服务供应站点或者无线网络服务供应站点等。根据各自不同的安全认证体制对消费者提供数据服务。

消费者：从数字作品发行商获取需要的正版多媒体信息服务，通过支付数字许可证的费用，从发布通道上获取受版权保护的数字媒体。数字许可证是交易中心与Web服务供应站点之间达成的有偿数据使用规则。目前，这种消费通常表现为基于网络运营商提供的SP服务、通过网络充值或网站虚拟货币的方式进行消费。消费者到数字媒体服务器注册并申请购买数字作品，数字媒体服务器将为用户分配一个唯一身份标识C_ID。用户应提供欲购买的数字作品ID和自身唯一身份标识C_ID。数字媒体服务器将为用户生成一个唯一用户水印C_WM嵌入到数字作品中。其中，C_WM包含用户IP地址及申请时间。

票据交易中心：对受版权保护的数字媒体实施有偿使用的一种手段或途径，负责处理发布许可证给消费者、给内容提供商支付版费、给发行商支付发布费用。另外，它还负责与不同的发行商之间制定与解析规则，保证消费过程的顺利进行。

移动代理中心：它是移动代理的控制中心。负责产生隐藏代理水印和移动水印代理；负责各个代理与数字媒体服务器，版权所有者，数字作品发行商和消费者之间的通信，达到防止非法拷贝和实时版权跟踪的目的。

本发明为了实现在开放网络中对数字产品全生命周期的版权保护，提出了基于数字水印和移动代理技术的数字版权管理系统WADRM的设计思想和基本模型，其优点是：(1)在原始数据中隐藏的代理水印程序可以果断的终止非法拷贝行为，从而达到防止非法拷贝的目的。与现有系统相比，不需要用户额外安装水印检测器或智能卡，给用户带来方便。(2)利用移动代理技术进行水印检测，移动的是某段程序，而非数据移动的机制，这样大大降低了网络的负载。(3)水印的检测是在远程主机实施，负载在各个远程主机间分担，避免了临界瓶颈。(4)移动水印代理不需要网络的持续连接，检测结果也可以异步地传回水印代理中心。(5)移动水印代理在发现侵权的时候，可以采取相应的行动。

附图说明

图1本发明系统结构图。

图2本发明的数字媒体服务器结构图。

图3本发明的移动水印代理中心子系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

本发明包括6个模块：数字媒体服务器、版权所有者、数字作品发行商、消费者、票据交易中心和移动代理中心，其中：

数字媒体服务器：包括

1.多媒体数据库：用于存放可供服务的数字多媒体数据及其编号ID。通过数字多媒体的编号在多媒体数据库中进行检索并供消费者下载使用；

2.消费者服务信息数据库：用于存放消费者信息。其中消费者信息应包括：消费者身份标识C_ID、下载数字作品ID、访问时间；

3.数字水印管理：用于注册数字作品版权。版权所有者向数字媒体服务器注册并申请提交数字作品后，把受版权保护的数字媒体内容发布到服务器上，同时把相关的认证信息存放在数字媒体服务器的认证里。数字作品媒体服务器将为版权所有者分配一个唯一身份标识A_ID。然后，生成一个唯一版权水印信息A_WM嵌入到原始数字作品中，达到版权保护的目的。还可以从数字作品发行商获取消费者信息后，该模块一方面用数字作品发行商的私钥将用户信息C_ID用非对称数字水印技术嵌入到客户所需的数字媒体中，之后用对称数字水印技术将消费者的水印信息C_WM嵌入到上述的数字媒体中。(非对称数字水印为嵌入水印和提取水印所用的密钥为不同的密钥，在本发明中，是数字水印技术结合了公钥基础设施的密钥管理技术，这里私钥用K于嵌入数字水印，公钥K′用于提取水印，以便解决版权纠纷问题。对称数字水印：嵌入水印和提取水印所用的密钥为相同的密钥，在这个系统中是动态的产生的密钥，是一户一密的形式。)；

