JP2005521173A - ディジタル・オブジェクトにディジタル署名によって透かしを入れる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

許可されていない者による改ざんからディジタル・オブジェクト（１１１）を保護する方法で、該ディジタル・オブジェクト（１１１）のコンテンツに及んでディジタル署名を算定する工程、該算定ディジタル署名の要約を生成する工程、及び該要約を該ディジタル・オブジェクト（１１１）に埋め込む工程を有するもの。そのような保護ディジタル・オブジェクト（１１１）の真正性は、該ディジタル・オブジェクト（１１１）から該埋め込み要約を抽出し、該ディジタル・オブジェクト（１１１）のコンテンツに及んでディジタル署名を算定し、該算定ディジタル署名の要約を生成し、該抽出要約と該生成要約とを照合することによって、検証し得、それによって該ディジタル・オブジェクト（１１１）は該照合が正常な場合に、真正であるものとして検証される。更に、該保護及び検証方法を実施する装置及びコンピュータ・プログラム。

Description

本発明は、許可を受けていない者による改ざんからディジタル・オブジェクトを保護する方法及び装置で、ディジタル署名が該ディジタル・オブジェクトの真正性の証拠として算定されるもの、に関する。本発明は更に、ディジタル・オブジェクトの真正性を検証する方法及び装置に関する。

画像、音を記録したもの、オーディオ・ストリーム及び/又はビデオ・ストリームなどのようなディジタル・オブジェクトは、該ディジタル・オブジェクトに検出可能なトレースを残すことなく容易に改変し得ることは周知である。そのような改変は、許可を受けていないエンティティによって行われた場合、通常、該ディジタル・オブジェクトの改ざんと呼ばれる。そのようなディジタル・オブジェクトを改ざんし得ることが容易であることはディジタル・オブジェクトの認証を可能にする手段に対する必要性をもたらす。ディジタル署名は通常、この目的で用いられる。

全ての署名生成手法が共通に有する特性は、署名の寸法が所望の保護レベルとともに急激に増加することがある。すなわち、該オブジェクトに対する最小の改変であっても、多数のビットを有するディジタル署名を算定する必要がある。これは通常、該署名自体が該ディジタル・オブジェクトの真正性を検証しようとするエンティティに格納及び/又は送信し得る状況においては問題をもたらすものでない。

しかしながら、該署名情報を別途入手可能である場合、許可を受けていないエンティティはなお、該改ざんディジタル・オブジェクトを、受信側が容易に該署名情報を取得することが可能でない場所に再配信し得る。この問題を克服するよう、該署名情報は該画像に透かしのペイロードとして埋め込み得る。該情報は耐性透かし技術を用いて埋め込むべきであり、それは、該情報を容易に除去又は改変し得ないことを表す。

そのような耐性透かし技術は、該技術が該ディジタル・オブジェクトの寸法に対して少数のペイロード・ビットしか収容し得ないという欠点を有する。これは、（わずかな改変の検出をも可能にする）高信頼署名情報を耐性透かし技術を用いてディジタル・オブジェクトに含めることが非常に困難であることを表す。

本発明の目的は許可を受けていない者による改ざんからディジタル・オブジェクトを保護する方法を備えることにあり、それによって上記の問題を克服する。

この目的は本発明によって、該ディジタル・オブジェクトのコンテンツに及んでディジタル署名を算定する工程、該算定ディジタル署名の要約を生成する工程、及び該要約を該ディジタル・オブジェクトに埋め込む工程、を有する方法において達成される。該要約の機能で、暗号ハッシュ関数又は巡回冗長度検査として実施されることが望ましいもの、の出力は該ディジタル署名よりもビット数が少ないものであるので、該ディジタル・オブジェクトに埋め込むビット数は少なくて済む。これらのビットは更に、耐性透かし技術を用いて埋め込み得る。

しかしながら、これらの要約関数の特性には該関数の入力に対する比較的小さな変更でも非常に大きな変更を上記要約に結果としてもたらすことがある。したがって、該ディジタル・オブジェクトに対する改変で、わずかに異なるディジタル署名をもたらすもの、も異なる要約が生成されることをもたらす。検証器はしたがって、そのような改変を検出することができるものである。

