DE60212195T2

DE60212195T2 - Erzeugung eines Wasserzeichens, das einmalig für einen Empfänger einer Merhfachsendung von Multimediadaten ist

Info

Publication number: DE60212195T2
Application number: DE60212195T
Authority: DE
Inventors: Michiel Van Der Veen
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2022-12-10
Also published as: CN1613228A; AU2002353297A1; EP1472815A2; KR20040077713A; WO2003058876A2; ATE329427T1; EP1472815B1; WO2003058876A3; DE60212195D1; US20050141704A1; AU2002353297A8; JP2005514717A

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Übertragung von Multimediadaten zu mehreren Empfängern und insbesondere auf ein Verfahren und ein Gerät zum Erzeugen von Wasserzeichen, die für einen Empfänger einer Mehrfachübertragung derartiger Medien einzigartig sind. Der hier verwendete Term "Multimedia" kann jeder beliebige Typ von Medien sein, wie Video, Audio, usw., die typischerweise in Form eines Stromes von Datenpaketen verteilt werden.
HINTERGRUND
Mehrfachsendungen schaffen effiziente Ein-zu-Vielen- oder Viele-zu-Vielen-Übertragungen von Multimedia in einem Verteilungsnetzwerk, typischerweise in einer Internet-Umgebung. Eine Quelle überträgt Multimedia in Form von Paketdaten zu einer Gruppe von Empfängern, typischerweise durch eine einzige IP Bestimmungsadresse identifiziert. Mehrfachsendungen sind für großräumige Übertragungen von Multimedia durchaus geeignet, und zwar wegen der Skalierbarkeit; jede Netzwerkkopplung in dem Verteilungsnetzwerk braucht nur eine Kopie jedes Datenpakets zu transportieren, ungeachtet der Anzahl Empfänger.
Authentifizierung und Diskretion kann mit Hilfe von Verschlüsselung der Daten gelöst werden; es gibt aber noch ein Problem mit Empfängern, die nicht verschlüsselte Daten zu anderen Empfängern neu übertragen. Basisverschlüsselung reicht nicht aus um Information zu schützen. Eine Art und Weise zum Detektieren, von wem die illegale Kopie herrührte ist "Fingerprinting", d.h. das Einbetten einzigartiger Information, typischerweise eines Wasserzeichens, in jede Kopie der ursprünglichen Daten, die den Empfänger identifiziert, der die Kopie empfängt.
Bei Einfachsendungen wird die Anzahl Kopien, die erforderlich sind, mit der Anzahl Empfänger multipliziert, was selbstverständlich Nachteile für weiträumige Übertragungen mit sich bringt. Aber es ist leicht ausfindig zu machen, von wem eine illegale Kopie herrührte, da jedem Empfänger einigermaßen verschiedene Kopien zugeführt werden können.
In dem Artikel: "Large Scale Distributed Watermarking of multicast media through encryption" von Parvianninen Roland, Parnes Peter, Department of Computer Science/Centre for Distance Spanning Technology, 2001 wird ein Verfahren beschrieben, wobei jeder Empfänger einer Mehrfachsendung einen Strom von Daten mit einem verschiedenen einzigartigen Wasserzeichen empfängt, während die Skalierbarkeit einer Mehrfachsendung dennoch beibehalten wird. Die mit einem Wasserzeichen versehenen Ströme können dazu verwendet werden, nicht autorisierte Kopien des Stromes ausfindig zu machen. Aber dieses Dokument beschreibt nicht, wie zusätzliche Information in dem Datenstrom vorgesehen wird, die beispielsweise zum Erfüllen digital richtiger Verwaltungsregeln (DRM) erforderlich sind. Die Implementierung zusätzlicher Information muss eine Anzahl Basisanforderungen erfüllen, wie eine nicht wesentliche Beeinträchtigung der Wahrnehmungsqualität eines Bildes, einer Videosequenz oder eines Tones; sie soll auch beständig sein gegen Transformationen und/oder Vorgängen, die auf das Bild, die Videosequenz oder den Ton, wie Farbtransformation, geometrische Transformation, Translation oder Rotation, Datenkompression wie JPEG/MPEG, Rauschen, D/A-, A/D-Umwandlung, Bildglättung usw. angewandt werden können.
US 2001/0012377 A1 beschreibt ein Verfahren, wobei Mehrbithilfsinformation in der Bildformung, wie digitalen Fotos oder Video versteckt wird, und zwar unter Anwendung von Steganographietechniken. Nicht aber wird gesagt über den Schutz von Mehrfachsendung von Multimedia und Hinzufügung von zusätzlicher Information.
JIAN ZHAO: "Applying Digital Watermarking Techniques to Inline Multimedia Commerce" "PROCEEDINGS OF THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON IMAGING SCHIENCE, SYSTEMS AND APPLICATIONS, XX, XX, 30 JUNE 1997 (1997-06-30), – 3 JULY 1997 (1997-07-03) XP002221738 USA. Dieses Dokument beschreibt ein Schema zum effizienten Anwenden der digitalen Wasserzeichentechnologie auf Online-Dienste für Multimediadaten. Nichts aber wird gesagt über den spezifischen Punkt des Schutzes von Mehrfachsendungen von Multimedia und zusätzlicher Information.
