DE19847942A1 - Inserting security fingerprint into electronic documents by allocating point in hyperplane to each marking point in document - Google Patents

Inserting security fingerprint into electronic documents by allocating point in hyperplane to each marking point in document

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Abstract

A point in a projective space of hyperplanes is assigned to one marking point using a secrecy function. At least two hyper planes of the projected space are allocated to one fingerprint exclusively. For each fingerprint, the marking points corresponding to the selected hyperplanes are marked. To detect fingerprint erasure attempts, geometric objects are reconstructed form the marking points and the linear dependence is analyzed to determine in which hyperplanes the objects are contained.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Ober begriff des Patentanspruchs 1 näher bezeichneten Art, das im Hauptpatent DE 198 16 356.8-31 beschrieben ist. The invention relates to a method of the in the preamble of claim 1 is described in more detail kind which is described in the main patent DE 198 16 356.8-31.

Durch das schnelle Wachstum des Internets und die dadurch entstandene Möglichkeit, Dokumente digital zu verbreiten, entsteht ein steigender Bedarf zum Schutz vor illegaler Verbreitung von Dokumenten und damit zum Schutz eines Copy rightinhabers vor Raubkopien. Due to the rapid growth of the Internet and thus created opportunity to disseminate documents digitally, created an increasing need for protection against illegal distribution of documents and thus to protect a copy right holder's against piracy.

Zu diesem Zweck arbeiten große Firmen, wie IBM, NEC und Microsoft, aber auch kleinere Firmen, wie Digimarc (siehe Funkschau 17/97; S. 21) und Forschungsinstitute, wie die Fraunhofergesellschaft IGD und die GMD Darmstadt daran, sogenannte digitale Wasserzeichen in Dokumente einzubetten. large companies such as IBM, NEC and Microsoft, but also smaller companies such as Digimarc for this purpose (see radio show 17/97; 21) and research institutes such as the Fraunhofer Gesellschaft IGD and the GMD Darmstadt because so-called digital watermarks in documents embed. Bei Verfahren auf dieser Grundlage wird eine Information, die den Copyrightinhaber identifiziert, unsichtbar in die zu schützenden Dokumente eingebracht. In methods based on this information, identifying the copyright owner is invisibly incorporated into the documents to be protected. Die Art des einge brachten digitalen Wasserzeichens hängt dabei vom jeweili gen Typ des Dokuments ab (z. B. Postscript, JPEG, MPEG-1). The type of embedded digital watermark depends on jeweili gen type of the document (eg. As PostScript, JPEG, MPEG-1).

Digitale Wasserzeichen erlauben es dem Copyrightinhaber, sein geistiges Eigentum an einem illegal verteilten Doku ment nachzuweisen. Digital watermarks allow the copyright owner, management demonstrate its intellectual property on an illegally distributed documentary. Digitale Wasserzeichen erlauben es jedoch nicht, den Verursacher der illegalen Verteilung zu ermitteln und ihm die illegale Verteilung nachzuweisen. However, digital watermarks do not allow to determine the cause of the illegal distribution and demonstrate to him the illegal distribution.

Digitale Fingerabdrücke gehen einen Schritt weiter. Digital fingerprints go one step further. Bei Verwendung des Prinzips der Sicherung eines Dokuments über digitale Fingerabdrücke, wird neben dem digitalen Wasser zeichen des Copyrightinhabers gleichzeitig auch der Name des Kunden, der eine elektronische Kopie des Dokuments erwirbt, unsichtbar in das Dokument eingefügt. When using the principle of securing a document via digital fingerprints, in addition to the digital water from the copyright holder signs at the same time the customer who purchases an electronic copy of the document name, invisibly inserted into the document. Verteilt dieser Kunde seine Kopie nun entgegen den Interessen des Copyrightinhabers weiter, so kann dieser anhand seines in allen illegalen Kopien enthaltenen elektronischen Fingerab drucks eindeutig identifiziert und zur Verantwortung gezo gen werden. Spread this customer his copy now against the interests of the copyright owner further, it can by its contained in all illegal copies electronic fingerprint pressure clearly identified and accountable removed under power be. (Dan Boneh und James Shaw, Collusion-Secure Fingerprinting for Digital Data. Proc. CRYPTO "95" LNCS 963, Springer-Verlag, Berlin 1995, 452-465.) (Dan Boneh and James Shaw, Collusion-Secure Fingerprinting for Digital Data. Proc. CRYPTO "95" LNCS 963, Springer-Verlag, Berlin 1995, 452-465.)