暗号ハッシュのような関数又はＣＲＣ関数は多対１マッピングである。これは複数の異なる署名に対して同じ要約を生成し得ることを表す。これは、今度は、「偽陽性」率の増加につながる、すなわち、改ざんディジタル・オブジェクトが誤って真正のものとして判定される確率が増加する。そのような偽陽性の確率を考慮することが、用いるディジタル署名関数及び要約関数を選択する場合に、必要である。注意深く企図することによって、改ざんオブジェクトが元のディジタル・オブジェクトと同じ要約をたまたま結果としてもたらす確率を極めて低いレベルに維持することが可能である。

該ディジタル署名はコンテンツに耐性ハッシュ関数を適用することによって生成されることが望ましい。これは、該ディジタル・オブジェクトに対するわずかな変更で、該ディジタル・オブジェクトの１つのフォーマットから別のものへの変換のようなもの、又は、該ディジタル・オブジェクトに対して損失のある圧縮手法を適用することは、異なるディジタル署名を結果としてもたらすものでないという効果がある。このようにして変換された又は圧縮されたディジタル・オブジェクトはその場合、なお検証器によって真正であるものと判断されるものである。該ディジタル・オブジェクト自体のコンテンツに対する改変は異なる耐性ハッシュを結果としてもたらすものであることを特筆する。

実施例では、各ディジタル署名はコンテンツの各部分に及んで算定され、各要約が該各ディジタル署名について算定され、該各要約が該各部分に埋め込まれる。この実施例は改ざんディジタル・オブジェクトのどの部分が改変されたかを検出することができるようにするものである。例えば、ディジタル画像の場合、該画像は各空間領域に分割し得、領域毎に各ディジタル署名を算定し得る。検査はその場合、同様に該個々の空間領域に行われる。

本発明の別の目的はディジタル・オブジェクトの真正性を検証する方法を備えることにあり、それによって少ない検証情報によって該オブジェクトの改ざんを検出し得る。

この目的は本発明によって、該ディジタル・オブジェクトから検証情報を抽出する工程、該ディジタル・オブジェクトのコンテンツに及んでディジタル署名を算定する工程、該算定ディジタル署名の要約を生成する工程、及び、該検証情報並びに該要約を照合する工程で、それによって該ディジタル・オブジェクトが、該照合が正常な場合に真正なものとして検証されるもの、を有する方法において達成される。元のディジタル・オブジェクトのディジタル署名の該要約は事前に該ディジタル・オブジェクトに埋め込まれている。上記のように、該要約は完全なディジタル署名よりもビット数が少ないものである。しかしながら、該要約は直接該ディジタル署名によってかわってくるものであり、該ディジタル署名における如何なる変更も例外なく決まって異なる要約を結果としてもたらすので、該オブジェクトの改ざんはなお、該利用可能な要約からの該情報のみによってでも検出し得る。

該算定ディジタル署名の低信頼部分は照合が異常な場合に調節され、該調節後に当該方法が該調節ディジタル署名を用いて繰り返される。このようにして、該ディジタル署名の低信頼部分は該検証方法を左右することが起こりにくいものである。

本発明の別の目的は許可されていない者による改ざんからディジタル・オブジェクトを保護する装置を備えることにあり、それによって従来技術の欠点を克服する。

この目的は本発明によって、該ディジタル・オブジェクトのコンテンツに及んでディジタル署名を算定する署名算定手段、該算定ディジタル署名の要約を生成する要約手段、及び該ディジタル・オブジェクトに該要約を埋め込む埋め込み手段を有する、装置において達成される。

本発明の別の目的はディジタル・オブジェクトの真正性を検証する装置を備えることにあり、それによって少ない検証情報によって該オブジェクトの改ざんを検出し得る。

この目的は本発明によって、該ディジタル・オブジェクトから検証情報を抽出する抽出手段、該ディジタル・オブジェクトのコンテンツに及んでディジタル署名を算定する算定手段、該算定ディジタル署名の要約を生成する要約手段、及び、該検証情報並びに該要約を照合する照合手段で、それによって、該照合手段が、該照合が正常な場合に該ディジタル・オブジェクトを真正なものとして検証するよう、形成されるもの、を有する装置において達成される。

本発明の別の目的はプロセッサに本発明の該保護方法を実行させるよう形成されるコンピュータ・プログラム・プロダクトを備えることにある。本発明の更に別の目的はプロセッサに本発明の該検証方法を実行させるよう形成されるコンピュータ・プログラム・プロダクトを備えることにある。