WO 01/45410 beschreibt ein Verfahren und ein Gerät zur Markierung digitaler Daten mit einem Wasserzeichen, wobei die digitalen Daten in eine Anzahl ursprüngliche Datensegmente zerlegt werden, wobei ein oder mehrere der ursprünglichen Datensegmente wenigstens einmal kopiert werden zum Erzeugen von Replikdatensegmente, wobei ein Satz mit Wasserzeigen erzeugt wird,, wobei jedes Wasserzeichen einem betreffenden Datensegment zugeführt wird zum Erzeugen von mit Datensegment zugeführt wird zum Erzeugen von mit einem Wasserzeichen markierten Datensegmenten, wobei die Datensegmente unter Anwendung von Verschlüsselungsschlüsseln verschlüsselt werden, und zwar zum Erzeugen verschlüsselter Datensegmente. Nichts aber wird gesagt über den speziellen Punkt des Schutzes von Mehrfachsendungen von Multimedia und über Hinzufügung von zusätzlicher Information.
US 2001/032313 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung zum Einbetten eines Wasserzeichens in ein Informationssignal. Das Verfahren basiert auf Modifikation der Größe (nicht der Phase) von Fourier-Koeffizienten und erfordert nicht das ursprüngliche Signal zur Detektion. Nichts aber wird gesagt über den speziellen Punkt Drain-Elektrode Schutzes von Mehrfachsendungen von Multimedia und das Hinzufügen von zusätzlicher Information.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen zum Erzeugen von Wasserzeichen, die einzigartig sind für einen Empfänger einer Mehrfachübertragung von Multimediadaten, wobei das Verfahren auch zusätzliche Information schafft, beispielsweise zum Erfüllen von DRM Regeln, ohne dass wesentlich sichtbare und/oder hörbare Artefakte in den Medien erzeugt werden.
Nach der vorliegenden Erfindung wird dies verwirklicht mit Hilfe eines Verfahrens zum Erzeugen eines Wasserzeichens, das für einen Empfänger einer Mehrfachsendung von Multimediadaten in Form von Datenpaketen einzigartig ist, mit einem Multimediastrom mit einer Multibitkapazität in einer einzigen Schicht zur Speicherung zusätzlicher Information. Der größte Vorteil ist, dass mit einer einzigen Schicht mit Wasserzeichen globale Information, wie Copyright-Information, und benutzerspezifische Information mit minimaler Signaldegradation eingebettet werden kann. Auf diese Weise kann Einbettung von vielen Wasserzeichen typischerweise in vielen Schichten vermieden werden. Dies ist von Bedeutung, da Einbettung von Wasserzeichen beispielsweise dadurch, dass sie aufeinander gestapelt werden, eine mögliche Quelle der Einführung von Wahrnehmungsartefakten in den Content der Medien.
In einer Nicht-Mehrfachsendungsumgebung kann eine andere Lösung verwendet werden, und zwar dadurch, dass auf einfache Art und Weise ein Teil der Wasserzeichenbits für die zusätzliche Information und ein teil der Bits für benutzerspezifische In formation typischerweise Fingerabdruckinformation zugeordnet wird. Da aber die vorliegende Erfindung Anwendung in einer Mehrfachsendungsumgebung findet, wird eine derartige Lösung in diesem Dokument nicht weiter beschrieben.
Die vorliegende Erfindung schafft ebenfalls eine Anordnung und ein System zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens.
In einem ersten Aspekt einiger bevorzugter Ausführungsformen davon schafft die vorliegende Erfindung ein effizientes Verfahren zum Kombinieren von Fingerabdruck- und Copyrightwasserzeichen mit Hilfe eines einzigen Wasserzeichenalgorithmus in einer Mehrfachsendungsumgebung. In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können auch mehr Wasserzeichen angewandt werden. So können beispielsweise verschiedene Datenpakete mit Wasserzeichen von verschiedenen Algorithmen eingebettet werden. Dies ist dennoch ein Einschichtwasserzeichen, aber mit verschiedenen Wasserzeichenalgorithmen.
In einem zweiten Aspekt einiger bevorzugter Ausführungsformen davon schafft die vorliegende Erfindung eine Kopie jedes Datenpakets, auf das ein Empfänger Zugriff hat, bestimmt durch eine Folge beliebiger Verschlüsselungsschlüssel, die vor der Übertragung gesendet wurden.
In einem dritten Aspekt einiger Ausführungsformen davon schafft die vorliegende Erfindung mehr als zwei Kopien von jedem Datenpaket.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Erzeugen eines Wasserzeichens, das für einen Empfänger einer Mehrfachübertragung von Multimediadaten in Form von Datenpaketen einzigartig ist, wobei das genannte Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst:

