CN101341539A - 高效安全的取证水印 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生成嵌入数字媒体的水印的水印生成方法，这里所述的水印是通过组合一组水印模式中的至少两种水印模式生成的。这组水印模式分为至少两个水印模式子集，并且该子集是层次相关的，以及所述的水印中的水印模式是直接相关的水印模式。直接相关意味着水印模式像一个诸如树结构的层次结构中的父和子一样相关。进一步地，本发明涉及一种适用于生成嵌入到媒体的水印的装置。

Description

高效安全的取证水印
技术领域
本发明涉及将取证水印应用于媒体的方法和通过取证水印鉴别媒体的方法。
背景技术
媒体(例如音乐、电影或软件)的所有者和生产者经常通过防拷贝光盘(例如DVD)把他们的作品分发给消费者。这使得所有者确信在其没有得到适当支付时消费者不能拷贝和非法分发该作品。然而，许多消费者想要制作他们在诸如DVD的防拷贝光盘上合法取得的作品的拷贝。内容所有者和/或国家法律可以授予消费者制作拷贝的权利，只要那些拷贝仅供个人使用。优选地，这样的拷贝也应该在“传统”设备或格式上播放，所述“传统”设备或格式例如PC、CD-R光盘和mp3播放器，其不支持任何防拷贝系统。为了限制所述(在那种情况下的)不受保护的拷贝的分发，已经提出了在这些拷贝中嵌入取证水印。取证水印的目的是鉴别制作原始(第一代)拷贝的个人。期望这些水印的出现将阻止消费者在互联网上分发他们的拷贝。然而，问题在于取证水印是否能为谁将最终对互联网上出现的欺诈拷贝负责提供确证。
典型地，消费者的播放器或记录器(此后称为客户设备)必须在拷贝中嵌入取证水印。为了这个目的，客户设备使用内部存贮水印模式并且提供消费者身份作为水印有效负载。在这种设置中所有客户设备共享相同的固定水印模式。最终，熟练的黑客能够从客户设备提取水印模式以及用于构造它的(可选的)有效负载的方法。此外，黑客可以在软件工具中编码这些知识并将其公布在互联网上。该工具能使任何人(熟练的或不熟悉的)嵌入携带任意有效负载的任意水印。结果是，该水印不再为谁制作了拷贝提供确证，并且不能找到对非法分发负责的人。
暴露水印模式，其为所有客户设备知道的一个全球性的秘密，代表系统的灾难性的破坏。当所有客户设备都知道了水印模式是如何构造的时候，水印模式被暴露的风险会很高，这典型地是通过调制某个基本水印模式来完成的。熟练的黑客可以容易地进入客户设备并且由此侵害该设备。而且，所谓的共谋攻击是一个难题，在这里为了侵入水印系统许多叛逆者合作。许多多重个体得到基本模式，于是可以合作以联合破解该系统。一旦基本模式被知道，整个系统会受到损害，从而反向追踪非法拷贝的叛逆者是不可能的。解决方法是对每一个拷贝采用独立的基本模式。然而，这种方法的问题是，由于它需要搜索所有可能的模式，叛逆者的检测变得过于复杂。
发明内容
本发明的一个目标是改进上述问题。
本发明公开了一种用于生成嵌入到数字媒体的水印的水印生成方法，其中所述水印是通过组合一组水印模式中的至少两种水印模式生成的。这组水印模式分为至少两个水印模式子集，并且这些子集是层次相关的。因此，水印从层次相关的水印模式中生成，这使得更易于从不同的水印中鉴别水印。而且，能生成不同的水印，因为该水印包括能以不同方式组合的不同的水印模式。当必须在媒体的拷贝中嵌入唯一水印时，这是一个优势。
在水印生成方法的一个实施例中，所述的水印中的水印模式是直接相关水印模式，以及所述的水印中的水印模式是直接相关的水印模式。直接相关的意思是水印模式的相关像诸如树结构的层次结构中的父和子。水印模式之间的直接相关使得制定结构化搜索策略成为可能。层次结构非常快地限定了搜索结果，因为首先顶部水印模式(父)被找到，此后搜索被限定于与顶部水印直接相关的水印模式(子)。