本発明のこれら及び別の特徴は図面に表す実施例を参照することによって明らかになるものであり、かつ、明らかにさせるものである。

図１はネットワーク101を介して相互接続された、複数の装置１１０、１２０、１３０及び１４０を有するシステム１００を表す概略図である。該ネットワーク１０１は例えば、インターネット若しくは何らかの別の通信ネットワーク、又は異なる通信ネットワークの組み合わせであり得る。図１に示す特徴の一部は一般に、ソフトウェアで実施され、そういうものとして、ソフトウェア・エンティティで、ソフトウェア・モジュール又はオブジェクトのようなもの、を表す。

装置１１０は画像１１１を別の装置１２０、１３０及び１４０に、これらの別の装置１２０，１３０及び１４０が該画像１１１の真正性を検証し得るように、備えようとする。例えば、装置１１０はディジタル・カメラで、それによって該画像１１１が生成されたもの、であり得る。該装置１１０は更に、コンピュータ・システムで、その上でグラフィック編集ソフトウェアが動作するもの、を有し得、それによって該画像１１１は更に、改ざんに対する保護を要するそのソフトウェアの出力を表す。

この目的で、該画像１１１は、該画像１１１のコンテンツに及んでディジタル署名を算定する署名算定モジュール１１２、に入力される。該ディジタル署名はコンテンツに耐性ハッシュ関数を適用することによって生成されることが望ましい。耐性ハッシュ関数又は耐性ディジタル署名関数を用いる場合、該ディジタル・オブジェクトに対するわずかな変更で、該ディジタル・オブジェクトを１つのフォーマットから別のものに変換することのようなもの、又は、該ディジタル・オブジェクトに損失のある圧縮手法を適用することは、異なるディジタル署名を結果としてもたらすものでない。そのようにして変換された又は圧縮されたディジタル・オブジェクトはその場合、なお検証器によって真正なものとして判定されるものである。該ディジタル・オブジェクト自体のコンテンツに対するもので、そのフォーマット、符号化又は圧縮レベルなどに対するものでない、改変は異なる耐性ハッシュを結果としてもたらすものである。

（耐性）ディジタル署名を該ディジタル・オブジェクトのコンテンツに及んで算定する方法のいくつかは例えば：M.Schneider, S.Chang, “A Robust Content Based Digital Signature For Image Authentication”, Proc. ICIP 1996, Lausanne, Switerland, October 1996；C-Y.Lin, S-F.Chang, “Generating Robust Digital Signature For Image/Video Authentication”, Multimedia and Security Workshop at ACM Multimedia 1998, Bristol England, September 1998；又は M.P.Queluz, “Content Based Integrity Protection of Digital Images”, SPIE Conf. on Security and Watermarking of Multimedia Contents, San Jose, January 1999；に開示されている。当然、多くの別の方法も存在し、それらを容易に置換し得る。

該算定ディジタル署名は後に、要約モジュール１１３に入力される。該モジュール１１３は該算定ディジタル署名の要約を暗号ハッシュ関数又は巡回冗長度検査（CRC）関数を用いて生成する。この関数の出力は一般に、暗号ハッシュ関数についてはおよそ128乃至１６０ビットであるか、CRC関数についてはおよそ３２ビットである。これは該ディジタル署名関数の出力と比較してかなりの量削減であり、それは通常およそ数キロバイトになる。暗号ハッシュ関数及びCRC関数は文献において周知のものである（例えば、Menezesなどによる、Handbook of Applied Cryptography, CRC Press 1996の第9章を参照。）。

該ディジタル画像111及び該要約は更に、埋め込みモジュール１１４に入力され、そこでは該要約は該ディジタル・オブジェクトに透かし技術を用いて埋め込まれる。データをオブジェクトに透かしを用いて埋め込むことは周知のものであり、更に詳述しないものとする。該用いられる透かし技術は、除去することが不可能か困難ないわゆる耐性透かし、を備えることが望ましい。耐性透かしは一般に限定されたペイロードしか収容可能でないが、要約モジュール１１３の出力は該耐性透かし手法によって収容されるのに十分小量であるべきである。

埋め込み要約を有する該画像は更に、第3者に、例えば、該ネットワーク101上にウェブ・サーバ・ソフトウェア115を用いて該画像を備えるか、該画像を該第3者に電子メールで送ることによって、配信し得る。当然、該画像を配信する多くの別の方法も存在する。