– das von einer Quelle aus Übertragen von wenigstens zwei verschiedenen Kopien von jedem Datenpaket mit verschiedenen Wasserzeichen, und zwar mit wenigstens einem ersten Wasserzeichen bzw. einem zweiten Wasserzeichen,
– das unterschiedlich Verschlüsseln der genannten Kopien, vorzugsweise mit Hilfe verschiedener Verschlüsselungsschlüssel'
– das Bieten der Möglichkeit, dass jeder Empfänger auf nur eine der genannten zwei verschlüsselten Kopien zugreifen kann, wodurch jedem Empfänger mit einem einzigartigen resultierenden Datenstrom versehen wird, der Datenpakete aufweist, die ein erstes und ein zweites Wasserzeichen haben, wobei die Reihenfolge, in der das erste und das zweite Was serzeichen in dem resultierenden Strom vorhanden sind, das einzigartige Wasserzeichen liefert,
– das Versehen des Datenstroms mit einer Multibitkapazität in einer einzigen Schicht zur Speicherung zusätzlicher Information.

Vorzugsweise ist die zusätzliche Information allgemeine Information, wie die Copyrightinformation, Produzenteninformation und Inhaberinformation. Vorzugsweise sind die Quelle und die Empfänger über ein Verteilungsnetzwerk, wie das Interner, miteinander gekoppelt.
In einem vierten Aspekt einiger bevorzugter Ausführungsformen davon schafft die vorliegende Erfindung eine Quelle und Empfänger, die durch ein Verteilungsnetzwerk auf Basis von Funktechnik, typischerweise ein mobiles Telefonnetzwerk, wie ein GPRS-Netzwerk, oder 3-G Netzwerk miteinander gekoppelt sind.
Weiterhin wird nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Quelle zum Übertragen von Multimediadaten zu Empfängern einer Mehrfachsendung geschaffen, wobei die genannte Quelle Operationsmittel aufweist, die weiterhin Übertragungs- und Verschlüsselungsmittel aufweisen oder damit verbunden werden können, um:

– das Datenpaket i auszulesen,
– zwei mit einem Wasserzeichen versehene Kopien V₀[i], V₁[i] des Datenpakets i zu schaffen,
– zwei Verschlüsselungsschlüssel SK[2i-1], ...., SK[2i] zu erhalten,
– die mit einem Wasserzeichen versehenen Kopien V₀[i], V₁[i] des Datenpakets i C₀[i] = E(V₀[i], SK[2i-1] und C₁[i] = E(V1[i], SK[2i], zu verschlüsseln,
– C₀[i] und C₁[i] zusammen mit i zu übertragen, wobei i = 1, 2, ..., k ist, und zwar über ein Netzwerk zu den Empfängern.

Mit Hilfe dieses Verfahrens können Fingerabdruck- und allgemeine Wasserzeichen vorgesehen werden, wobei nur ein einziger Wasserzeichenalgorithmus verwendet wird, oder es können mehrere Wasserzeichenalgorithmen verwendet werden, während dennoch ein Einzelschichtwasserzeichen eingebettet wird.
In einem fünften Aspekt einiger bevorzugter Ausführungsformen davon schafft die vorliegende Erfindung die Operationsmitel, die Übertragungsmittel und die Verschlüsselungsmittel, die als Software implementiert sind.
Weiterhin wird entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Empfänger zum Empfangen von Multimediadaten mit Empfangs- und Verschlüsselungsmitteln geschaffen, die zusammen

– zwei Datenpakete C₀[i] und C₁[i] empfangen,
– den Entschlüsselungsschlüssel für das Datenpaket i: RKr[i] erhalten,
– versuchen, die beiden Datenpakete mit dem Schlüssel: RKr[i] zu entschlüsseln,
– zusätzliche Information empfangen, die in einer Mehrbitkapazität in einer Einzelschicht der genannten Datenpakete gespeichert ist, wobei nur ein einziges Datenpaket in ein richtiges Datenpaket: Vji[i] = D(Cj[i], RKr[i], ji ε {0,1} entschlüsselt wird,
– Vji[i] decodieren und aufbereiten.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Empfangsmittel vorgesehen um mehr als zwei Datenpakete zu empfangen und/oder die Entschlüsselungsmittel sind vorgesehen um mehr als zwei Datenpakete zu entschlüsseln.
Weiterhin wird nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein System geschaffen mit einer Quelle, mit Empfängern und mit einem dazwischen liegenden Verteilungsnetzwerk zum Verwirklichen eines Verfahrens zum Erzeugen eines Wasserzeichens, das für einen Empfänger einer Mehrfachsendung von Multimediadaten in Form von Datenpaketen einzigartig ist, wobei das genannte Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst:

