數字內容及其安全

摘要：隨著光纖骨干傳輸網絡、無線移動接入網絡等基礎設施建設的逐步完成，數字內容產業正在迅速成為信息產業發展的新動力，其產業分析及技術研究的重要性日益突出。數字內容安全技術是數字內容產業三大支撐技術之一。保障數字內容安全的關鍵是解決數字內容的盜版販賣和非法使用的問題、解決非法及有害內容破壞和污染社會環境問題、解決數字內容消費者的安全合理付費問題，涉及眾多具有挑戰性的科學和技術難題，如高效的多媒體加密和隱藏算法、網絡多媒體內容識別和過濾算法、面向異構網絡的微支付協議等。

關鍵詞：數字內容；信息安全；信息過濾；數字版權管理；基于內容的過濾；微支付

Abstract: As the infrastructures of optical transmission networks and wireless mobile access networks are getting more and more accomplished， the digital content industry is rapidly becoming a new driver of the information technology industry while the importance of its industry analysis and technique research are increasingly rising. Digital content security technology is one of the three major technologies supporting this industry. Digital content security is a key solution to prevent piracy and illegal use， controlling the pollution of the illegal or harmful content to the societies， and providing the means for consumers’ security and reasonable payment. This involves many challenging scientific and technical problems such as efficient algorithms of multimedia encrypting and information hiding， web environmental multimedia content recognition and filtering algorithms， hybrid network oriented micro payment protocols， etc.

Key words: digital content; information security; information filtering; digital copyright management; content based filtering; micro payment

隨著光纖骨干傳輸網絡、新一代無線接入網絡的相繼建成，一個可以綜合提供文本、圖像、視頻、音頻服務的寬帶信息高速公路正在向世人開放。在這種情況下，人們自然把眼光投向了高速公路上的車輛——數字內容，并把推動信息產業繼續健康發展的希望寄托在它的身上。國際經濟合作與發展組織(OECD)在《Information Technology Outlook 2006》[1]報告中指出：信息產業在基本完成寬帶網絡基礎設施建設之后，正在迎來數字內容產業大發展的階段。數字內容已經成為信息產業發展的一個主要驅動力，它的作用遍及社會的各個領域。同時呼吁參加OECD的各國政府將重點從物理產品的制造轉移到具有更高附加值的無形產品——數字內容上。推動數字內容產業的先進國家已經獲得了巨大的收益。例如，2006年美國僅在線娛樂(包括游戲、音樂、視頻服務等)一項數字內容產業的規模就已經達到24億美元，并且在今后幾年還將迅猛發展，預計2010年達到90億美元。

中國也十分重視數字內容產業的發展，在國家“十一五”規劃中，明確提出了鼓勵發展數字內容產業的政策。各地方政府也已紛紛制訂各自的發展策略，奮力搶占先機。例如，北京市提出的五年經濟發展戰略中，將數字內容和創意產業列為重點。上海市在信息服務業三年行動計劃和五年發展規劃中提出了建設徐匯數字內容產業基地、長寧多媒體專業基地、普陀國家級動漫影視制作基地、張江國家級網絡游戲動漫產業基地等具體措施。

在這種形勢下，許多人希望了解數字內容產業及其技術的發展最新狀況，了解數字內容安全的基本概念、關鍵技術以及發展動態等。

1 數字內容及其安全的基本概念

隨著數字化技術的發展，數字內容的內涵日益豐富，主要包括數字音像、科學出版、遠程教育、動漫游戲、金融信息、政府公告、網絡博客、網絡論壇、短信彩信、彩鈴音樂等，涉及教育、科學、金融、文化、娛樂、商業、通信等各個領域。圍繞著這些數字內容的開發制作、傳遞配送和消費使用，一個影響全社會的大規模的產業鏈正在形成。人們認識到這個產業鏈無論在市場規模方面還是在對現有產業結構的影響方面都潛力巨大。

從技術方面來講，數字內容開發、數字內容傳遞和數字內容安全是數字內容產業的三大支撐。數字內容開發一方面與文化創意和藝術創造緊密結合，同時也與圖像、音頻、視頻、Web2.0等技術不可分割；隨著寬帶技術的發展，數字內容傳遞正在由傳統的離線配送向互聯網在線傳遞和移動傳遞的方向急劇轉變，網絡門戶、搜索引擎、無線寬帶、移動交互等技術成為數字內容傳遞的核心技術；數字內容安全則包括數字版權管理(DRM)、非法及有害內容過濾、網絡支付安全等重要內容。

