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使用加密和数字水印技术保护多媒体内容(一)

摘要：宽带络的迅速发展和对互联上娱乐内容需求的日益增加促进了多媒体内容在络上的分布。多媒体内容保护成为最重要和最具挑战性的难题之一。本文中我们提出了一个总体的技术解决方案，采用加密和数字水印技术相结合的方法来实现对多媒体内容的保护。该方案具有安全性、可靠性和有效性。

关键字：多媒体内容保护 加密技术 数字水印

1 引言

络带宽、计算能力、压缩技术和VersaflexTM CE热塑性弹性体存储设备的快速发展促进了多媒体内容在因特上的广泛分布与应用。一些重要的应用包括远程教育、继续办好论坛视频会议和视频点播等。在多媒体的日益增加的应用中，尤其是一些娱乐节目，安全问题也越来越突出。多媒体内容的非法复制、传播的成本极其低廉，这使得多媒体内容的版权很容易受到侵害。对多媒体内容不应只是通过立法手段来加以保护，安全的、可靠的、有效的技术是必需的。为此，研究者们进行了大量的研究工作。他们认识到仅仅使用加密技术是不够的。加密技术只是在多媒体内容的传输和分布时起作用，而当多媒体内容解密后，加密技术不再提供任何保护。而所有的多媒体内容必须在解密后才能欣赏、使用。因此，必须有一种技术在多媒体内容解密后仍能对其进行保护。数字水印技术作为这样一种技术受到了人们的广泛关注和深入研究[1][2][3]。数字水印技术可用于版权所有关系证明、盗版跟踪、拷贝控滚珠丝杆制和广播监测等。本文我们集中于水印的前两种用途。我们提出一种联合使用加密技术和数字水印技术的保护多媒体内容的方案，并分析了该方案安全性、可靠聚氨酯胶性和有效性。

2 水印技术

数字水印是一个非常活跃的研究领域，在最近一些年它受到了大量的关注。很多优秀的水印文章出现在一些专辑和重要的会议中。数字水印技术的基本思想是将某种信息嵌入到主数据中（静态图片、音频或视频）使得如果嵌入的信息得到可靠的恢复后，那么该信息可以说明主数据和原始所有者之间的所属关系。数字水印具有很多重要的应用，最原始的动机是将水印应用于以数字形式传播的多媒体内容的版权保护中。在这种应用中，相同的水印嵌入到每一份多媒体内容的拷贝中，尽管它不能区分出谁获得了哪一个副本，但这种技术可以用于阻止大规模的盗版销售，已经有很多关于这种技术研究的出版物。另一种应用将不同的水印嵌入到不同的副本中，这使得跟踪参与盗版的用户成为可能。因此，也有人称这种水印为指纹。但是这种水印技术有两个缺点。第一个缺点是阻止非法用户的共谋攻击花费昂贵，另一个缺点，正如参考文献[4]中所指出的那样，多媒体内容提供商实际上没有法律依据来起诉非法用户，这是因为内容提供商本人也拥有该水印的多媒体内容。因此从技术方面没有办法来区分究竟是谁泄露了多媒体内容的拷贝。非对称指纹技术[5]可用于解决此问题，但是这种技术不够实用，也许是由于其交互实现的缘故。

在我们的解决方案中，需要每一个用户有一个唯一的防篡改硬件设备，使用它能够进行解密和水印嵌入操作。该硬件设备嵌入的水印显示了该硬件的序列号，同时它也与硬件内唯一的公钥/私钥对相关联。因此，在这个方案中，水印嵌入不是由内容提供商进行而是由防篡改硬件本身来实现。在这种情况下，可以跟踪非法用户，而且内容提供商也可以从产生不同的水印副本的沉重负担中解脱出来。

3 加密技术

加密的目标是使得数据对于未得到授权的人来说是不可理解的。通常原始数据称为明文，加密后得到的数据称为密文。一个加密方案应含有一个解密算法，使得通过解密算法可由密文恢复出明文。根据加密密钥是否公开将加密方案分为两类：秘密密钥加密方案和公开密钥加密方案。秘密密钥加密方案也称为对称密钥方案，在这种方案中，相同的密钥（或者由一个密钥很容易得出另一个密钥）用于加密和解密，密钥由通信双方共享且必须保密。公开密钥加密方案也称为非对称密钥加密方案，每个人拥有一个密钥对：一个公钥和一个私钥。公钥公开，私钥保密。通信时，一方使用另一方的公钥加密消息，另一方使用自己的私钥解密加密的消息从而恢复出明文。

加密技术是对多媒体内容进行保护的一个非常重要的工具。在对多媒体内容进行保护的过程当中，内容提供商首先对多媒体文件进行加密，然后再将其在互联上传播、分布。加密后的文件对没有解密密钥的用户来说是毫无意义的。加密密钥不应泄露给任何人，因此我们可以用一个公钥对该密钥进行加密，相应的私钥驻留在用户终端防篡改的硬件中。要想欣赏多媒体文件的内容，用户只需把加密的多媒体文件以及加密的密钥输入到硬件设备中，在硬件设备内部解密后的密钥用来解密多毫伏表媒体文件，再从硬件中输出水印的文件。

对防篡改硬件已经进行了很多年的研究，这项技术已经得到了广泛的应用。在我们的方案中，防篡改硬件设备的安全性是非常重要的。它用于存储一个公钥加密系统的私钥，这个私钥用来解密加密多媒体文件的密钥。同时，该硬件也用于用户端的水印嵌入。尽管从算法层面有一些对防篡改硬件进行攻击的方法，如故障嵌入攻击[6]、定时攻击、能量攻击[7]等，但这些方法中并没有哪一个能够对系统造成严重的实际威胁，因为解密的消息并不输出，而只是用于解密加密的多媒体文件。从硬件方面考虑，对防篡改硬件的E2PROM进行修改攻击[8]具有较大的威胁，但是这种攻击需要昂贵的硬件设备。世界上没有绝对安全的系统，只要破坏安全的代价远远大于保护对象的价值就可以认为此安全的级别令人满意，对于商业行为尤其如曾聪和志同道合者进行研究此。

4 方案描述

在防篡改硬件中包含一个序列号、与序列号相关联的私钥以及水印嵌入方案。私钥永远不泄露。硬件制造商发行一个证书以证明私钥的有效性，并把私钥和序列号绑定在一起。这样一来使得私钥、序列号以及证书与硬件结合在一起使用，实际中也可以使用一个公共目录列出所有合法的公钥和它们相对应的序列号。

水印过程是将序列号嵌入到多媒体文件中，同时也存在将序列号从水印的多媒体内容中恢复出来的有效过程。这里我们假设所选用的水印技术是一个安全的水印方案，尽管至今为止还没有一个水印方案被认为是绝对安全的。我们的方案描述如下：

内容提供商首先在多媒体内容中嵌入用于证明版权信息的水印。然后，他使用不同的密钥加密不同的多媒体文件。加密的多媒体文件可以免费下载。使用不同的密钥的优点是即使某个密钥泄漏，其他的多媒体文件的安全性仍然有保证。

为了欣赏多媒体内容，用户发送自己的序列号、公钥以及证书给内容提供商，内容提供者首先检验所收到的公钥是否是合法的量尺公钥，如果是则用该公钥加密加密节目的密钥，并将此密文消息发给用户。用户使用防篡改硬件对加密节目的密钥进行解密，然后对多媒对科盛仪器电子拉力实验机进行力值校准体内容进行解密，在多媒体内容输出前，硬件设备应该完成将序列号嵌入到解密的多媒体内容之中的水印过程。完成上述过程，用户应向内容提供商付费。