– das von einer Quelle aus Übertragen von wenigstens zwei verschiedenen Kopien von jedem Datenpaket mit verschiedenen Wasserzeichen, und zwar mit wenigstens einem ersten Wasserzeichen bzw. einem zweiten Wasserzeichen,
– das Verschlüsseln der genannten Kopien, vorzugsweise mit Hilfe verschiedener Verschlüsselungsschlüssel,
– das Bieten der Möglichkeit, dass jeder Empfänger auf nur eine der genannten zwei verschlüsselten Kopien zugreifen kann, wodurch jedem Empfänger mit einem einzigartigen resultierenden Datenstrom versehen wird, der Datenpakete aufweist, die ein erstes und ein zweites Wasserzeichen haben, wobei die Reihenfolge, in der das erste und das zweite Wasserzeichen in dem resultierenden Strom vorhanden sind, das einzigartige Wasserzeichen liefert,
– das Versehen des Datenstroms mit einer Multibitkapazität in einer einzigen Schicht zur Speicherung zusätzlicher Information.

Ein mit einem Fingerabdruck versehener Mediendatenstrom kann illegale Kopien des Medieninhaltes verringern, da der Ursprung oder der Käufer des Medienstroms identifiziert werden kann. Dies kann die einzige Option für reine Softwarelösungen sein, in Fällen, wo fälschungsbeständige Hardware sich unmöglich implementieren lässt.
Ein grundsätzlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein einziges Wasserzeichen zu schaffen, das Identifizierer zur Verfolgung liefert und zusätzliche Information enthält. Diese und andere Aspekte dürften aus den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen einleuchten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Systems nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 eine Darstellung eines Beispiels eines Medienstroms von Datenpaketen, die von der Quelle aus übertragen werden,
3 eine Darstellung eines Beispiels eines mit einem Fingerabdruck versehenen Medienstroms, der von einem Empfänger einer Multimedia-Mehrfachsendung übertragen werden können.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt ein System für IP Mehrfachsendung mit einer Quelle 1, beispielsweise einem Server, und mit Empfängern R₁, R₂, ... R_n, beispielsweise Kunden, von denen nur Drei Stück dargestellt sind. Die Anzahl Empfänger ist typischerweise mehr als 100000 in einer typischen Internet Mehrfachsendungsumgebung, ist aber keineswegs darauf begrenzt. Die Quelle 1 und die Empfänger R₁, R₂, ... R_n werden mit Hilfe eines Verteilungsnetzwerkes 2, wie Internet, miteinander gekoppelt. Andere Typen von Netzwerken sind selbstverständlich auch möglich, wird aber im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform nicht näher erläutert.
Die Quelle 1 soll auf k Datenpakete zugreifen: P[1], O[2], ...P[k] und auf einen Verschlüsselungsalgorithmus E, vorgesehen in Operationsmitteln 10, die weiterhin Übertragungs- und Verschlüsselungsmittel 20 aufweisen bzw. damit verbunden werden können, so dass ein Deckungsobjekt P = D(E(P, K),K) ist. Das bedeutet, E(P, K) verschlüsselt das k. Datenpaket P[k] mit einer Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsschlüsselbank k und D(P, K) entschlüsselt mit Hilfe der Entschlüsselungsmittel 30 das Deckungsobjekt P. Erforderlich sind auch ein Wasserzeichenalgorithmus W: P_w = W(P, w), w = U(P_w) und wenigstens zwei verschiedene Wasserzeichen, ein erstes Wasserzeichen w₀ und ein zweites Wasserzeichen w₁ (dargestellt in 2). Die Anzahl Wasserzeichen ist nicht auf zwei begrenzt, sondern kann jede beliebige geeignete Anzahl sein. In dem vorliegenden Fall sind aber der Einfachheit halber nur zwei beschrieben worden. Weiterhin brauchen die Wasserzeichen nicht konstant zu sein und nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Wasserzeichen mit der Zeit sich ändern, solange sie nur nicht identisch sein und die Quelle ihnen folgt.
Die Quelle 1 sendet wenigstens zwei verschiedene Kopien V₀[i], V₁[i] von jedem Paket P[1], P[2], ... P[k], die je ein anderes Wasserzeichen w₀, w₁ haben. Die beiden Kopien V₀[i], V₁[i] der Datenpakete P[1], P[2], ... P[k] werden mit zwei verschiedenen beliebigen Verschlüsselungsschlüsseln SK[1], SK[2], ..., SK[2k] verschlüsselt. Die verschlüsselten Datenpakete werden danach durch Mehrfachsendungsübertragung über ein Verteilungsnetzwerk 2, vorzugsweise über eine Internetumgebung allen Empfängern R₁, R₂, ... R_n zugeführt, was nachstehend als "IP multicast" bezeichnet wird. Jeder beliebige Empfänger R₁, R₂, ..., R_k hat auf nur einen der Verschlüsselungsschlüssel eines einzigen Datenpakets zugriff.
Der Wasserzeichenalgorithmus W bettet das Wasserzeichen w in das Deckungsobjekt P ein und der Detektionsalgorithmus U extrahiert das Wasserzeichen (w) aus dem markierten Objekt P. Ein Detektionsalgorithmus, der detektiert, ob das Wasserzeichen (w) noch immer vorhanden ist, kann stattdessen verwendet werden: U(Pw, w) = B, B ε ≺ wahr, falsch ≻. Die Quelle braucht 2k beliebige Verschlüsselungsschlüssel, SK[1], SK[2], ..., SK[2k] um imstande zu sein, die Datenpakete des Medienstroms zu übertragen. Ein Empfänger R₁, R₂, ..., R_n hat Zugriff auf k von diesen Schlüsseln SK[1], SK[2], ..., SK[2k]: ein Empfängerschlüssel RK_r ist entweder RK_r[i] = SK[2i-1] oder RK_r[i] = SK[2i], i = ≺ 1, 2, ..., k ≻.
In 1 ist die Übertragung der Verschlüsselungsschlüssel nicht detailliert dargestellt. Dazu können verschiedene Strategien entwickelt werden. So können beispielsweise Schlüssel übers Internet übertragen werden, wenn ein Kanal legalisiert werden kann.
Um das Datenpaket k zu übertragen führt nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Quelle 1 die nachfolgenden Verfahrensschritte durch:

– das Datenpaket i P[i] auszulesen,
– zwei mit einem Wasserzeichen versehene Kopien V₀[i], V₁[i] des Datenpakets i schaffen,
– zwei Verschlüsselungsschlüssel SK[2i-1], ...., SK[2i] erhalten,
– die mit einem Wasserzeichen versehenen Kopien V₀[i], V₁[i] des Datenpakets i C₀[i] = E(V₀[i], SK[2i-1] und C₁[i] = E(V1[i], SK[2i], verschlüsseln,
– zusätzliche allgemeine Information, wie Copyright unter Verwendung der Datenpakete hinzufügen,
– C₀[i] und C₁[i] zusammen mit i zu übertragen.

2 zeigt ein Beispiel eines Medienstroms von Datenpaketen, die von der Quelle aus übertragen werden. Ein erstes Paket P[1] und ein k. Paket P[k] sind dargestellt um zu zeigen, wie jedes Paket zwei verschiedene verschlüsselte Pakete V₀[i], V₁[i] enthält, die mit zwei verschiedenen Wasserzeichen w₀ bzw. w₁ versehen sind.
Nun wird wieder auf 1 verwiesen.
An der Empfängerseite empfängt nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeder Empfänger R₁, R₂, ... R_k die beiden Pakete und versucht sie auf die nachfolgende Art und Weise mit Hilfe der nachfolgenden Verfahrensschritte zu entschlüsseln:

– das Empfangen von zwei Datenpaketen C₀[i] und C₁[i],
– das Erhalten des Entschlüsselungsschlüssels für das Datenpaket i: RKr[i],
– versuchen, die beiden Datenpakete mit dem Entschlüsselungsschlüssel: RKr[i] zu entschlüsseln,
– das Empfangen zusätzlicher Information, wobei nur ein einziges Datenpaket in ein richtiges Datenpaket: Vji[i] = D(Cj[i], RKr[i], ji ε {0,1} entschlüsselt wird,
– das Decodieren und Aufbereiten von Vji[i].

