CN101088248A - 用于检测信息信号处理的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测对信息信号的处理的设备，包括用于从信息信号中提取表示信息信号特征的信息信号分量的装置(101)；用于加密所述信息信号分量以获得加密信号的装置(103)；以及用于比较所述加密信号和参考信号以检测该处理的装置(105)，其中所述参考信号是参考信息信号的未被处理的参考信号分量的加密表示。

Description

用于检测信息信号处理的设备和方法

技术领域

本发明涉及校验信息信号的完整性。

背景技术

随着现代通信媒体不断的发展，保护信息信号免受未授权处理和/或揭示处理的概念的重要性正在增加。

例如，当信息信号是数字音频或视频信号时，则经常使用所谓的水印来为数据提供例如拷贝保护。例如，该水印被“编进”信息信号中，那么例如为了消除拷贝保护而要去除水印，则不可避免地会留下可检测到的数字痕迹。为了阻止数据的复制，即使在水印被成功去除的情况下，也必须检测数据的完整性，以识别可能的处理。

众所周知的信息信号完整性校验方法是基于通过密码哈希处理对全部数据进行加密。密码哈希值经常被称作校验和。所述密码哈希值是根据未知长度的输入值计算出来的，并明确地定义了特定的输出值，即所谓的哈希值(例如，20字节的串)。这里，哈希函数的特征是要为任何的输入值确定一个明确的关联输出值，从该输出值中不能得到输入值。

首先通过哈希算法来处理全部数量的数据，即形成多个数据的哈希值。对于随后的完整性校验，再次通过哈希算法完全处理要校验的多个数据。如果这产生与参考校验相同的哈希值，则假设数据集没有发生变化。

对哈希函数的要求基本上表达为以下三点：

-每个哈希值出现的次数必须相同，即不同输入值的哈希值的概率必须相同。

-输入值的变化应该导致哈希值的变化。

-造成冲突的复杂性很高，即对于特定输入值，很难发现具有相同哈希值的第二个输入值。

满足所有三个要求的哈希函数还被称为密码哈希函数。SHA-1、MD4、MD5和RIPE-MD160是最重要的哈希函数。

密码哈希函数SHA-1处理512比特长度的块，并且由此生成160比特的哈希值。532比特变量(链式变量)以及所谓的压缩函数起着重要的作用。

首先，输入值被划分成512比特长度的块。随后，压缩函数取出5个链式变量和512比特的块，并映射为接下来的532比特值。所述函数在四个循环中操作，每个循环具有20个同样的操作，其中各个比特根据预定的计算操作而移动。最后，5个链式变量的内容作为哈希值而输出。例如，在2004年4月10起草的2.0版本的开放式移动联盟OMA DRM规范V2.0中描述了哈希处理对于完整性校验的使用。

已知方法的缺点是：作为标准，校验整个数据集，即全部信息信号，这导致高复杂性。此外，以后不能对数据集做出改变(例如，添加一个或几个水印)而不破坏数据集的完整性，即使仅仅改变特定的数据集分量。

发明内容

本发明的目的是提供一种数据完整性校验的概念，包括简化复杂性并允许在处理数据分量(component)之后执行数据完整性校验。

该目的由根据权利要求1的设备、或根据权利要求13的设备、或根据权利要求16的设备、或根据权利要求19的方法、或根据权利要求20的方法、或根据权利要求21的方法、或根据权利要求22的计算机程序来实现。

本发明基于发现与不同应用相连的多个信息信号，例如，视频或音频信号，该信息信号包括信息信号的信息特征，该特征可用于保护数据集不被处理，同时允许数据集的非特征的变化。

例如，当信息信号是MP3编码文件，而校验MP3编码音频文件的完整性以能够揭示处理时，当利用比特流水印来添加水印时该文件被认为是没有变化。在对该文件的处理改变片断的特征或者甚至导致不得不替换该片断(或其一部分)时，则该处理应该被明确地识别出来。根据本发明，例如，为了以后添加水印，在MP3编码音频文件的这个例子中，对于信息信号的特有的和固有的信息被用作传感器。