4.许可证服务：当为一个被保护数字作品发布许可证时，通过从该作品中提取某些数据来创建密钥，然后把内含密钥的许可证传给客户端。该许可证包含不同的权限或商业规则，它们影响多媒体文件的使用，常见的商务模式包含：起止时间(start Time and End Time)、播放次数(Counted Operation)、无限制播放(Unlimited Playing)和先试后买(Try before you buy)等。

移动代理中心：移动代理中心按功能分为两大类：一类是安全传输代理，负责数字媒体在消费者，数字作品发行商和数字媒体服务器之间的安全传输；另一类是数字水印代理，其主要功能是在网络上主动、实时地对数字媒体进行数字水印的检测、验证版权所属，并可以追踪非法拷贝或者防止非授权的拷贝分发(图3)。本发明的核心就是移动水印代理，下面对其工作机理进行详细阐述。

移动代理中心在网络中产生和派遣一个移动水印代理，并对移动水印代理反馈回来的消息做出相应的反应。移动代理中心首先根据管理数据库，代理参数等相关信息创建一个移动水印代理，然后将该移动水印代理根据映射表派遣到可疑网络节点进行水印检测，并将检测结果通过消息句柄反馈至管理数据库中进行知识更新，然后克隆下一代移动水印代理，根据映射表迁徙至下一个网络节点进行水印检测，同时将删除自己。其系统包括移动水印代理，移动水印代理的创建，管理数据库和消息句柄四个模块。

移动水印代理实际上是一段程序，它能够实现从网络中的一个节点至另一个节点的迁徙。在每一个网络节点中，移动水印代理搜索可疑数字作品并对其进行水印检测。移动水印代理模块主要包括两部分：代理代码和代理数据。当移动水印代理到达某个节点，则开始执行代理代码。代理代码应包括在某节点搜索可疑文件的代码；向水印代理中心反馈必要信息的代码；克隆下一代移动水印代理代码；以及将克隆水印代理移动到下一个节点的代码。代理数据包括在代码执行和节点迁徙过程中用到的相关信息，具体由映射表，数字作品描述，密钥和参数四个子模块构成。其中，映射表子模块是指网络中的地址列表，每一个地址标识网络中一个具体的实体，它为移动水印代理提供执行的环境。该地址可以是E-mail或者是IP地址。数字作品描述子模块是指移动水印代理欲寻找的数字作品的相关信息。这里可以设计一个滤波器，对数字作品的名称进行滤波筛选。例如，移动水印代理要对客户主机中所有的.bmp文件进行水印检测，这时，滤波器对客户主机的所有文件进行筛选，选出文件后缀为.bmp的所有文件。密钥子模块是指为了提高整个系统的安全性，在水印嵌入过程中，首先对水印信息进行了加密处理，那么在水印检测过程中，必须需要相应的密钥才能对提取出的水印信息进行解密。另外，若移动水印代理将检测结果加密以后再反馈至水印代理中心，这时，水印代理中心也同样需要相应密钥对接收到的反馈信息进行解密。因此在代理数据中设计了密钥子模块。参数子模块包括如下参数：移动水印代理发送消息的E-mail地址；移动水印代理进行水印检测是否成功的报告；前一次检测时间以及是否仅对日期更新的文件进行水印检测；移动水印代理的终止条件。

移动水印代理的创建模块根据管理数据库提供的信息以及代理参数来创建移动水印代理。

管理数据库模块包括代理模板，可疑站点，网络信息和数字作品信息四个子模块。其中，代理模板子模块是用来生成代理代码的。移动水印代理生成器结合代理模板，代理参数以及管理数据库中的其它相关信息，针对不同种类的移动水印代理生成对应的代理代码。可疑站点子模块是指网络中所有可疑站点的地址列表，该列表是根据水印代理中心派遣的移动水印代理反馈的历史消息列写的。网络信息子模块是指可疑站点的相关信息，结合该信息生成移动水印代理中的映射表子模块。数字作品信息包括移动水印代理欲寻找的数字作品相关信息，该信息是用来生成移动水印代理中的数字作品描述子模块。具体信息包括有水印密钥，版权所有者A_ID，消费者标识C_ID等。