Für jedes Datenpaket wird der Empfänger imstande sein, genau eines der mit einem Wasserzeichen versehenen Pakete zu decodieren. Welches der zwei Pakete das ist, wird entschieden durch die Schlüssel, die die Quelle dem Empfänger zugeordnet hat.
3 zeigt ein Beispiel eines mit einem Fingerabdruck versehenen Medienstroms S, der von einem Empfänger einer Multimediamehrfachsendungsübertragung übertragen werden kann. Die Medienströme umfassen Datenpakete mit verschiedenen Wasserzeichen. Ein Strom von einem ersten Empfänger R₁ entspricht nicht einem Strom von einem anderen Empfänger. Deswegen wird jeder Empfänger den eigenen mit einem Fingerabdruck versehenen resultierenden Strom haben.
Wenn die Schlüssel, auf die ein Empfänger zugreifen kann, unter allen Empfängern einzigartig und bei der Quelle bekannt ist, kann eine einzigartige Identitätszeichenfolge definiert werden:
Idr = Br[1], Br[2], ... Br[k], Br[i] ε 1).
Die Identitätszeichenfolge kann durch die Quelle aus den beiden Schlüsseln, die dem Empfänger gegeben wurden, und dem resultierenden Strom von dem Empfänger hergeleitet werden. Aus den Schlüsseln, die die Quelle dem Empfänger zugesendet hat:
Br[i] = 0, wenn RKr[i] = SK[2i-1]
Br[i] = 1, wenn RKr[i] = SK[2i]
Aus dem resultierenden Strom für den Benutzer:
Br[i] = 0, wenn U(Vji) = w₀
Br[i] = 1, wenn U(Vji) = w₁
Br[i] = undefiniert, wenn weder C₀[i] noch C₁[i] empfangen oder entschlüsselt wurde.
Wenn der Empfänger nicht alle Pakete empfängt, und zwar beispielsweise wegen Paketverlust oder wegen der Tatsache, dass der Empfänger zu spät abgestimmt wurde, werden die Identitätszeichenfolgen nicht völlig übereinstimmen. Wenn n groß genug ist, wird die teilweise Identitätszeichenfolge lang genug sein um unter allen Empfängern einzigartig zu sein, obschon einige Bits nicht identifiziert wurden.
Da zwei Kopien für jedes Datenpaket gesendet werden müssen, soll die Bandbreitenverwendung für die Quelle und die Empfänger verdoppelt werden. Vorzugsweise kann die Bandbreite durch Optimierungen reduziert werden. Es treten selbstverständlich andere Anforderungen auf, wenn mehr als zwei Kopien gesendet werden, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt.
Zu einem bestimmten Zeitpunkt ist nur eines der zwei mit einem Wasserzeichen versehenen Pakete wirklich nützlich für einen einzigen Empfänger, da das andere Paket nicht entschlüsselt werden kann. Wenn zwei Kopien in zwei verschiedenen Mehrfachsendungsgruppen gesendet werden, können die Empfänger zwischen den Gruppen hin und her springen indem sie sich der Gruppe anschließen oder diese verlassen, wenn die Gruppe, in der das einwandfreie Paket übertragen wird, sich ändert. In dieser Annäherung ist es nicht nur notwendig, die Schlüssel jedem Empfänger zuzusenden, sondern auch welcher Strom empfangen werden soll; in einem derartigen Fall ist für jeden Schlüssel ein zusätzliches Bit erforderlich. Auch dies ist innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung, wird aber nicht weiter beschrieben, da unglücklicherweise die Anschluss/Verlass-Wartezeit für IP multicast Übertragung zur Zeit für diese Annäherung zu groß ist. Auch wenn mehr als nur ein Empfänger in demselben Netzwerksegment empfangen wird, geht die größte Ersparnis verloren.
Eine alternative Art und Weise ein Wasserzeichen anzubringen könnte sein, dass in jedem x. Paket ein einziges Wasserzeichen angebracht wird, wodurch auf diese Weise die Bandbreitenanforderung auf das (1 + 1/x)fache der Bandbreite des ursprünglichen Stroms reduziert wird. Unglücklicherweise könnte ein böswilliger Empfänger diese mit einem Wasserzeichen versehenen Pakete entfernen und den resultierenden degradierten Strom neu übertragen, wenn x groß ist. Deswegen ist es notwendig, sicher zu sein, dass die Degradation groß genug ist um eine Entfernung mit einem Wasserzeichen versehener Pakete zu entmutigen. Ein Beispiel davon ist, nur die I Frames eines MPEG Videostroms mit einem Wasserzeichen zu versehen oder nur die letzten zehn Minuten eines Films mit einem Wasserzeichen zu versehen. Auch dies liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
Der Empfänger kann als Langzeitschlüssel behandelt werden, der von Mitteln außerhalb des Bandes geliefert wird, wenn der Benutzer registriert, oder als eine herunter ladbare Datei, vorzugsweise geschützt durch SSL/TLS oder dem Benutzer auf einem Floppy oder einer CD-ROM zur Verfügung gestellt. All diese Lösungen haben Probleme, wenn Annullierung des Zugriffs betrachtet wird. Die Schlüssel können auch den Benutzern kontinuierlich zugeführt werden, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt.