最初，必须建立数据集(即信息信号)的特征信息。该步骤可取决于数据集的类型和应用而被定义，在最简单的情况中，为了获得特征信息，需要滤除非特征部分，或许需要滤波或转换该数据集。例如，在MP3编码的音乐片断中，提取辅助信息或者仅仅是辅助信息的一部分就足够了，而不需要考虑形成主要信息的频谱数据，其中该辅助信息与主要信息关联，并且包括例如频谱数据的比例因子。例如，如果将水印添加到频谱数据上，这不会改变特征信息。从本发明的意义上说，信息信号的完整性没有受到影响。

在第二步骤中，通过密码方法专门保护和/或检测特征信息的完整性，其中已提到的哈希处理可示例性地用作密码方法。

在MP3数据流的例子中，例如，链接到频谱数据的比例因子可以用作特征信息，从而哈希方法仅应用于比例因子，即仅针对比例因子来计算哈希值。如果应用了比特流水印，则频谱值会改变，但是比例因子不改变(比例参数)。之后的哈希值校验因而在没有处理数据集(信息信号)的情况下提供匹配。也就是，例如，足够阻止使用另一个片断作为代替。

与现有技术相比，现有技术中通过密码哈希方法执行整个文件的完整性校验而不考虑特征信息，本发明是基于保护数据集使其特征信息不被处理，同时允许数据集中的非特征变化。

密码哈希方法，例如SHA-1，可以示例性地用于数据集的完整性校验。其用于在参考(原始)和要比较的数据集(拷贝)之间检测一对一的匹配。该检测的结果或者是“相同”或者是“某种偏差”。

如已经提到过的，有时期望允许数据集中的特定变化，例如添加水印，并且仍然能够检测以未改变形式存在的特征信息，即本质上仍然是原始数据集，即原始的未被处理的数据集。根据本发明，数据集的特征信息被进行完整性校验。“特征信息”可根据应用情况而进行定义。一个示例是MP3编码音乐片断，如上所述，在确定完整性信息之后通过比特流水印向该片断添加水印。该片断的频谱值将(轻微地)改变，然而比例因子和其他辅助信息保持不变，并将该片断区别于其他音乐片断。由此保留了特征信息。

根据本发明，MP3编码的音乐片断在已经经过了比特流水印处理时仍然能够被识别为未改变的。校验数据集特征信息的完整性，然而允许不改变特征信息的数据集中的改变。

在MP3编码的音乐片断中，包括特征信息的特征信息信号部分的完整性不会由于使用了比特流水印而被扰乱。因而，可以实现：原始片段不会被另一个片断或者另一个片断的部分替代，这对于DRM应用是很重要的，然而其中非特征信息会改变。

通过能够测试数据集的特征信息的完整性，可以改变非特征信息而不改变完整性。在MP3编码文件的示例中，例如，可以通过比特流水印添加水印而不改变本发明意义上的文件的完整性，即，例如本发明的哈希方法不会报告与原文的偏差。

附图说明

参考图1描述本发明其它实施方式，图1示出了根据本发明实施例的用于检测对信息信号的处理的设备的方框电路图。

具体实施方式

图1所示的设备包括提取装置101，其输出与加密装置103的输入相连。加密装置103的输出与比较装置105的输入相连。

如图1所示，信息信号包括表示信息信号特征的信息信号分量。提取装置101被配置用于提取该信息信号分量，并使该信息信号分量可供加密装置103使用。加密装置103被配置用于例如使用密码方法来加密该信息分量，以获得加密信号。

比较装置105被配置用于从加密装置103接收加密信号，并将该加密信号和参考信号相比较，该参考信号是参考信息信号的未被处理的参考信号分量的加密表示，以便在信息信号被处理了的情况下检测到对该信息信号的处理。

