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非对称数字指纹技术研究

胡德发  
【摘要】:随着数字技术与网络技术的快速发展,各种数字资源得以在互联网上广泛地传播与共享。同时,由于数字产品容易被不诚实的消费者非法复制、修改以及重新分发,这使得各种盗版行为越来越猖獗。保护数字版权,确保数字产品被适当地使用与分发,在互联网环境下显得非常重要。加密只能在传输过程中为数据提供保护,数据一旦解密,它就能被不诚实的消费者任意地分发。传统的数字水印是一种相对被动的版权保护技术,它缺乏有效的盗版者追踪机制。当发现盗版的数字拷贝时,无法通过嵌入的水印信息找到原始的购买者(盗版者),从而不能够阻止不诚实的消费者对数字产品的非法分发。 数字指纹作为近年来发展起来的一种新型数字版权保护技术,它通过在分发的每份数字拷贝中秘密地嵌入一个唯一的序列码来实现盗版者追踪的目的,嵌入到数字拷贝中的序列码称之为数字指纹。当内容提供商发现未授权的数字拷贝时,凭借所嵌入的指纹信息能够有效地追踪到盗版者。数字指纹已经成为数字版权保护的一个重要工具,得到研究人员的广泛关注。为了保障内容提供商与消费者双方的公平性,使得内容提供商不能够诬陷无辜的消费者而不诚实的消费者不能够抵赖其盗版行为,最有效地方式是把数字指纹方案设计成非对称的,即非对称数字指纹。 设计出安全高效的非对称数字指纹方案是数字指纹技术走向应用和普及的前提。已有的非对称数字指纹方案存在着计算复杂性高、内容提供商的负担大以及带宽需求高的问题,这阻碍了它们的实际应用。本文结合密码学、数字水印、图像处理、信号检测以及编码学等相关的理论知识,对非对称数字指纹技术展开系统地研究,提出了三种有效的非对称数字指纹方案。本文所做的主要工作描述如下: (1)提出了一种基于1-out-of-n不经意传输的非对称数字指纹方案。在该方案中,内容提供商把一份相同的加密拷贝发送给多个消费者,每个消费者通过一个实现了1-out-of-n不经意传输的密钥分发协议从内容提供商获得一份相应的解密密钥,指纹拷贝的生成通过客户端的解密来完成,不同的解密密钥将产生不同的指纹拷贝。由于内容提供商只需要为多个消费者生成一份相同的加密拷贝,这不但降低了内容提供商的负担,而且缩短了延迟时间。另外,由于内容提供商只需要发送一份相同的加密拷贝给所有的消费者,从而可以采用多播这种有效的一对多通信技术来分发数字内容,这将能极大地降低带宽需求。 (2)在已有的基于同态公钥加密算法的非对称数字指纹方案中,同态公钥加密算法直接用于加密多媒体数据,这不但导致了很高的计算复杂度,而且会引起很高的通信开销。在论文提出的第一种方案的基础上,把非对称数字指纹问题转化成非对称密钥分发问题,提出了一种新的基于同态公钥加密算法的非对称数字指纹方案。不同于已有的方案,同态公钥加密算法在本文所提出的非对称数字指纹方案中只用于构造解密密钥分发协议以及数字签名,而不是用于加密媒体数据。因此,降低了计算复杂性以及通信开销。 (3)提出了一种基于1-out-of-2不经意传输的非对称数字指纹方案。为了降低计算复杂性与通信开销,内容提供商采用选择性加密算法加密媒体数据并以多播的方式把一份相同的加密拷贝发送给个多个消费者。每个消费者分配了一个不完整的解密密钥。当解密之后,一些组件将不会被正确解密,这些没有被正确解密的组件位置可以看成是相应的指纹信息,用于识别相应的消费者。为了实现方案的非对称性,每个解密密钥由两部分组成,其中一部分由内容提供商生成,另一部分通过实现了1-Out-of-2不经意传输的密钥分发协议生成。 本文所提出的非对称数字指纹方案,可以用于各种场合的数字版权保护,如数字图书馆,在线出版业,在线音/视频点播等。


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