Das Prinzip der Sicherung von Dokumenten mittels digitaler Fingerabdrücke hat bislang eine gravierende Schwachstelle, die daraus resultiert, daß sich die den einzelnen Kunden zugeordneten Dokumente in ihrem Bitmuster genau an der Stelle unterscheiden, an welcher der individuelle nutzer bezogene Fingerabdruck der unterschiedlichen Kunden ange ordnet ist. The principle of assurance of documents by means of digital fingerprints has been a serious weak point resulting from the fact that assigned to each customer documents in their bit patterns differ at exactly the point at which is the individual user-related fingerprint of different clients is arranged. Gelangt ein Kunde in den Besitz des Dokuments eines zweiten Kunden, oder bildet sich eine Gruppe von Angreifern, so sind diese in der Lage, durch bitweisen Ver gleich der beiden Dokumente die Stellen mit den unter schiedlichen digitalen Fingerabdrücken aufzuspüren und sie aus dem Dokument zu beseitigen (löschen). Where a customer is in possession of the document a second customer, or to form a group of attackers, they are able to track by bitwise Ver equal to the two documents, the sites with the difference advanced digital fingerprints and to eliminate it from the document (Clear). Mit dem Verfahren nach dem Hauptpatent wird, entsprechend Fig. 1, mit Hilfe sich überlappender endlicher geometrischer Strukturen, die Absicht solcher Manipulationen, eine Kopie des Dokuments zu erhalten, aus dem alle nutzerbezogenen Fingerabdrücke ent fernt sind, teilweise verhindert, weil eine Schnittmenge S der Fingerabdrücke A; With the method according to the main patent, it is, according to Fig. 1, by means of overlapping of finite geometric structures, to obtain a copy of the document from which all user-related fingerprints are ent removed, partially prevented because an intersection S is the intention of such manipulation, the A fingerprints; B und C gleich ist, nicht entdeckt wird und für Ermittlungen erhalten bleibt. B and C are the same, is not detected and for investigation is retained. Solche Ermitt lungen sind jedoch bei größeren Gruppen von Angreifern schwierig und können zu mehrdeutigen Ergebnissen führen. However, such Determined negotiations are difficult with larger groups of attackers and can lead to ambiguous results.

Die Erfindung hat die Aufgabe, diesen Mangel zu beseitigen, mehr Kopien der Dokumente zu ermöglichen, und auch eine größere Gruppe von Angreifern besser erkennen zu können. The invention aims to remedy this deficiency, to allow more copies of the documents, and to better recognize a larger group of attackers.

Die zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagenen Verfahrens schritte sind im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufge führt. The proposed to achieve this object, the method steps are set out in the characterizing part of claim 1 leads.

Im Kennzeichen des Patentanspruchs 2 ist eine vorteilhafte Weiterbildungsmöglichkeit zur noch besseren Ermittlung von Löschungsversuchen beschrieben. In indicator of claim 2 a beneficial training opportunities for even better identification of deletion experiments described.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen näher beschrieben. The invention will be described with reference to exemplary embodiments playing. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen die: In the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 die Ermittlung der Schnittmenge S entsprechend dem Hauptpatent, Fig. 1, the determination of the intersection S according to the main patent,

Fig. 2 ein System zu Erzeugung digitaler Fingerabdrücke in der projektiven Ebene PG(2,2) und Fig. 2 is a system to generate digital fingerprints in the projective plane PG (2.2) and

Fig. 3 eine anschauliche Darstellung der Erfindung im dreidimensionalen Raum. Fig. 3 is an explanatory view showing the invention in three-dimensional space.