消息句柄模块是用来处理由移动水印代理反馈的检测结果，并将信息存储至数据管理库中，进行相关信息更新。

实施例：

首先设定每个用户端都有一对公私钥Public key与Private key，私钥安全的存放在设备的硬盘上，任何非法用户都无法(或者较困难)获得该私钥。设定端用户的计算机环境是安全的，黑客无法在解密内容执行时获得被保护内容的解密密钥，和解密后的内容。设定程序有抗攻击能力，用户很难反汇编系统中的可执行单元。最后，对于多媒体文件(例如三维模型)，设定在播放器和显卡之间有安全的通道，使得黑客不可能在视频信号到达显卡之前，截获解密后的内容。

以一个三维模型，记为3DModel_A′为例，说明本发明工作过程：

1.三维模型3DModel_A′的版权所有者到数字媒体服务器进行注册并将该模型提交到数字媒体服务器进行版权登记，获得作者标识A_ID及三维模型水印A_WM。数字媒体服务器将该模型存入多媒体数据库中，并在数字水印管理模块记录相关版权信息。数字媒体服务器中的数字媒体数据库中已存有文件3DModel_A′。3DModel_A是数字媒体服务器对3DModel_A′进行处理后的文件，即将数字媒体作者的版权信息AID作为水印信息，记作Msg_A，用数字水印技术嵌入到3DModel_A′中后得到的文件。

2.三维模型3DModel_A′的版权所有者欲将作品授权给数字作品发行商Publisher到网上公开发行。则Publisher需要先到数字媒体服务器进行注册，获取身份认证和权利认证，通过票据支付服务器将版权费付给模型的版权所有者后，获得该三维模型3DModel_A′的发行权。

3.消费者C在Publisher的网上商店或搜索引擎中浏览3DModel_A，如果C想获得该模型的使用权必须先数字媒体提供商的数字媒体服务器注册，获得个人身份标识C_ID。C向发行商Publisher发送3DModel_A的下载请求，下载请求信息，记为Msg_D包括：C的个人标识C_ID，记为Msg-B；想要下载的3DModel_A的编号，记为Msg_C；C的公钥K；C的密钥信息SK。

4.数字作品发行商Publisher收到C的下载请求信息后，将Msg_D转发给数字媒体服务器和票据交易中心。数字媒体服务器和票据交易中心对下载请求信息Msg_D解析得到C的身份信息Msg_B和欲下载3DModel_A的编号Msg_C以及C的公钥K和密钥SK，并对Msg_B的合法性进行验证，如果Msg_C在数字媒体数据库中，数字媒体服务器通过发行商则向C反馈回3DModel_A的价格信息Msg_E，如果Msg_B不合法或者Msg_C不在数字媒体数据库中，则结束整个下载过程，向C发送请求失败信息。

如果模型存在并且C的身份合法性验证成功，则票据交易中心从C的帐户上收取相应费用，给C发送使用许可，并通知发行商Publisher收费成功，同时从将发行费用付给发行商。发行商Publisher收到票据交易中心的确认后系统转入3DModel_A的下载流程，详细的处理过程如下：

(1)数字媒体服务器收到查询请求Msg_D，经过解析Msg_D得到消费者的身份信息Msg-B和3DModel_A的编号Msg_C以及C的公钥K和密钥SK。

(2)消费者信息管理模块将Msg_B和Msg_C以及C的公钥K和密钥SK存入消费者服务信息数据库。

(3)数字媒体服务器根据3DModel_A的编号从数字媒体数据库读取3DModel_A，并且从用户服务信息数据库中读取C的公钥K，之后数字水印管理模块对其进行数字水印的嵌入，用数字水印技术将Msg_B作为水印信息嵌入到3DModel_A中，得到3DModel_A_w＝Embed(3DModel_A，Msg-B，K)。

