多類數(shù)字水印關(guān)聯(lián)性及其ODRM的研究

李維仙

（廊坊師范學(xué)院，河北 廊坊 065000）

1 多類數(shù)字水印

1.1 多類數(shù)字水印定義

已有的針對(duì)數(shù)字水印技術(shù)的研究，無(wú)論是橫向研究還是縱向探悉，都是針對(duì)一種類型的數(shù)字水印。多類水印似乎是一個(gè)比較陌生的名詞，其實(shí)以前已經(jīng)涉及過(guò)此概念，只是沒有把各類水印聯(lián)系在一起并應(yīng)用于一個(gè)數(shù)字作品中。

在定義多類數(shù)字水印之前，首先對(duì)在多類數(shù)字水印體系下的數(shù)字水印體系進(jìn)行分析。數(shù)字水印體系是把有確切內(nèi)涵的信息隱藏在一個(gè)有足夠容量空間的數(shù)字載體上，并且隱藏的載體可以跨平臺(tái)，在不同時(shí)間傳播，經(jīng)過(guò)各種狀態(tài)，又可以進(jìn)行關(guān)聯(lián)性嵌入和提取，最終保證載體信息的完整性、準(zhǔn)確性及關(guān)聯(lián)路徑的傳播追蹤。由此而知，數(shù)字水印的整個(gè)體系可以作為一種傳遞版權(quán)信息以及跟蹤傳播痕跡來(lái)證明版權(quán)歸屬的過(guò)程。在這一過(guò)程中，水印信息有評(píng)價(jià)、追溯、檢查、監(jiān)督和深入剖析的價(jià)值。

經(jīng)過(guò)分析研究，多類數(shù)字水印可以這樣定義：幾種不同體系或目的、不同組織的數(shù)字水印共同“寄生”在同一個(gè)數(shù)字作品中，都以此數(shù)字作品為自己生存的土壤，互相之間是分立的，但各自在傳播過(guò)程中又具有一定的關(guān)聯(lián)性。這種多類體系混合的數(shù)字水印之間是分立的，或稱之為相互博弈的，但在同一個(gè)數(shù)字水印體系內(nèi)部是遵循一定規(guī)則的，各個(gè)環(huán)節(jié)在時(shí)間和空間上具有相互關(guān)聯(lián)性，并且要具有抵抗其他體系數(shù)字水印攻擊的特性，這樣的數(shù)字水印體系稱為具有“免疫”的功能體系。

2-3類或更多類的數(shù)字水印共同寄生在一個(gè)文件實(shí)體下，這不但要求文件系統(tǒng)必須提供這種機(jī)制，使文件能夠提供充足的空間和“養(yǎng)分”來(lái)存活幾種不同的寄生體，還要求這種體系下的數(shù)字水印嵌入算法必須具有足夠的魯棒性、冗余性和關(guān)聯(lián)性，不但能容忍或抵抗其他類數(shù)字水印的干擾和攻擊，而且在必要時(shí)能提供攻擊敵方體系水印的功能。

1.2 多類數(shù)字水印技術(shù)規(guī)范

迄今為止，信息安全的手段有加密術(shù)、掩密術(shù)、掩密信道以及文件系統(tǒng)的隱藏分區(qū)和安全區(qū)等，這些安全機(jī)制都是一種獨(dú)立的體系，遵循一種獨(dú)立的規(guī)范。而多類數(shù)字水印則是多種規(guī)范、多種體系的融合，使幾種孑然不同的類型同步進(jìn)行。所以多類數(shù)字水印技術(shù)的技術(shù)規(guī)范也是廣義的、抽象的、更高層次的理論規(guī)范體系。

多類數(shù)字水印技術(shù)的規(guī)范體系分為以下幾個(gè)方面。

（1）可移植性。可用于多種操作系統(tǒng)，只要這種操作系統(tǒng)中提供支持?jǐn)?shù)字水印技術(shù)的土壤，數(shù)字水印即可隨水印作品一起移植并成活。

（2）共存性。多類數(shù)字水印的共存性，不同種類的水印寄生在一個(gè)文件實(shí)體中，但不影響文件實(shí)體的可用性。

（3）分立性。寄生在同一文件下的多類數(shù)字水印是相互分立的，并且在一定情況下不一定都是協(xié)同的。

（4）獨(dú)立性。存在于同一文件實(shí)體下的各類數(shù)字水印之間是相互獨(dú)立的，但在水印作品的傳播過(guò)程中仍能保持關(guān)聯(lián)性。