Die Erfindung beruht auf der Verwendung von Hyperebenen in endlichen projektiven Räumen PG(d,q). The invention is based on the use of hyperplanes in the finite projective space PG (d, q). Der Parameter d gibt dabei die maximale Zahl von Angreifern an, die das System verarbeiten kann. The parameter d in this case indicates the maximum number of attackers that can handle the system. Die beiden folgenden Anforderungen werden dabei erfüllt: The following two requirements are met here:

  • 1. Jeder Kopie des Dokuments ist genau ein Kunde zugeord net. 1. Each copy of the document is accurate net a customer zugeord.
  • 2. Schließen sich k Kunden mit k < d+1 zusammen und entfer nen aus einem Dokument alle Fingerabdruck-Teile, die sie durch (bitweisen) Vergleich ermitteln können, so können diese k Kunden aus dem manipulierten Dokument eindeutig identifiziert werden. 2. Connect to customers with k k <d + 1 together and entfer nen from a document that they can identify with (bit-wise) compared all the fingerprint parts, these k customers can be clearly identified from the rigged document.

Als Beispiel sei die Erfindung zunächst in der projektiven Ebene PG(2,2) beschrieben. As an example, the invention first in the projective plane PG (2.2) will be described. Fig. 2 gibt diese Ebene und die verschiedenen Fingerabdrücke A; Fig. 2 shows this plane and the different fingerprints A; B und C wieder. B and C again.

In Fig. 2 sind alle Punkte und Geraden der projektiven Ebene PG(2,2) eingezeichnet. In Fig. 2, all the points and lines are (2.2) is drawn of the projective plane PG. Jedem Punkt der projektiven Ebene wird mittels einer geheimen Funktion (bzw. Einweg funktion) eine Stelle im Dokument zugewiesen. Each point of the projective plane by means of a secret function (or one-way function) assigned a position in the document. Kunde a erhält dann ein Dokument, in dem die Stellen markiert sind (z. B. durch Invertieren der Bits an den betreffenden Stel len), die zum Fingerabdruck A gehören. Client A then receives a document, in which the sites are marked (eg., By inverting the bits len to the relevant Stel) that belong to the fingerprint A. Für den Kunden, dem der Fingerabdruck A zugeordnet wird, wären dies z. For the customer, the fingerprint A is assigned, this would be such. B. die Stellen, die den Punkten 1 , 5 und 6 zugeordnet sind. For example, the points that are associated with the points 1, 5 and 6. FIG.

Vergleichen nun zwei Kunden ihre Fingerabdrücke, so finden sie alle markierten Stellen, bis auf die eine Stelle, die im Schnittpunkt der beiden Fingerabdrücke liegt. Compare now two customers their fingerprints, they are all marked points, except for the one point which is the intersection of the two fingerprints. Würden z. Would such. B. der Kunde mit dem Fingerabdruck A und der Kunde mit dem Fingerabdruck B ihre Fingerabdrücke vergleichen, so könnten sie die Stellen finden, die den Punkten 2 , 4 , 5 und 7 entsprechen, nicht aber die Stellen 1 , 3 und 6 . B. the customer to compare the fingerprinted A and the customer with the fingerprint B their fingerprints, they could find the locations corresponding to points 2, 4, 5 and 7, but not the positions 1, 3 and 6. FIG.

Eine Identifizierung der Kunden ist aber auch dann noch möglich, wenn sich maximal je zwei Kunden verbünden, denn jede Menge von Schnittpunkten kann nur von genau einem Paar von Kunden übersehen werden. However, a customer identification is possible even when a maximum of two per customer ally, because a lot of intersections can be seen by just a couple of customers. In unserem Beispiel können die Punkte 1 , 3 , 6 nur genau von den Kunden a und b übersehen werden; In our example, the points 1, 3, 6 may be overlooked by customers a and b only accurate; Kunde b und c hätten genau die Punkte 1 , 2 , 7 übersehen, usw. Customer b and c have overlooked the points 1, 2, 7 exactly, etc.