在检测到处理的情况下，比较装置105可以经由输出提供控制信号，该控制信号指示在提取装置101输入处对信息信号的处理。

创造性地，提取装置101被配置为并不滤出信息信号的其它信息信号分量，从而不会检测到其它信息分量的变化。例如，如果向信息信号的其他分量添加水印，根据本发明，信息信号的这种变化不应该导致检测到处理，因为根据本发明，数据集的允许的变化应该是不可检测到的，以便不干扰完整性校验。

为了在没有处理的情况下，在完整性校验之后要处理的信息信号不改变，例如，由提取装置101处理的信息信号是最初由提取装置101生成的信息信号的拷贝。从而，其它信息信号分量可由提取装置101屏蔽(mask out)或抑制，以至仅仅具有特征信息的信息信号分量可以通过，而不破坏信息信号本身。

根据本发明的另一方面，提取装置101被配置用于检测信息信号中的信息信号分量，并提取信息信号分量的拷贝，从而获得信息信号分量。

如前所述，信息信号可以包括另一信息信号分量。例如，所述另一信息信号分量包括主要信息，例如有用数据。例如，特征信息可以是与主要信息关联的辅助信息，其中辅助信息包含在由装置101提取的信息信号分量中。

根据本发明的一个方面，信息信号分量和所述另一信息信号分量可位于信息信号的不同部分中。例如，当信息信号以数据帧的形式存在时，信息信号分量可以例如位于与所述另一信息信号分量不同的数据帧的位置。换言之，两个分量在信息信号中彼此隔离开。在这种情况下，提取装置101被配置用于提取信息信号分量所在的信息信号的部分。

然而，如果信息信号分量的频谱与所述另一信息信号分量的频谱具有不同的频谱值，则提取装置101可配置用于滤波出信息信号分量的频谱值，以获得信息信号分量。例如，可以抑制所述另一信息信号分量的频谱值。这里，提取装置101可以包括滤波器或配置作为滤波器本身，从而提取与信息信号分量关联的频谱值。此外，提取装置101可以配置用于形成频谱分析，以便滤波出信息信号分量频谱的频谱值。为此，例如，提取装置101包括傅立叶变换装置，该傅立叶变换装置被配置用于形成信息信号的傅立叶变换，将傅立叶变换中的所述另一信息信号分量的频谱值设置为零，并再将结果变换到时域以获得信息信号分量。

这里要指出，在信息信号分量和所述另一信息信号分量彼此叠加时，以及在信息信号分量和所述另一信息信号分量彼此隔离并位于不同的频域时，均应该执行滤波。

例如，当信息信号是音频信号，例如MPEG信号，则作为主要信息的所述另一信息信号分量可以包括音频频谱值，例如，该频谱值被编码，其中，与音频频谱值相关联的缩放参数作为该信息信号分量的辅助信息(特征信息)而被包括。

然而，辅助信息还可以是与多个音频频谱值有关的信息，即与块长度的分配(块切换信息)有关的信息，以便提供短块和长块之间的分配。

当信息信号是视频信号时，所述另一信息信号分量可以包括视频信息，作为主要信息，其中信息信号分量示意性地包括视频信息的亮度值，作为其它信息。

信息信号分量可供加密装置103使用，以通过使用密码方法来加密信息信号分量而获得加密信号。例如，加密装置103可以被配置用于形成信息信号分量的哈希值，以获得加密信号。加密装置103还可以配置用于形成信息信号分量的校验和。

根据另一方面，加密装置103可以配置用于使用例如利用私钥或公钥的RSA算法，来加密信息信号分量。然而，加密装置103可以配置用于使用任何其他已知的非对称或对称加密方法，以获得加密信号。