在水印生成方法的一个实施例中，在所述子集的每一个子集中的水印模式相互独立。这使得对于黑客而言征服水印系统更困难，因而限制了拷贝的非法分发。
在水印生成方法的另一个实施例中，在至少一个子集中的水印模式通过用有效负载调制给定基本模式而生成，并且所述子集中的至少一个水印模式在所述水印的生成中被采用。这使得该搜索策略甚至更快，因为可以容易地从这些负载中找到顶部水印模式。
在水印生成方法的另一个实施例中，每一个子集仅有一个水印模式被用于所述水印的生成。这确保了在该层次结构中的每一层只有一个水印模式被用于生成水印，并且结果是该搜索策略得到改进，因为它可以从层次结构的顶部到其底部执行。
在水印生成方法的另一个实施例中，为了生成唯一水印，所述水印模式的每种组合只使用一次。因此有可能在每个由媒体制成的拷贝中嵌入唯一的水印，并且结果是每个拷贝都能被唯一地识别。
此外，本发明涉及一种用于生成嵌入数字媒体中的水印的设备，其中所述设备包括用于如上所述的水印生成的生成装置。因此，水印可以从直接层次相关水印模式中生成，从而使得更易于从不同水印中鉴别一个水印，并且由于水印模式之间的直接相关，可以制定结构化搜索策略。层次结构非常快地限定了搜索结果，因为首先顶部水印模式被找到，此后搜索被限定于与顶部水印直接相关的水印模式。
在一个实施例中，上述设备进一步包括嵌入装置，其中所述的嵌入装置适用于在数字媒体中嵌入所生成的水印。这确保了水印能结合到媒体的拷贝中并且之后能从拷贝中提取该水印，以及接着可以追踪拷贝到制作该拷贝的消费者。
在一个实施例中，该设备进一步包括存储装置，并且所述存储装置适用于存储所述的水印。这确保了水印能被存储在例如带有哪一个消费者制作了哪一个拷贝的信息的数据库中。从而在拷贝非法分发的情况下可以找到负有责任的消费者。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的优选实施例，在附图中
图1显示了本发明如何实施的说明性流程图，
图2显示了当消费者已经获得媒体的拷贝时最终发生什么的说明性流程图，
图3显示了如何通过有组织的方式构造唯一水印，
图4显示了如何从一个带有不同有效负载的基本水印序列构造唯一水印的一个实施例。
优选实施例详述
图1表示了本发明如何实施的说明性流程图并且显示了一个客户/服务器系统，其中客户(101)代表消费者且服务器(102)代表媒体内容的所有者。消费者已经购买了在防拷贝介质(例如DVD)上提供的媒体的原始拷贝(103)。客户可以在客户设备(104)(比如DVD播放器)上播放该媒体。然而，为了在诸如PC、CD-R盘、mp3播放器等“传统”设备或格式上播放该媒体，消费者经常想制作供个人使用的另一个拷贝。在没有服务器(102)的许可的情况下，客户设备(104)不能复制原始拷贝。从而，客户设备和服务器通过网络(例如LAN、无线LAN、电话、互联网等)连接，并且客户设备发送请求(105)到服务器以得到服务器对拷贝媒体的许可。该请求包括有关媒体(比如水印)的信息和用于鉴别消费者的信息，并且可以例如是客户设备的序列号、服务器帐户的用户名和密码、消费者的社会保险号或消费者的姓名和地址。服务器根据请求和收到的信息决定(106)是否可以授予拷贝许可。如果许可没有被授予，那么服务器就发送否定应答(107)到客户设备，并且客户设备不能拷贝该媒体(113)。另一方面，如果许可被授予，那么服务器就产生唯一水印(108)。该水印以后可以用于识别制作拷贝的消费者。通过在数据库中(110)存储(109)鉴别消费者的信息和相应水印使之成为可能。一旦该唯一水印被生成并且有关消费者的相应信息被保存，服务器就发送肯定应答(111)到客户设备。客户设备此时已经收到来自服务器或是否定或是肯定的应答，并且决定(112)是否制作拷贝。如果应答是否定的，则没有拷贝被制作(113)。另一方面，如果应答是肯定的，则客户设备制作该媒体的拷贝，而且从服务器收到的唯一水印被加入到该拷贝中。结果是制作了新的合法拷贝(115)，且该合法拷贝包括唯一水印从而可以被反向追踪到该消费者。在制作了新的合法拷贝(115)之后，客户设备删除从服务器收到的信息(116)。这使得在拷贝已被制作之后黑客不可能从客户设备提取唯一水印，因为客户设备只是暂时保留了有关水印的信息。