Der Betrag an Schlüsseln, den jeder Empfänger braucht, ist abhängig von der erforderlichen Sicherheit. Die gesamte Größe der Schlüssel für einen Empfänger ist dann Schlüssel*Schlüsselgröße. Ein kryptographischer sicherer beliebiger Zahlengenerator kann auch die Bitmasken erzeugen stattdessen, dass die Speicherbedürfnisse an der Quelle reduziert werden.
Vorzugsweise ist der Schlüssel ein 56 Bitschlüssel, da ein Angreifer einen ausreichenden Betrag an Schlüsseln aufbrechen soll um genügend Pakete zu erhalten um einen nicht identifizierten mit einem Wasserzeichen versehenen Strom zu erlangen. Es dürfte dem Fachmann einleuchten, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung jede andere beliebige Anzahl Bits verwendet werden kann. Vorzugsweise werden die Schlüssel vor der Übertragung durch die Quelle erzeugt und in Dateien gespeichert.
Es wird vorausgesetzt, dass es nicht möglich ist, in einer ziemlich kurzen Zeit entweder das Wasserzeichen zu entfernen oder die Verschlüsselung aufzubrechen. Es wird ebenfalls vorausgesetzt, dass der Angreifer den nicht mit einem Wasserzeichen versehenen Strom durch Einbruch in den Server nicht von der Quelle stehlen kann. Wenn der Verschlüsselungsalgorithmus aufgebrochen ist, kann ein Angreifer den schlussendlichen mit einem Wasserzeichen versehenen Strom wählen und die Verfolgung des Verräters unmöglich machen, aber wenn der Verschlüsselungsalgorithmus mit Sorgfalt und mit genügend Schlüsselgröße gewählt wird und die Schlüssel auf geeignete Weise erzeugt werden, kann dies vermieden werden. Das Problem der Annullierung des Zugriffs für einen Empfänger wird nicht in betracht gezogen; aber dies würde erfordern, dass neue Schlüssel übertragen werden.
Wenn eine ausreichend große Anzahl Empfänger miteinander zusammenarbeiten, p, wird wenigstens k/p der ursprünglichen Bits von einem der Ströme immer bleiben. Dies kann gelöst werden, wird aber in dem vorliegenden Dokument nicht beschrieben,. Da es in dem Stand der Technik ausreichend beschrieben worden ist.
Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise in einem bestehenden Java-Applikationssystem für Audioübertragung über Mehrfachsendung unter Anwendung des MPEG-1 Audiokompressionsstandards angewandt werden. Vorzugsweise wird "Blowfish" als Verschlüsselungsalgorithmus gewählt.
Es sind dazu weder aktive Netzwerkelemente, noch fälschungsbeständige Chipkarten erforderlich. Die Wasserzeichen, die die Fingerabdrucke bilden, sind nicht mit einer bestimmten Anzahl Bits fest verbunden oder im Format begrenzt, sondern können jedes Format haben, das der Wasserzeichenalgorithmus zur Robustheit erfordert. Um An griffe zu vermeiden ist es ebenfalls möglich, die Anzahl Wasserzeichen in einem Medienstrom zu vergrößern.
In den nachfolgenden Patentansprüchen bedeuten die Wörter "umfassen" oder "enthalten" oder deren Konjunktionen ausweisen, sind aber nicht darauf begrenzt.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Wasserzeichens, das für einen Empfänger einer Mehrfachübertragung von Multimediadaten in Form von Datenpaketen einzigartig ist, wobei das genannte Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: – das von einer Quelle (1) aus Übertragen von wenigstens zwei verschiedenen Kopien (V₀[i], V₁[i]) von jedem Datenpaket (P[1], P[2], ... P[k]) mit verschiedenen Wasserzeichen, und zwar mit wenigstens einem ersten Wasserzeichen (w₀) bzw. einem zweiten Wasserzeichen (w₁), – das unterschiedlich Verschlüsseln der genannten Kopien (V₀[i], V₁[i]), vorzugsweise mit Hilfe verschiedener Verschlüsselungsschlüssel SK[1], SK[2], ...., SK[2k], – das Bieten der Möglichkeit, dass jeder Empfänger (R₁, R₂, .... R_n) auf nur eine der genannten zwei verschlüsselten Kopien zugreifen kann, wodurch jedem Empfänger (R₁, R₂, .... R_n) mit einem einzigartigen resultierenden Datenstrom (S) versehen wird, der Datenpakete aufweist, die ein erstes und ein zweites Wasserzeichen (w₀, w₁) haben, wobei die Reihenfolge, in der das erste und das zweite Wasserzeichen (w₀, w₁) in dem resultierenden Strom (S) vorhanden sind, das einzigartige Wasserzeichen liefert, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt aufweist, wobei der Datenstrom (S) mit einer Multibitkapazität in einer einzigen Schicht zur Speicherung zusätzlicher Information versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zusätzliche Information allgemeine Information ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die zusätzliche Information wenigstens Copyright-Information, Produzenteninformation oder Inhaberinformation ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Quelle (1) und die Empfänger (R₁, R₂, ...., R_n) mit Hilfe eines Verteilungsnetzwerkes (2), wie das Internet, miteinander gekoppelt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kopie (V₀[i], V₁[i]), auf die ein Empfänger (1) Zugriff hat, durch eine Folge beliebiger Verschlüsselungsschlüssel (SK[1], SK[2], ...., SK[2k]), die vor der Übertragung gesendet werden, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Schlüssel (SK[1], SK[2], ...., SK[2k]) vor der Übertragung durch die Quelle (1) erzeugt und in Dateien gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wasserzeichen, die erzeugt werden, solange sie nicht identisch sind mit der Zeit ändern, wobei die Quelle ihnen nachgeht.