创造性地，将加密信号与参考信号相比较。例如，参考信号可以被包含在信息信号中。在这种情况下，提取装置101进一步配置用于从信息信号中提取参考信号。如果该参考信号位于信息信号的特定位置处，则提取包括参考信号的信息信号的相应部分。然而，该参考信号可以包括具有特定参考频谱值的频谱，从而与上述讨论类似，提取装置101能够滤出参考频谱值以提取该参考信号。

如果参考信号未包含在信息信号中，则提取装置可配置用于从多个参考信号中选择与该信息信号分量相关联的参考信号。例如，对于任何可想到的信息信号分量，可以将参考信号存储在存储器中，从而通过使用包括特征信息的所提取的信息信号分量，来选择参考信号，所述参考信号与特征信息绑定并由此与特征信息关联。

参考信号可以是未被处理的信息信号分量的校验和的哈希值。通常，信息信号可以是未被处理的参考信号分量的密码加密的结果，其中，例如，在这里使用上述密码方法。

例如，未被处理的参考信号分量与原始信息信号分量相同。类似地，参考信号可以与原始信号相同，即与未被处理的信息信号相同。

上述实施例有关于对信息信号分量加密以检测数据完整性的情况。然而，根据本发明，还可想到的是，将表示信息信号特征的信息信号分量与解密的信号相比较，以检测信息信号的完整性，解密信号来自对参考信号的密码解密。

根据另一方面，本发明提供一种用于检测对信息信号的处理的设备，该设备具有从信息信号中提取表示信息信号特征的信息信号分量的装置，其中提取装置可以与已描述的提取装置101相同。

此外，所述设备包括对参考信号解密以获得解密信号的装置，其中，参考信号是参考信息信号的未被处理的参考信号分量的加密表示。

此外，所述设备包括用于将解密信号和信息信号分量相比较的装置。

例如，包括在信息信号中并由提取装置提取的参考信号是原始信息信号的原始信息信号分量的加密表示。

例如，如果信息信号是对信息信号分量使用私钥而生成的数字签名，则为了获得解密信号，解密装置可被配置用于通过与私钥关联的公钥来解密该签名。

根据另一方面，参考信号可以是使用任何对称或非对称的加密方法加密的信号，其中，在非对称方法的情况中，使用私钥。可以通过公钥在接收侧对参考信号解密，以获得信息信号分量的解密版本。在比较了接收的信息信号分量与解密版本之后，可以确定是否有对信息信号的处理。

根据另一方面，本发明提供了根据输入信号来生成信息信号的设备，所述输入信号包括输入信号分量和另一输入信号分量，其中，所述另一输入信号分量包括主要信息，而该输入信号分量包括与主要信息关联的辅助信息。例如，输入信号分量对应于已提到的信息信号分量，所述另一输入信号分量对应于已提到的另一信息信号分量。

用于生成信息信号的设备包括用于加密输入信号分量以获得参考信号的装置。此外，生成设备包括汇编该接收信号分量、所述另一接收信号分量和参考信号以生成信息信号的装置。

根据本发明的一个方面，加密装置被配置用于使用例如如上所述的密码处理来加密该输入信号分量，所述输入信号分量例如包括表示信息信号特征或信息信号类型的信息。示意性地，加密装置被配置用于使用利用私钥的非对称加密处理来加密输入信号分量，其中，例如，如上所述，可以使用公钥来解密参考信号。

然而，加密装置还可以被配置用于形成输入信号分量的哈希值或校验和，以获得参考信号。

示意性地，汇编装置可以被配置用于将参考信号附加到输入信号，以生成信息信号。然而，汇编装置可以被配置用于例如把参考信号叠加到输入信号上，其中参考信号和输入信号优选地包括不同的频域。然而，汇编装置还可以被配置用于将参考信号放置于输入信号的任何位置处。