次に、装置１４０はある時点で該ディジタル画像111の標本を受信し、この標本の真正性を検証したいものと仮定する。一般に、該装置１４０は、それが受信する該標本は、装置１１０が該標本を備えた後に、修正されていないことはわかるものでない。許可されていない第3者が該画像１１１のコピーを取得し、該コピーを改ざんし、該改ざん版を該ネットワーク101上又は、別の場所で、装置１４０がそれを取得し得たところ、に備えたかもしれないものである。例えば、装置１２０から操作を行うハッカーは該ウェブ・サーバ１１５のセキュリティを危険にさらし、該画像１１１を、それが該サーバ１１５上に備えられると、改ざんすることがあり得る。装置１３０上の悪意のあるエンティティは該画像１１１を、それが該ネットワーク101を介して伝送されると、改ざんする立場にあり得、又は、該画像の改ざん版を備えるよう該エンティティ自身のウェブ・サーバ・ソフトウェアを実行し得る。改ざん版は当然、種々の手段によって生成し、備えることが可能である。

該装置１４０における抽出モジュール１４２はネットワーキング・モジュール１４１を用いて受信された該標本からの該検証情報を抽出する。この検証情報は該装置１１０において該画像111中に埋め込まれた該要約に相当するものである。この情報の抽出はディジタル・データに透かし技術を用いて埋め込まれた情報を抽出する従来の手法を用いて行い得る。

署名算定モジュール１４３は該受信標本のコンテンツに及ぶディジタル署名を、該装置１１０における署名算定モジュール112と同様に、算定する。同様に、要約モジュール１４４は該算定ディジタル署名を、要約モジュール１１３が該装置１１０において行ったのと同様に生成する。

該抽出モジュール１４２によって抽出された該検証情報及び該要約モジュール１４４によって生成された該要約は照合モジュール１４５に入力される。該照合モジュール１４５は該検証情報と該要約との間に照合するものがあるかをみるのに検査する。該照合が正常の場合、該受信標本は真正なものとして受け入れられる。

該署名算定モジュール１４３における該ディジタル署名の算定は常に、該出力ビットを生成するようある算定量を閾値化することに関係する。この情報の当該算定された量と該閾値との至近性は各署名ビットの信頼性によってかわってくる。

該要約モジュール144関数の出力はビット・センシティブである、すなわち、入力の単一ビットにおける変動が完全に異なる出力を結果としてもたらす。該画像１１１の品質に対するものではあるが、その実際のコンテンツに対するものでない、わずかな変動は、該画像１１１を、検証器によって真正なものであるものとして判定させることはないものである。この理由で、該検証情報と該要約との間に直接照合するものがない場合、好適実施例における該照合モジュール１４５は該署名算定モジュール１４３に、該算定ディジタル署名における1つ以上の低信頼ビットを、反転、例えば、ゼロから１に、又は、その逆に変更、すべきである旨を通知する。

そのようにして修正された署名は次に、新たな要約を算定し得るよう、該要約モジュール１４４に入力され、該要約は同様に次に該抽出検証情報と照合し得る。今度もまた照合するものがない場合、該照合モジュール１４５は再度、該署名算定モジュール１４３に、1つ以上の別の低信頼ビットを反転すべきである旨を通知し、当該処理はもう一度繰り返される。考えられる低信頼署名ビット全て（又は代替として、考えられる低信頼署名ビット群全て）が試行され、なお照合するものがない場合、該照合モジュール１４５は該画像１１１の該受信標本が改ざんされたものであると判定する。

別の実施例では、該署名算定モジュール１１２は該画像１１１のコンテンツの各部分に及んで各ディジタル署名を算定する。したがって、該要約モジュール１１３は次に、該各ディジタル署名に対する各要約を算定し、該埋め込みモジュール１１４は該各要約を該画像１１１の該各部分に埋め込む。受信側では、該署名算定モジュール143及び該要約モジュール１４４は同様のことを行うものとする。該抽出モジュール１４２は更に、該部分毎に該各検証情報を抽出するものである。

この実施例は改ざんディジタル・オブジェクトのどの部分が改変されたかを検出することができるようにするものである。例えば、ディジタル画像の場合、該画像は当該空間領域に分割し得、当該ディジタル署名を領域毎に算定し得る。該照合モジュール145は更に、領域毎に該要約と該抽出検証情報とを照合する。特定部分における照合又は明確な非照合は更に、その特定の部分が真正であるか否かを明らかにする。

