数字指纹综述.docx

第21卷第3期2004年7月中国科学院研究生院学报JournaloftheGraduateSchooloftheChineseAcademyofSciencesVol.21JulyNo.32004文章编号:1002—1175(2004)0320289210综述数字指纹综述3吕述望王彦刘振华(信息安全国家重点实验室(中国科学院研究生院),北京100039)(2003年7月18日收稿;2003年11月18日收修改稿)摘要对数字指纹进行了综述.首先介绍了数字指纹的研究背景,概括了数字指纹体制的一般模型,并总结了对数字指纹体制的基本要求;然后对数字指纹编码思路进行概括,并简介了两类典型的编码方法;第三,结合数字指纹协议的演进,讨论了非对称指纹、匿名指纹的实现思想,并指出了研究中的核心问题.最后指出了若干值得注意的研究方向.关键词数字指纹,版权保护,信息隐藏,不可否认性,匿名中图分类号TP309引言1近年来,信息技术的迅猛发展及以其为基础的电子商务的广泛应用,使各类文字、图片、影视等作品通过网络的传播范围空前扩大,为创作者和发行商带来了新机遇.但同时,人们也很容易对以数字形式存在的产品进行非法拷贝和分发.如何对数字化产品进行版权保护已成为信息时代版权保护的核心问题之一.数字水印技术和数字指纹技术是近几年发展起来的新型数字版权保护技术.比较而言,数字水印是向数字产品中嵌入版权拥有者的一些信息,当发生争议时能够有效确认出版权归属,对相同的作品嵌入的水印信息是相同的.而数字指纹是在原产品中嵌入与用户有关的信息,产品提供者(也称发行商)能够根据该信息对非法用户进行跟踪.嵌入的内容对不同购买者是不同的.数字指纹技术具有广泛的应用环境和广阔的应用前景.它可以用于在线出版业方面如电子图书馆的构建;随着数字电视和数字广播的发展,可以应用于DVB(digitalvideobroadcast)、VOD(videoondemand)等环境下的付费(pay2per2view)数据的保护.数字指纹技术与数字水印和数字签名、数据加密等技术一样是内容保护的重要手段.除数字水印外,与数字指纹相关的领域还有很多,如隐写术1(Steganography)和叛逆者跟踪2(Trai2torTracing)问题.在广播加密体制中,发行商对要广播的信息进行加密,每个付费的用户(称为授权用户)被授予一定的密钥,该用户用获得的密钥重建可以解密以密文形式存在的广播数据的密钥.但授权用户可能进行合谋构造出新的解密密钥,发行商对合谋用户的追查就称为叛逆者跟踪.叛逆者跟踪问题首先由Chor,Fiat和Naor在文献2中提出,近年来得到了很大重视(见文献3—7等).值得注意的是,按用户的信息分配用户密钥的过程,及对叛逆者进行跟踪的过程,从功能上讲与数字指纹体制中生成并3国家重点基础研究发展规划项目(TG1999035804)、国家自然科学基金资助E2mail:swlu@,wally@分发带指纹拷贝和跟踪非法分发者过程类似,可以认为是密钥指纹.因此,广播加密背景下对叛逆者跟踪体制的研究与数字指纹体制的研究有着紧密的联系.本文第二部分概括了数字指纹的基本概念和模型,以及对数字指纹体制的一般要求.第三部分是数字指纹编码手段的简要概括和分类.第四部分介绍非对称和匿名指纹协议.最后指出了数字指纹研究中的若干重点方向.2基本概念和模型211定义和模型通常来讲,数字指纹是指与用户和某次购买过程有关的信息.当发行商发现被非法分发的授权信息时,可以根据该信息对进行非法分发的用户实现跟踪.数字指纹体制主要由两部分构成,一是用于向拷贝中嵌入指纹并对带指纹拷贝进行分发的拷贝分发体制;另一部分是实现对非法分发者进行跟踪并审判的跟踪体制.往往上述两部分通过发行商、用户(还可能有登记中心、审判者等实体)之间的一系列协议实现,因此数字指纹体制也可以分为算法和协议两部分.其中,算法包括指纹的编码和解码、指纹的嵌入和提取以及拷贝的分发策略等内容,而协议部分则规定了各实体之间如何进行交互以实现具有各种特点的拷贝分发和跟踪体制(如实现用户的匿名性等).数字指纹体制的简单模型8见图1.其中用户j的信息由用户提供或由其与发行商(或登记中心等实体)通过一系列交互后生成.它通常包括用户的身份信息及该次购买过程的描述信息.有关用户j的信息将被按照一定规则进行编码并嵌入到发行商要出售的原拷贝中.用户直接得到带有其指纹的拷贝或由发行商将带有指纹的拷贝发放给用户,同时发行商和用户得到有关交易记录.不诚实的用户可能会直接分发他所得到的拷贝,也可能与其他用户联合获得新的拷贝后分发.无论是哪种情况,非法分发的拷贝中都会留下参与非法活动用户的指纹信息.一旦发行商图1数字指纹体制简单模型发现了非法拷贝,他将运用相应的指纹提取及指纹解码技术