根据本发明来检验数据集的特征信息的完整性是可能的。如果数据集的非特征信息发生了改变，则完整性校验仍然提供相同的结果。因而，示意性地，可以处理上面提到的主要信息而不改变信息信号分量或输入信号分量。示意性地，可以将水印添加到所述另一信息信号分量或所述另一输入信号分量，但不影响数据的完整性。

如上所述，例如，在第一步骤中使用滤波器来提取应用所期望情况的特征信息。例如，在MP3编码信号中，该滤波器屏蔽所有的霍夫曼编码值(频谱线，频谱值)，即，让其他比特通过。大多数不同类型的滤波器是可以想到的，包括那些屏蔽简单部分并执行复杂滤波操作的滤波器。因而，例如，在文本文件中，仅滤出没被格式化的文本。例如，如果是图片，则仅提取亮度而不提取颜色，等等。

在另一步骤中，通过传统的密码方法，例如，密码哈希处理，来处理/检测获得的特征信息(滤波器的输出)。

如果信息信号或输入信号是MP3编码的信号，则要进行解码，直到可以建立其中缩放因子作为辅助信息存储的区域。然后哈希算法应用于数据集的缩放因子，而所产生的哈希值作为参考被存储起来，其中，不考虑频谱值。

然后，按照需要，利用适当的比特流水印处理，向信号添加水印。为了测试特征信息是否变化，再次确定缩放因子(缩放参数)的区域(信息信号分量)，如上所述，计算缩放因子的哈希值并与参考相比较。如果特征信息没有变化，则哈希值是相同的。

定义MP3编码信号的特征信息的其他可能性是例如完整的辅助信息、频谱值的特定部分(在水印仅用于互补部分的情况下)或者已经提到的块切换信息(短块、长块的分配)。

示意性地，可以通过缩放因子来缩放频谱值。此外，频谱值可进行编码，例如进行霍夫曼编码。

因而，本发明还提出了一种提供水印兼容哈希值的方法。

除所描述的设备之外，本发明还提供了具有相应功能的方法。此外，不同实施例的所有功能可以彼此结合以获得本发明其它有利效果。

依赖于情况，本发明方法可以以硬件或者软件实现。所述实现可以是在数字存储介质上，尤其在具有可被电子地读出的控制信号的磁盘或CD上，所述磁盘或CD可以与可编程计算机系统协作从而执行相应的方法。通常，本发明因而还包括计算机程序产品，具有存储在机器可读载体上的程序代码，当计算机程序产品在计算机上运行时，用于执行本发明方法中的至少一个。换言之，本发明还可以实现为计算机程序，具有程序代码，当在计算机上运行所述计算机程序时，用于执行所述方法。

Claims (22)

1.一种用于检测对信息信号的处理的设备，包括：

用于从所述信息信号中提取表示所述信息信号特征的信息信号分量的装置(101)；

用于加密所述信息信号分量以获得加密信号的装置(103)；以及

用于比较所述加密信号和参考信号以检测所述处理的装置(105)，所述参考信号是参考信息信号的未被处理的参考信号分量的加密表示。

2.根据权利要求1的设备，其中所述信息信号包括另一信息信号分量，所述提取装置(101)被配置用于不滤出所述另一信息信号分量，从而所述另一信息信号分量的变化是不可测的。

3.根据权利要求1或2的设备，其中信息信号包括具有主要信息的另一信息信号分量，并且所述信息信号分量包括与所述主要信息关联的辅助信息。

4.根据权利要求3的设备，其中所述信息信号分量和所述另一信息信号分量位于所述信息信号的不同部分，并且所述提取装置(101)被配置用于提取所述信息信号分量所在的信息信号的部分，以获得所述信息信号分量。

5.根据权利要求3的设备，其中所述信息信号分量的频谱和所述另一信息信号分量的频谱包括不同的频谱值，并且所述提取装置(101)被配置用于滤出所述信息信号分量的频谱值，以获得所述信息信号分量。