Das oben beschriebene System kann für höhere Dimensionen d und größere Ordnungen q verallgemeinert werden. The system described above can be generalized to higher dimensions d and larger orders q. Im dreidi mensionalen Fall liefert ein Würfel (vgl. Fig. 3) ein an schauliches Bild der Situation: Ein Fingerabdruck besteht aus den Punkten, die auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Würfels liegen; In dreidi dimensional case a cube provides a check on overall picture of the situation: A fingerprint consists of the points lying on two opposite sides of the cube (see Fig. 3). je zwei Fingerabdrücke schneiden sich genau in vier Geraden, und je drei in genau acht Punkten. two fingerprints overlap exactly four straight, and three each in just eight points. Das bedeutet, daß man aus der Schnittmenge von je zwei (bzw. drei) Fingerabdrücken genau auf die beiden (bzw. drei) Kunden Rückschlüsse ziehen kann, die versucht haben, die Fingerabdrücke zu entfernen. This means that from the intersection of two (or three) fingerprints exactly to the two (or three) customers can draw conclusions that have tried to remove the fingerprints.

Im allgemeinen Fall basiert die Erfindung auf der Verwen dung von Hyperebenen im projektiven Raum PG(d,q). In the general case, the invention is based on the dung USAGE of hyperplanes in the projective space PG (d, q). Jedem Kunden werden dabei mindestens zwei Hyperebenen zugewiesen, es können auch mehr sein. Each customer shall be attributed to at least two hyperplanes, it can be more. Jede Hyperebene darf nur einmal einem Kunden zugewiesen werden. Each hyperplane may only be assigned once a customer. Für diese Zuweisung gibt es verschiedene Varianten: For this assignment, there are different variants:

  • 1. Die beiden Hyperebenen werden zufällig ausgewählt. 1. The two hyperplanes are chosen randomly. Bei dieser Variante kann es mit geringer Wahrscheinlichkeit dazu kommen, daß der Kreis der Verdächtigen größer ist als der Kreis der Verräter. In this variant, it may happen that the circle of suspects is larger than the group of traitors with low probability.
  • 2. Die beiden Hyperebenen sind "parallel", dh sie schnei den sich in einer ausgewählten Hyperebene H. 2. The two hyperplanes are "parallel", meaning they schnei to be in a selected hyperplane H.

Variante 2 dient dazu, das folgende Problem zu vermeiden: Option 2 is intended to avoid the following problem:
Die Schnittpunkte der Fingerabdrücke A und B werden in einem Dokument entdeckt. The intersections of the fingerprints A and B are detected in a document. Dann ist es auch denkbar, daß diese Schnittpunkte durch Schneiden von Fingerabdruck A und C, oder durch Fingerabdruck B und C erzeugt wurden. Then it is also conceivable that these edit points are generated by cutting of fingerprint A and C, or B and C fingerprint.

Dieses Problem kann allerdings für große Dimensionen (ab d = 3) vernachlässigt werden: Die Schnittmenge von d Finger abdrücken ist nur mit vernachlässigbar kleiner Wahrschein lichkeit mehrdeutig, und in diesem seltenen Fall erkennt der Dekodieralgorithmus die Mehrdeutigkeit. This problem, however, can be neglected (from d = 3) for large dimensions: the intersection of d finger to pull the trigger is ambiguous friendliness with negligible plausibility, and in this rare case, the decoding algorithm recognizes the ambiguity. Die Gefahr, daß Unschuldige verdächtigt werden, besteht also nicht. The risk that innocent people are suspected, so there is not.

Zur Dekodierung, dh zur Rekonstruktion der Hyperebenen aus den gefundenen Schnittpunkten (bzw. Schnitt- geraden, -ebenen, . . .) sucht man linear abhängige Mengen. For decoding, that is, for the reconstruction of hyperplanes from the found intersection points (or cut straight planes,...) One is looking linearly dependent quantities. Liegen z. Are for. B. in PG(d,q) nur die 2 d Schnittpunkte der d Hyperebenen vor, so sucht man Teilmengen von je 2 d-1 Punkten, die in einer gemeinsamen Hyperebene liegen. B. PG (d, q), only the intersections of the 2 d d hyperplanes before, we studied subsets of each 2 d-1 points lying in a common hyperplane. Hat man eine solche Hyperebene gefunden, so ist damit auch bereits ein Finger abdruck identifiziert. Having found such a hyper plane, so that a finger is already footprints identified.