(4)数字媒体服务器通过安全传输代理将含有水印的三维模型3DModel_A_w向C传送，同时将C的此次下载情况保存到消费者信息数据库中。

5.C收到三维模型3DModel_A_w后，其终端的数字媒体播放软件先对3DModel_A_w提取数字水印信息，记为Msg_B′，再将Msg_B′和消费者的终端中的数字身份Msg_B比较，如果一致，则允许使用该模型3DModel_A_w，否则显示“非法盗用，请与版权人联系，谢谢”。

本发明还有在某个网络节点中利用移动水印代理进行水印检测的功能。该功能的实现需要代理引擎，文件存储数据库，文件系统，水印检测器和安全协处理器六个模块。其中，代理引擎为移动水印代理提供代码执行的环境。文件存储数据库是用来存储移动水印代理要检测的数字作品。文件系统是保证所有数字作品都是可读的。水印检测器是对含水印数字作品进行水印检测。当带有移动水印代理的消息从网络中到达代理引擎后，代理引擎立即从消息中提取移动水印代理，然后执行水印代码。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种基于数字水印和移动代理的数字版权管理系统，包括6个模块：数字媒体服务器、版权所有者、数字作品发行商、消费者、票据交易中心和移动代理中心，其特征在于：

数字媒体服务器：它是控制中心，包含版权所有者和用户的注册信息，同时，产生相应的密钥提供给用户，使其得到数字作品的合法使用权；

版权所有者：拥有内容的数字版权，对原创人员制作的音频、视频、图像等数字媒体进行权威认证，利用数字水印技术保护数据的版权信息，向数字媒体服务器注册并申请提交数字作品，把受版权保护的信息发布到服务器上，同时把相关的认证信息存放在数字媒体服务器的认证里；

数字作品发行商：为注册的数字作品提供发布通道，根据安全认证体制对消费者提供数据服务；

消费者：从数字作品发行商获取需要的正版多媒体信息服务，通过支付数字许可证的费用，从发布通道上获取受版权保护的数字媒体；

票据交易中心：对受版权保护的数字媒体实施有偿使用的一种手段或途径，负责处理发布许可证给消费者、给内容提供商支付版费、给发行商支付发布费用；

移动代理中心：是移动代理的控制中心，负责产生隐藏代理水印和移动水印代理；负责各个代理与数字媒体服务器，版权所有者，数字作品发行商和消费者之间的通信。

2.如权利要求1所述的基于数字水印和移动代理的数字版权管理系统，其特征在于：数字作品媒体服务器为版权所有者分配一个唯一身份标识A_ID，然后，生成一个唯一版权水印信息A_WM嵌入到原始数字作品中，接着，再对嵌入有版权信息的数字作品进行二次水印嵌入，嵌入的水印是由水印代理中心派遣的隐藏代理水印。

3.如权利要求1所述的基于数字水印和移动代理的数字版权管理系统，其特征在于：消费者模块中，数字许可证是交易中心与Web服务供应站点之间达成的有偿数据使用规则，表现为基于网络运营商提供的SP服务、通过网络充值或网站虚拟货币的方式进行消费。

4.如权利要求1所述的基于数字水印和移动代理的数字版权管理系统，其特征在于：消费者模块中，消费者到数字媒体服务器注册并申请购买数字作品，数字媒体服务器将为用户分配一个唯一身份标识C_ID，消费者提供欲购买的数字作品ID和自身唯一身份标识C_ID，数字媒体服务器将为消费者生成一个唯一用户水印C_WM嵌入到数字作品中，其中，唯一用户水印C_WM包含用户IP地址及申请时间。