6.根据权利要求2至5之一的设备，其中所述信息信号是音频信号，所述另一信息信号分量包括作为主要信息的音频频谱值，并且所述信息信号分量包括作为辅助信息的所述音频频谱值的缩放因子。

7.根据权利要求2至5之一的设备，其中所述信息信号是音频信号，所述另一信息信号分量包括音频频谱值，并且所述信息信号分量包括与多个音频频谱值有关的信息。

8.根据权利要求2至5之一的设备，其中所述信息信号是视频信号，所述另一信息信号分量包括作为主要信息的视频信息，并且所述信息信号分量包括作为辅助信息的所述视频信息的亮度值。

9.根据权利要求1至8之一的设备，其中所述加密装置(103)被配置用于形成所述信息信号分量的哈希值或校验和，以获得所述加密信号。

10.根据权利要求1至9之一的设备，其中所述信息信号还包括参考信号，所述提取装置(101)被配置用于从所述信息信号中提取所述参考信号。

11.根据权利要求10的设备，其中所述提取装置(101)被配置用于从多个参考信号中选择与所述信息信号分量相关联的参考信号。

12.根据权利要求10或11的设备，其中所述参考信号是未被处理的参考信号分量的哈希值或校验和。

13.根据权利要求1至12之一的设备，其中所述未被处理的参考信号分量与原始信息信号分量相同，并且所述参考信号与原始信息信号相同。

14.一种用于检测对信息信号的处理的设备，包括：

用于从所述信息信号中提取表示所述信息信号特征的信息信号分量的装置；

用于解密参考信号以获得解密信号的装置，所述参考信号是参考信号信息的未被处理的参考信号分量的加密表示；和

用于比较所述解密信号和所述信息信号分量以检测对所述信息信号的处理的装置。

15.根据权利要求14的设备，其中所述参考信号是对所述信息信号分量使用私钥而生成的数字签名，并且所述解密装置被配置用于通过与所述私钥关联的公钥来解密所述签名，以获得解密信号。

16.一种用于根据输入信号来生成信息信号的设备，所述输入信号包括输入信号分量和另一输入信号分量，所述另一输入信号分量包括主要信息，所述输入信号分量包括与所述主要信息关联的辅助信息，所述设备包括：

用于加密所述输入信号分量以获得参考信号的装置；和

用于汇编所述输入信号分量、所述另一输入信号分量和所述参考信号以生成所述信息信号的装置。

17.根据权利要求16的设备，其中所述加密装置被配置用于形成所述输入信号分量的哈希值或校验和，以获得所述参考信号。

18.根据权利要求16或17的设备，其中所述汇编装置被配置用于把所述参考信号附加到所述输入信号以生成所述信息信号。

19.一种用于检测对信息信号的处理的方法，包括以下步骤：

从所述信息信号中提取表示所述信息信号特征的信息信号分量；

加密所述信息信号分量以获得加密信号；以及

比较所述加密信号和参考信号，以检测所述处理，所述参考信号是参考信息信号的未被处理的参考信号分量的加密表示。

20.一种用于检测对信息信号的处理的方法，包括以下步骤：

从所述信息信号中提取表示所述信息信号特征的信息信号分量；

解密参考信号，以获得解密信号，所述参考信号是参考信息信号的未被处理的参考信号分量的加密表示；以及

比较所述解密信号和所述信息信号分量，以检测所述处理。

21.一种用于根据输入信号来生成信息信号的方法，所述输入信号包括输入信号分量和另一输入信号分量，所述另一输入信号分量包括主要信息，所述输入信号分量包括与所述主要信息关联的辅助信息，所述方法包括以下步骤：

加密所述输入信号分量以获得参考信号；以及

汇编所述输入信号分量、所述其它输入信号分量和所述参考信号以生成所述信息信号。

22.一种计算机程序，当在计算机上运行所述计算机程序时，用于执行根据权利要求19的方法或根据权利要求20的方法或根据权利要求21的方法。

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