Claims (2)

1. Verfahren zum Einbringen manipulationssicherer digitaler Fingerabdrücke in elektronische Dokumente, bei dem jedem Käufer eine Kopie eines Dokuments zugeordnet wird, in welcher als Markierung ein dem jeweiligen Käufer der Kopie zugeordneter individueller, vom Käufer nicht er kennbarer Fingerabdruck eingebracht ist und bei dem nach DE 198 16 356.8-53 die Zuweisung der Markierungsstel len des für jede Kopie unterschiedlichen individuellen digitalen Fingerabdrucks unter Zuhilfenahme endlicher geometrischer Strukturen erfolgt, wobei die Kopie jedes Käufers an den Stellen markiert wird, die durch die dem jeweiligen Kunden zugeordnete geometrische Unterstruktur und eine geheime Funktion festgelegt werden, bei dem die so für jeden Käufer als digitaler Fingerabdruck ermit telten Punkte innerhalb der geometrischen Struktur so festgelegt sind, daß sie sich mit den Punkten der Fin gerabdrücke anderer Käufer überschneiden, und bei dem anhand eines bitweisen Vergleichs des ursprüngli 1. Method for introducing manipulation-proof digital fingerprints into electronic documents, wherein each purchaser copy is associated with a document in which the marking is a associated with the respective purchaser of the copy of the individual, the buyer does not he cernible fingerprint is introduced and in which, after DE 198 16 356.8-53 the assignment of marking ting the different for each copy of individual digital fingerprint with the aid of finite geometric structures, whereby the copy of each buyer is marked at the locations which are determined by the set of each customer associated with geometric substructure and a secret function wherein the telten points ermit so for each buyer as a digital fingerprint are defined within the geometric structure such that they intersect with the points of the fin gerabdrücke other buyers, and wherein on the basis of a bitwise comparison of the Original Art chen Dokuments mit einer Kopie, aus der durch Manipulation von höchstens d Käufern Teile von Fingerabdrücken ent fernt wurden, aus den noch vorhandenen Schnittmengen der Fingerabdrücke die an der Manipulation beteiligten Ko pien und damit die als Angreifer tätig gewordenen Käufer ermittelt werden können, dadurch gekenn zeichnet , daß chen document with a copy ent from the through manipulation of most d buyers parts of fingerprints were removed, pien co involved in the manipulation of the remaining intersections of fingerprints and therefore the active become an aggressor buyers can be determined, characterized that
  • 1. jeder Markierungsstelle im Dokument eindeutig ein Punkt des projektiven Raumes PG(d, q) von Hyperebenen mittels geheimer Funktion zugeordnet wird, 1 each marking location in the document clearly (d, q) is a point of the projective space PG is allocated by means of hyperplanes secret function,
  • 2. jedem Fingerabdruck mindestens zwei Hyperebenen von PG(d, q) zugeordnet werden, von denen jede nur einem Fingerabdruck exklusiv zugeordnet wird, und daß 2. each fingerprint at least two hyperplanes of PG (d, q) are assigned, each of which is assigned exclusively to only one fingerprint, and in that
  • 3. zu jedem Fingerabdruck genau die Markierungsstellen markiert werden, die den Punkten der ausgewählten Hyperebenen entsprechen. 3. The mark positions are marked for each fingerprint exactly corresponding to the points of the selected hyperplanes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung von Löschungsversuchen der Fingerabdrücke 2. The method according to claim 1, characterized in that for the determination of deletion experiments of the fingerprints
  • 1. aus den im Dokument aufgefundenen markierten Markie rungsstellen die geometrischen Objekte rekonstruiert werden, 1 from the found in the document labeled Markie the geometrical objects represent approximately be reconstructed,
  • 2. durch Analyse der linearen Abhängigkeiten festgestellt wird, in welchen Hyperebenen die Objekte enthalten sind, und the linear dependence is determined by the second analysis in which hyperplanes the objects are contained, and
  • 3. durch Berechnung dieser Hyperebenen sukzessive die Fin gerabdrücke der manipulierenden Kunden bestimmt werden. 3. by calculating these hyperplanes successively the fin gerabdrücke of manipulating customers are determined.
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