图2显示了当消费者/客户(101)已经拷贝了防拷贝媒体以便在没有防拷贝情况下在诸如PC、CD-R盘、mp3播放器等“传统”设备或格式上播放该媒体时，最终可能发生事情的说明性流程图。通过如图1所述的复制提供于防拷贝媒体上的原始拷贝，客户已经获得了合法拷贝(115)，并且现在能够在诸如PC、CD-R盘和mp 3播放器(201)等“传统”设备或格式上播放。不幸的是，客户也能够制作更多的媒体拷贝(202)，因为合法拷贝不是防拷贝的。然而，这些拷贝(203，204，205)也将包含相同的唯一水印，其是在如图1所描述的拷贝过程期间加入到合法拷贝(115)中的。一些客户可能被诱惑去制作许多非法媒体拷贝并在诸如磁盘(203)、CD-ROM(204)上或通过互联网服务器(205)分发这些拷贝。结果是许多消费者既可以通过接收在磁盘/CD-ROM上的媒体内容拷贝也可以通过互联网下载它来获得非法拷贝。在这种情况下，媒体的合法所有者没有得到关于该媒体的合适的报酬支付。因此，媒体所有者设法限制他们的媒体的非法分发，并且典型地这是通过对分发非法拷贝的消费者提出法律诉讼来进行。当媒体已经被非法分发时，所有者/服务器将最终获得非法分发(206)的情况；这可以通过例如接收非法媒体拷贝来实现。为了对对该分发负责的消费者提出法律诉讼，所有者需要检测谁制作了合法拷贝(115)的第一个拷贝。这是通过首先从非法拷贝(207)中提取唯一水印，并且一旦水印已被提取则在数据库(110)中实施鉴别搜索(208)来实现的。该数据库将包括关于哪一个消费者被许可制作原始拷贝的合法拷贝的信息。数据库搜索(208)的结果是所有者得到了谁对媒体的非法分发负有故意或疏忽责任的法律证据(209)。
图3显示了本发明的水印如何被结构化以能够获得一系列唯一水印以及同时得到高效搜索策略。这些水印生成在如图1所描述的服务器上，作为n层、m列的唯一水印模式的树。该树上的每个叶子(盒子)代表一个唯一水印模式，当客户设备完成交易(制作合法拷贝)时，它就从网络服务器收到一组唯一水印模式。这个组包括n个水印模式，其位于从根节点到某一个叶子节点经过该树的一条路径上。通过这种方式，有可能鉴别mn个单独的交易。客户设备必须在拷贝中嵌入所有n个水印，这样唯一鉴别了准许拷贝的交易。举例而言，唯一水印通过沿着树的一条路径(用箭头标出)生成为几个单独的水印模式的复合。
Figure A20068004822200071
水印的唯一路径应该只使用一次，从而有可能唯一鉴别准许拷贝的交易。欺诈拷贝的鉴别过程有n个步骤。首先，调查者必须检查拷贝是否包含顶层节点的m个水印模式之一。如果确实如此，那么调查者必须检查拷贝是否包含适当的子节点的m个水印模式之一，依此类推。如果调查者发现其中一个叶子节点的水印模式，那么准许拷贝的交易被鉴别，因为这个水印模式没有和任何其他交易共享。在此过程中，对每一个欺诈拷贝必须检查至多n·m个水印模式。此外，在包含至多m次检查的第一步之后，已经知道究竟该欺诈拷贝是否可以被鉴别。作为上面的一个例子给出的唯一水印能通过首先仔细搜索树的顶层来鉴别。这里，2-水印被鉴别并且搜索继续到树的第二层，但是该搜索被限定于在2-水印下的m个子节点。现在2.m-水印被鉴别，接着搜索继续到第三层，其中搜索被限定于2.m-水印以下的m个子节点。这个过程一直进行，直到到达树的最低层，然后该唯一水印被鉴别。举一个例子，参数m＝128且n＝6时，可能支持大约4·1012个可唯一鉴别的交易，并且经过至多768次检查可以鉴别出欺诈拷贝。在该优选实施例中，这n个水印被嵌入在拷贝的随机位置上。