5.如权利要求1所述的基于数字水印和移动代理的数字版权管理系统，其特征在于：数字媒体服务器包括：

a、多媒体数据库：用于存放可供服务的数字多媒体数据及其编号ID；

b、消费者服务信息数据库：用于存放消费者信息，其中消费者信息应包括消费者身份标识C_ID、下载数字作品ID、访问时间；

c、数字水印管理：注册数字作品版权；

d、许可证服务：当为一个被保护数字作品发布许可证时，通过从该作品中提取某些数据来创建密钥，然后把内含密钥的许可证传给客户端。

6.如权利要求1所述的基于数字水印和移动代理的数字版权管理系统，其特征在于：移动代理中心分为两大类：一类是安全传输代理，负责数字媒体在消费者，数字作品发行商和数字媒体服务器之间的安全传输；另一类是数字水印代理，其功能是在网络上主动、实时地对数字媒体进行数字水印的检测、验证版权所属，并可以追踪非法拷贝或者防止非授权的拷贝分发。

7.如权利要求1所述的基于数字水印和移动代理的数字版权管理系统，其特征在于：其具体方法是：

第一步骤：作品版权所有者到数字媒体服务器进行注册并将该作品提交到数字媒体服务器进行版权登记，获得作者标识A_ID及水印A_WM，数字媒体服务器将该作品存入多媒体数据库中，并在数字水印管理模块记录相关版权信息，将数字媒体作者的版权信息A_ID作为水印信息，用数字水印技术嵌入到作品中后得到文件；

第二步骤：作品的版权所有者欲将作品授权给数字作品发行商到网上公开发行，则作品发行商需要先到数字媒体服务器进行注册，获取身份认证和权利认证，通过票据支付服务器将版权费付给作品的版权所有者后，获得该作品的发行权；

第三步骤：消费者在作品发行商的网上商店或搜索引擎中浏览作品，如果消费者想获得该作品的使用权必须先到数字媒体提供商的数字媒体服务器注册，获得个人身份标识C_ID，消费者向作品发行商发送作品的下载请求，下载请求信息包括：消费者的个人标识C_ID，想要下载的作品的编号，消费者的公钥和密钥信息；

第四步骤：数字作品发行商收到消费者的下载请求信息后，将下载请求信息转发给数字媒体服务器和票据交易中心，数字媒体服务器和票据交易中心对下载请求信息解析得到消费者的身份信息和欲下载作品的编号以及消费者的公钥和密钥，并对消费者个人标识C_ID的合法性进行验证，如果下载作品的编号在数字媒体数据库中，数字媒体服务器通过作品发行商则向消费者反馈回作品的价格信息，如果消费者个人标识C_ID不合法或者下载作品的编号不在数字媒体数据库中，则结束整个下载过程，向消费者发送请求失败信息；如果作品存在并且消费者的身份合法性验证成功，则票据交易中心从消费者的帐户上收取相应费用，给消费者发送使用许可，并通知作品发行商收费成功，同时将发行费用付给作品发行商，作品发行商收到票据交易中心的确认后系统转入作品的下载流程；

第五步骤：消费者收到作品后，其终端的数字媒体播放软件先对作品提取数字水印信息，再将数字水印信息和消费者的终端中的消费者个人标识C_ID比较，如果一致，则允许使用该作品，否则显示“非法盗用，请与版权人联系，谢谢”信息。

8.如权利要求1或7所述的基于数字水印和移动代理的数字版权管理系统，其特征在于：第四步骤的具体方法是：

第一步：数字媒体服务器收到下载请求信息，经过解析下载请求信息得到消费者个人标识C_ID和作品的编号以及消费者的公钥和密钥；

第二步：消费者信息管理模块将消费者个人标识C_ID和作品的编号以及消费者的公钥和密钥存入消费者服务信息数据库；

第三步：数字媒体服务器根据作品的编号从数字媒体数据库读取作品，并且从用户服务信息数据库中读取消费者的公钥，之后数字水印管理模块对其进行数字水印的嵌入，用数字水印技术将消费者个人标识C_ID作为水印信息嵌入到作品中；

第四步：数字媒体服务器通过安全传输代理将含有水印的作品向消费者传送，同时将消费者的此次下载情况保存到消费者信息数据库中。

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