無論是學術界還是產業界，關于數字內容安全的內涵尚未形成比較統一的認識。從一般的信息安全的概念出發，數字內容安全主要應保證內容的隱私性、完整性和真實性。從理論上講，這種概念是沒有問題的，但面對實際應用卻顯得抽象和空泛。針對目前數字內容在開發制作、傳遞配送和消費使用中的主要問題，人們發現當前保障數字內容安全的關鍵是：

解決數字內容的盜版販賣和非法使用的問題；

解決非法及有害內容破壞和污染社會環境問題；

解決數字內容消費者的安全合理付費問題。

針對第一個問題，提出了數字版權管理技術，采用加密手段對數字內容進行保護，使其只能在授權的情況下被使用；針對第二個問題，提出了基于內容的過濾(CBF)技術，采用文字識別、語音識別、圖像識別、文本分類等模式識別的方法將非法或有害的內容進行過濾和封堵；針對第三個問題，正在大力研究微支付技術，基于公鑰基礎設施(PKI)和第三方代理等平臺來保證消費者資金的安全和合理地支付小額數字內容消費。

上述技術和研究覆蓋了當前數字內容安全領域的主要內容，了解它們可幫助讀者理解數字內容安全的基本內涵。

2 數字版權管理技術

數字版權管理并不僅僅是個技術問題，它要通過技術、法律、商業等各種有效手段保證數字內容在制作、傳遞和消費各個環節中不受到盜版、侵權和濫用，以保護所有者的知識產權[2]，但本文只討論通過技術手段實現的DRM系統。

目前，常見的DRM系統由3部分組成：數字內容供應者(CP)、許可證發放器(LD)和用戶播放器(UP)。

CP利用打包程序將數字文件進行加密。目前常用128位或156位的對稱加密算法。密鑰利用與LD共享的密鑰種子和一個全局唯一的密鑰標識生成。內容加密后，再添加作者、版本號、發行日期、密鑰標識等頭信息。打包后的數字文件可以存放在CP的網站服務器上，也可以制成光盤發行。

UP在訪問CP網站服務器或通過光盤播放打包的數字文件時，首先在自己的許可證庫中查找所需要的許可證(解密密鑰)，如果存在，便可播放，如果不存在，則必須向CP指定的LD申請播放該數字文件的許可證。

LD接到UP的許可證申請后，對用戶的身份進行驗證，如果是合法用戶或通過付費等手續成為了合法用戶，則向UP發放播放該數字文件的許可證。許可證可根據需要設置有效期和不同的收費標準等。

在DRM系統中，加密的作用也可以用數字水印或數字簽名技術來替代。學術界和產業界在這些方面開展了大量的研究和開發。DRM系統用不同的信息安全技術來實現，系統的性能和實現成本是不同的。這是值得深入研究的問題。

在近十年來，圖像、視頻、音頻等多媒體的加密算法得到了深入研究。人們越來越多地將加密過程與壓縮編碼過程相結合，以同時獲得較高的安全性和較高的壓縮率。同時還進一步考慮多媒體網絡、無線網絡、移動網絡的帶寬和可靠性的特點，研究開發滿足異構網絡環境下可伸縮性和實時性要求的加密算法。

相對于互聯網，DRM在移動電信網上發展的更加迅速。主要原因是：

移動網絡相對封閉，DRM系統易于建立，且不易受到攻擊；

移動網絡用戶數量巨大，受DRM保護的數字內容在這一平臺上大量發布會降低數字內容的成本，有利于正版數字內容的推廣和知識產權保護。

2002年11月，開放移動聯盟(OMA)發布了移動DRM國際規范——OMA DRM V1.0 Enabler Release，為如何建立移動網絡上的DRM系統提供了指南。OMA DRM V1.0標準推出后，Nokia、Motorola等著名國際廠商紛紛進行了相應開發，對其存在的問題進行了公開討論。

2005年6月，OMA公布了OMA DRM V2.0，制訂了基于PKI的安全信任模型，給出了移動DRM的功能體系結構、權利描述語言標準、DRM數字內容格式(DCF)和權利獲取協議(ROAP)。