图4显示了一个替代实施例，其示出了如何从一个携带不同有效负载的基本水印序列构造唯一水印。不同于图3中每个节点代表了一个附加独立水印模式的引入，在这个实施例中第一层的节点用从i个不同的有效负载产生的一个基本水印序列来定义，而在第二层使用的水印模式都是独立的。更特别地，设w0为用于第一层上的基本水印序列，然后外部节点j，k的水印序列通过wi，k＝w0[pLj]+wk给出。
其中j＝1...i且k＝1...m，该wk个水印是独立且唯一的。当i＝0时，上述系统简化为其中每个交易被给予一个严格唯一的水印模式并且检测将需要在m个随机序列上的搜索的系统，其中m的量级是1012。另一方面，当m＝0时上述系统简化为基于单个基本水印模式的经典水印系统。上述系统从而提供了一个灵活的水印结构，其可以在不丢失每个交易得到一个唯一水印模式这个优势的情况下，容易适用于不同的复杂情形。
为了唯一鉴别给定的外部节点(水印追踪)，必须搜索m+1个模式。首先，确定负载pLj以鉴别第一层节点。一旦这个节点被确定，那么在相应于被pLj鉴别的节点的m个子节点的m个模式上实施搜索。从而，可以任意选择i和m的值以满足某个复杂性要求。重要的是注意m的值可以小到1，在这种情况下上述系统变得等价于经典的基于有效负载的水印系统，其中每个水印w0[pLj]用一次填充(OTP：onetimepad)模式wk屏蔽，该模式对每个交易是唯一的。这里，采用带有水印w0[pLj]的有效负载进行全面追踪，而且使用wk是为屏蔽的目的和证实所检测的有效负载的有效性。
在一个优选的实施例中，图4的结构可以结合图3中描述的树结构水印系统以提高后者的搜索效率。这基本上意味着用图3显示的树结构水印系统替代图4中第二层的每一个节点。例如，如果图4的第一层携带35比特(i＝235)的有效负载，并且它的第二层节点被携带7比特信息(一个深度为6且总有效负载为42比特的二叉树)的树结构替代，所实施的搜索次数与图3中m＝128且树深度＝6(总有效负载为42比特)相比将减少128倍。

Claims (9)

1.一种用于生成嵌入到数字媒体的水印的水印生成方法，其中所述的水印是通过组合一组水印模式中的至少两个水印模式来生成的，其特征在于，所述的这组水印模式分为至少两个水印模式子集；所述的子集是层次相关的。
2.根据权利要求1的水印生成方法，其特征在于，所述的水印中的所述的水印模式是直接相关的水印模式。
3.根据权利要求1或2的水印生成方法，其特征在于，每个所述的子集中的所述水印模式是相互独立的。
4.根据权利要求1-3其中一个或者多个的水印生成方法，其特征在于，在至少一个子集中的所述水印模式是通过用有效负载调制给定的基本模式而生成的，以及所述的子集中的至少一个水印模式被用于所述水印的生成。
5.根据权利要求1-4其中一个或者多个的水印生成方法，其特征在于，每个子集中只有一个水印模式用于生成所述的水印。
6.根据权利要求1-5其中一个或者多个的水印生成方法，其特征在于，所述水印模式的每一个组合仅仅使用一次以生成唯一水印。
7.一种用于生成嵌入到数字媒体的水印的设备，其中所述的设备包括用于权利要求1-6所描述的水印生成的生成装置。
8.根据权利要求7用于生成水印的设备，其特征在于，所述的设备进一步包括嵌入装置，所述的嵌入装置适用于在数字媒体中嵌入所生成的水印。
9.根据权利要求8用于生成水印的设备，其特征在于，所述的设备进一步包括存储装置，所述的存储装置适用于存储所述的水印。
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