上記の実施例は本発明を限定するものでなく、例示するものであり、当業者は本特許請求の範囲から逸脱することなく多くの別の実施例を企図することができるものであることを特筆する。本発明はディジタル画像を保護し、該画像の真正性を検証することに限定されるものでないが、同等にうまく別のディジタル・オブジェクトで、音を記録したもの又はビデオ・ストリームのようなもの、に適用し得る。

本特許請求の範囲においては、括弧内の参照符号は何れも該範囲を限定するものとして解釈すべきでない。本明細書及び特許請求の範囲の原文における「compromising」の語は該範囲記載のもの以外の構成部分又は工程の存在を排除するものでない。該原文における構成部分に先行する「a」又は「an」の語はそのような構成部分が複数存在することを排除するものでない。

本発明はいくつかの別個の構成部分を有するハードウェアによって、かつ、適切にプログラム化されたコンピュータによって、実施し得る。いくつかの手段を列挙する装置クレイムにおいては、これらの手段のいくつかは全く同じハードウェアによって実施し得る。単に、特定の手段が相互に異なる従属項に列挙されていることは、これらの手段の組み合わせを都合よく用い得ないことを示すものでない。

ネットワークによって相互接続された複数の装置を有するシステムを表す概略図である。

Claims (10)

1. 許可されていない者による改ざんからディジタル・オブジェクトを保護する方法であって：
   該ディジタル・オブジェクトのコンテンツに及んでディジタル署名を算定する工程；
   該算定ディジタル署名の要約を生成する工程；及び
   該要約を該ディジタル・オブジェクトに埋め込む工程；
   を有することを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法であって、該ディジタル署名が耐性ハッシュ関数を該ディジタル・オブジェクトのコンテンツに適用することを特徴とする方法。
3. 請求項１記載の方法であって、該暗号ハッシュ機能又は巡回冗長度検査が該算定ディジタル署名に適用されて該要約を生成することを特徴とする方法。
4. 請求項１記載の方法であって、各ディジタル署名が該ディジタル・オブジェクトのコンテンツの各部分に及んで算定され、各要約が該ディジタル署名毎に算定され、該各要約が該各部分に埋め込まれることを特徴とする方法。
5. ディジタル・オブジェクトの真正性を検証する方法であって：
   該ディジタル・オブジェクトから検証情報を抽出する工程；
   該ディジタル・オブジェクトのコンテンツに及んでディジタル署名を算定する工程；
   該算定ディジタル署名の要約を生成する工程；及び
   該検証情報と該要約とを照合する工程；
   を有し、該ディジタル・オブジェクトは、該照合が正常である場合に、真正であるものとして検証されることを特徴とする方法。
6. 請求項５記載の方法であって、該算定ディジタル署名の低信頼部分が、異常照合によって調節され、該調節後、該方法が該調節ディジタル署名を用いて繰り返されることを特徴とする方法。
7. 許可されていない者による改ざんからディジタル・オブジェクトを保護する装置であって：
   該ディジタル・オブジェクトのコンテンツに及んでディジタル署名を算定する署名算定手段；
   該算定ディジタル署名の要約を生成する要約手段；及び
   該要約を該ディジタル・オブジェクトに埋め込む埋め込み手段；
   を有することを特徴とする装置。
8. ディジタル・オブジェクトの真正性を検証する装置であって：
   該ディジタル・オブジェクトから検証情報を抽出する抽出手段；
   該ディジタル・オブジェクトのコンテンツに及んでディジタル署名を算定する算定手段；
   該算定ディジタル署名の要約を生成する要約手段；及び
   該検証情報と該要約とを照合する照合手段；
   を有し、該照合手段は、ディジタル・オブジェクトが、該照合が正常である場合に、真正であるものとして検証されるよう、形成されることを特徴とする装置。
9. コンピュータ・プログラム・プロダクトであって、請求項1記載の方法をプロセッサに実行させるよう形成されたことを特徴とするコンピュータ・プログラム・プロダクト。
10. コンピュータ・プログラム・プロダクトであって、請求項５記載の方法をプロセッサに実行させるよう形成されたことを特徴とするコンピュータ・プログラム・プロダクト。

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