3 基于內容的過濾技術

基于內容的過濾即基于內容的過濾，是數字內容安全的重要內容。CBF的主要對象包括非法內容和有害內容，如非法廣告、黃色信息、惑眾謠言、網絡病毒、黑客攻擊等。早期的CBF技術主要采用串匹配的方法對文本文件和可執行文件進行過濾，防范的對象是有害文本信息和病毒。隨著多媒體技術的發展，非法和有害的信息開始大量地利用圖像、視頻、音頻等形式傳播，使得簡單的串匹配技術無法對內容進行有效識別。在這種情況下，人們開始將模式識別、自然語言處理、機器學習等智能技術引入CBF。另一方面，基于上述智能技術的文本分類和挖掘也取得了長足的進展。從而推動CBF全面進入了以智能技術為依托的階段。

在文本文件過濾方面，通過向量空間模型(VSM)或n-gram語言模型對文件進行表達，然后利用正反兩方面的樣本對需要過濾和不需要過濾的兩類文件進行建模，從而生成可執行特定任務的分類器，如Bayes分類器、SVM分類器、k-NN分類器等。將這樣的分類器放在網絡節點或主機上，便可實現文本文件的過濾。目前最常見的文本文件過濾器是垃圾郵件過濾器，國際著名會議TREC(Text REtrieval Conference)[3]從2005年開始將垃圾郵件過濾器作為測試項目，有力地推動了該項技術的發展。在中國，除了垃圾郵件之外，垃圾短信等短文本中的非法有害信息的過濾也得到了學術界、產業界和政府的高度重視。目前已經有國家自然科學基金、國家信息安全計劃、跨國企業資助的項目在加緊研究。

在圖像和視頻文件過濾方面，文字識別、人臉識別、人體識別、物體識別等圖像識別技術是核心。通過這些技術，可對文件中包含的字牌、標語、廣告等反映不同場景的文字，以及人臉、人體、物體等反映不同人物和事件的對象進行識別。獲得這些關鍵信息后，便可以對圖像和視頻進行分類和過濾。例如對黃色圖片進行過濾，對毒品廣告進行過濾等。在上述圖像識別技術中，人臉識別和物體識別是當前的研究熱點。文字識別是開展較早的研究，但圖像中的文字識別有其特殊性，如傾斜和光線的影響等。關于人臉識別和物體識別，近年來人們給予了極大的關注，并取得了顯著的進展。2007年國家自然科學基金的一個有關物體識別的重點項目吸引了全國11個頗有實力的科研單位的申報，競爭之激烈實屬罕見。并且，國際上，物體識別的研究正在越來越緊密地與網絡圖像檢索和過濾相結合[4-5]。

在音頻文件過濾方面，語音識別、語種識別、語音關鍵詞檢測技術是核心。對于安靜環境下的新聞播報類語音文件，先通過語音識別技術將其轉換為文本文件，就可以利用文本過濾技術進行過濾了。美國國家標準技術研究所(NIST)和國防部的話題檢測與追蹤(TDT)[6]計劃對這項技術進行了長期的研究，取得了令人矚目的進展。目前的研究熱點是噪聲背景下的語音文件或歌曲音樂類文件的過濾。這類文件不易用通常的語音識別方法進行內容識別，需要研究專用的方法。利用語種識別和語音關鍵詞檢測技術進行過濾時，不需要將整個文件轉換成文本，而只是識別文件中的語音是不是指定的語種或是否包含指定的關鍵詞。語種識別和語音關鍵詞檢測常被用于粗過濾，以提高過濾器的效率。

在網絡環境中，過濾器的效率是一個突出問題。基于智能技術的過濾器通常具有較高的計算復雜度，時間開銷較大。其主要原因是文件表達的模型，一般為特征向量，維數過高。例如，在文本分類中，常常采用幾萬維的特征向量，每一維對應一個詞。因此，特征降維已經成為特別重要的環節。簡單的特征降維方法是特征選擇，即從現有的特征中優選一部分。另一種方法是高維空間向低維空間映射變換的方法，通過去除數據值方差小(能量小)的維度，進行降維。如主成分分析(PCA)、線性鑒別分析(LDA)、流形分析、圖模型等。這些方法的研究，具有非常重要的普遍意義，已經成為本領域的研究熱點。

4 微支付技術

在線數字內容的消費常常金額很小，例如下載一首歌曲、一個彩鈴、一篇論文，甚至書中的一頁內容。這樣的消費金額難以采用常規的方法進行消費者和商家之間的結算，因為結算本身的成本相對消費金額太高，甚至會超過消費金額。例如，如果下載一首歌是5分錢，通過通常的銀行手續去交錢，光手續費可能至少就要1角。這樣的結算是消費者和商家都不愿接受的。因此，數字內容的消費離不開微支付技術的支撐。