Verfahren nach Anspruch l, wobei die Wasserzeichen, die erzeugt werden, mehr als zwei sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei auch eine von der Quelle gelieferte Identitätsreihe aus den Schlüsseln, die dem Empfänger gegeben werden und dem resultierenden Strom erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bandbreitenverwendung durch Optimierung reduziert wird, beispielsweise dadurch, dass nicht alle Pakete mit einem Wasserzeichen versehen werden, sondern dass nur die letzten zehn Minuten eines Films mit einem Wasserzeichen versehen werden.
Quelle (1) zum Übertragen von Multimediadaten zu Empfängern (R₁, R₂, ....R_n) einer Mehrfachsendung, wobei die genannte Quelle Operationsmittel (10) aufweist, die weiterhin Übertragungs- und Verschlüsselungsmittel (20) aufweisen, die Verarbeitungsmittel aufweisen um: – das Datenpaket i P[i] auszulesen, – wenigstens zwei mit einem Wasserzeichen versehene Kopien V₀[i], V₁[i] des Datenpakets i zu schaffen, – zwei Verschlüsselungsschlüssel SK[2i-1], ...., SK[2i] zu erhalten, – die mit einem Wasserzeichen versehenen Kopien V₀[i], V₁[i] des Datenpakets i C₀[i] = E(Vo[i], SK[2i-1] und C₁[i] = E(V1[i], SK[2i], zu verschlüsseln, – C₀[i] und C₁[i] zusammen mit i zu übertragen, wobei i = 1, 2, ..., k ist, und zwar über ein Netzwerk zu den Empfängern (R₁, R₂, ..., R_n), dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Übertragungs- und Verschlüsselungsmittel (20) weiterhin Verarbeitungsmittel aufweisen um die Datenpakete mit einer Multibitkapazität in einer Einzelschicht zu versehen, und zwar zur Speicherung zusätzlicher Information.
Quelle nach Anspruch 11, wobei die Operationsmittel (10), die Übertragungsmittel und die Verschlüsselungsmittel (20) als Software implementiert worden sind.
Empfänger zum Empfangen von Multimediadaten mit Empfangs- und Entschlüsselungsmitteln (30), die Verarbeitungsmittel aufweisen um: – wenigstens zwei Datenpakete C₀[i] und C₁[i] zu empfangen, – den Entschlüsselungsschlüssel für das Datenpaket i: RKr[i] zu erhalten, – zu versuchen, die beiden Datenpakete mit dem Schlüssel: RKr[i] zu entschlüsseln, – zusätzliche Information zu empfangen, die in einer Mehrbitkapazität in einer Einzelschicht der genannten Datenpakete gespeichert ist, wobei nur ein einziges Datenpaket in ein richtiges Datenpaket: Vji[i] = D(Cj[i], RKr[i], ji ε {0,1} entschlüsselt wird, – Vji[i] zu decodieren und aufzubereiten.
System mit einer Quelle (1), mit Empfängern (R₁, R₂, ...., R_n) und mit einem dazwischen liegenden Verteilungsnetzwerk (2) zum Verwirklichen eines Verfahrens zum Erzeugen eines Wasserzeichens, das für einen Empfänger (R₁, R₂, ...., R_n) einer Mehrfachsendung von Multimediadaten in Form von Datenpaketen einzigartig ist, wobei das genannte System Verarbeitungsmittel aufweist um: – von einer Quelle (1) aus wenigstens zwei verschiedenen Kopien (V₀[i], V₁[i]) von jedem Datenpaket (P[1], P[2], ... P[k]) mit verschiedenen Wasserzeichen, und zwar mit wenigstens einem ersten Wasserzeichen (w₀) bzw. einem zweiten Wasserzeichen (w₁) zu übertragen, – die genannten Kopien (V₀[i], V₁[i]), vorzugsweise mit Hilfe verschiedener Verschlüsselungsschlüssel SK[1], SK[2], ...., SK[2k] zu verschlüsseln, – die Möglichkeit zu bieten, dass jeder Empfänger (R₁, R₂, ....R_n) auf nur eine der genannten zwei verschlüsselten Kopien (V₀[i], V₁[i]) zugreifen kann, wodurch jedem Empfänger (R₁, R₂, .... R_n) mit einem einzigartigen resultierenden Datenstrom (S) versehen wird, der Datenpakete aufweist, die ein erstes und ein zweites Wasserzeichen (w₀, w₁) haben, wobei die Reihenfolge, in der das erste und das zweite Wasserzeichen in dem resultierenden Strom (S) vorhanden sind, das einzigartige Wasserzeichen liefert, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin Verarbeitungsmittel aufweist, mit deren Hilfe der Datenstrom (S) mit einer Multibitkapazität in einer einzigen Schicht zur Speicherung zusätzlicher Information versehen wird.
System nach Anspruch 14, wobei die Quelle ein Server ist und die Empfänger Kunden sind.