所謂微支付就是對任意小的消費金額進行電子支付的技術。它要解決的主要問題除了保證消費者在電子銀行中的資金和數據的安全、商家不被騙取、交易數據不被篡改之外，就是以最低的成本實現電子付費，以保證交易成本不超過消費金額。目前，常見的微支付方式包括網絡在線支付、手機支付、電子支票支付、信用卡支付等。

微支付系統中的核心技術包括PKI技術和交易代理技術。通過PKI技術對交易中所涉及的各方的標識符、交易數據等進行加密，以防止偽造身份、盜取密鑰、破解消息等攻擊的得逞。通過交易代理技術，實現信用擔保、身份認證和公平交易。交易代理通過可轉移硬幣等技術，最大限度地降低交易成本。

目前微支付研究的重點是協議和系統模型。微支付協議分為離線方式和在線方式兩大類。典型的離線微支付協議包括MPTP、Payword、Agora和MiniPay等。這些協議以消費者的信用為基礎，消費者在真正付款之前就可以完成交易。因此對重復消費(同一憑據反復使用)和惡意消費(透支消費)缺乏有效的控制。

典型的在線微支付協議是Millicent，它采用交易代理在線實時驗證消費者帳戶信息的方式，可以有效防止重復消費和惡意消費，但也因此降低了協議的運行效率。

微支付協議和模型的優劣，主要從安全性、公平性、交易成本、運行效率等方面進行評價。安全性主要指交易者的身份不被偽造和不被泄露，以保證交易者的資金安全和交易的隱私；公平性主要指在整個交易過程中，消費者、商家和交易代理受到平等的對待，消費者的信用得到正確的評估，商家不受到欺騙，交易代理得到合理的利益；交易成本要盡量地降低，以滿足微支付的要求；運行效率要盡量地提高，協議的時間開銷和空間開銷要盡量小。

微支付協議和模型與系統所基于的網絡有密切的關系。例如，基于移動電信網絡的微支付系統、基于WWW網絡的微支付系統、基于P2P網絡的微支付系統等相互之間有明顯的差別[7]。總體上講，現有的系統還不能滿足目前數字內容產業迅猛發展的要求。OECD的報告認為，微支付系統技術上的滯后，制約了數字內容的消費。

5 結束語

數字內容產業的規模正在迅速膨脹，對IT產業結構的沖擊正在日益加強。因此，數字內容技術已成為各國奮力搶占的一個戰略至高點。數字內容安全是數字內容技術的重要組成部分，沒有它的保證，數字內容產業就難以發展。同時，數字內容安全涉及眾多具有挑戰性的科學和技術難題，例如高效的多媒體加密和隱藏算法、網絡多媒體內容識別和過濾算法、面向異構網絡的微支付協議等。攻克這些挑戰，需要學術界、產業界和政府的共同努力。同時，也只有這樣，才能使中國的數字內容產業迅速發展起來，成為中國IT產業強勁的推動力。

6 參考文獻

[1] OECD. Information technology outlook [R]. OECD Publishing， 2006.

[2] Chain-DRM.COM產品列表 [EB/OL]. http://www.china-drm.com/drm.asp.

[3] TREC [EB/OL]. http://trec.nist.gov.

[4] LI J， WANG J. Automatic linguistic indexing of pictures by a statistical modeling approach [J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence， 2003，25(9):1075-1088.

[5] LI Feifei， ROB Fergus， PIETRO Perona. One-Shot Learning of Object Categories [J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence， 2006，28(4):594-611.

[6] The 2002 topic detection and tracking (TDT2002) task definition and evaluation plan，version 1.1 [EB/OL]. http://www.nist.gov/speech/tests/tdt.

[7] ZOU J， SI T， HUANG L， et al. A new micro-payment protocol based on P2P networks [C]//Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on e-Business Engineering (ICEBE’05)， Oct 18-20， 2005， Beijing， China. Los Alamitos， CA， USA: IEEE Computer Society， 2005:449-455.

收稿日期：2007-07-17

作者簡介：

郭軍，北京郵電大學信息工程學院院長、博導。長期從事模式識別、網絡搜索、網絡管理等方面的研究。主持國家自然科學基金、國家“863”計劃、國家信息安全計劃等國家級科研項目7項，發表論文120余篇，被SCI、EI、ISTP收錄50余篇次，出版著作6部，獲得國家發明專利4項。