（5）多類數(shù)字水印的分立性和關(guān)聯(lián)性相互制約，構(gòu)成具有“免疫”功能的數(shù)字水印系統(tǒng)。

（6）關(guān)聯(lián)性。多類數(shù)字水印在傳播過(guò)程中的關(guān)聯(lián)特性，為數(shù)字作品提供了動(dòng)態(tài)的數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)，它們還應(yīng)該遵循動(dòng)態(tài)數(shù)字版權(quán)管理（WOLF?D2RM）規(guī)范。

（7）冗余性。能容忍其他類數(shù)字水印的攻擊和破壞，在需要時(shí)能夠提取足夠的水印信息來(lái)證明版權(quán)歸屬和關(guān)聯(lián)特性。

（8）必須遵循數(shù)字水印的分類規(guī)范。數(shù)字水印分類的標(biāo)準(zhǔn)不一定是統(tǒng)一的，只要能在傳播過(guò)程中始終遵循統(tǒng)一規(guī)范或同一目的體系都可以成為一類數(shù)字水印。例如，作者、出版商和攻擊者分別代表三個(gè)相互博弈的組織，根據(jù)各自目的不同，他們分別在數(shù)字作品中嵌入遵循自己體系規(guī)范的數(shù)字水印，并且在傳播過(guò)程中始終遵循這個(gè)規(guī)范，也就是說(shuō)數(shù)字作品中同時(shí)存在三類數(shù)字水印。多類數(shù)字水印的傳播過(guò)程如圖1所示。

圖1 多類數(shù)字水印傳播模擬圖

在圖1中，A、B、C代表不同類型的數(shù)字水印，A A1…An，B B1…Bn，C C1…Cn分別代表不同類型的數(shù)字水印傳播過(guò)程中的不同節(jié)點(diǎn)。這三類數(shù)字水印共同存在于一個(gè)數(shù)字作品中，相互之間是分立的，但又不是完全獨(dú)立的，他們相互之間可能存在攻擊或竊取行為，圖中雙線則表示這種不同類別數(shù)字水印間的這種聯(lián)系。

另外，三種或更多種類型的數(shù)字水印的嵌入順序也是不同的，也就是說(shuō)肯定有一類水印信息是最先嵌入的。然后，在載體作品的傳播過(guò)程中，不同的組織，出于不同的目的，在已知或未知載體作品已有水印存在的情況下，再次嵌入水印信息，圖1只是三類水印并存時(shí)的關(guān)聯(lián)性模擬。

2 開放式數(shù)字版權(quán)管理（ODRM）

2.1 數(shù)字版權(quán)管理（DRM）

數(shù)字版權(quán)管理（Digital Rights Management）是一個(gè)數(shù)字作品版權(quán)管理的綜合系統(tǒng)，它由一系列的技術(shù)、工具、流程和處理方法組成，是一個(gè)跨越眾多領(lǐng)域的綜合管理系統(tǒng)。它的主要目的是保護(hù)數(shù)字作品內(nèi)容，維護(hù)版權(quán)所有者和用戶的合法權(quán)益。一個(gè)DRM方案，其主要功能包括防止非法用戶的攻擊，防止合法用戶的非法拷貝。前一點(diǎn)對(duì)DRM方案比較容易解決，然而后面的功能卻很難實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榧热挥脩粢呀?jīng)能夠使用作品，那么他肯定有破解作品內(nèi)容所需的資源。所以一般DRM需要尋找一種安全機(jī)制，來(lái)限制用戶直接操縱作品原始內(nèi)容。

2.2 開放式數(shù)字版權(quán)管理（ODRM）

數(shù)字版權(quán)管理（DRM）的一個(gè)必要條件是許可證與用戶使用的硬件環(huán)境綁定。也就是說(shuō)合法用戶也不能對(duì)數(shù)字文件進(jìn)行非法拷貝、傳播，因?yàn)榭截惡蟮奈募墙?jīng)過(guò)加密的，離開它認(rèn)證的機(jī)器，它就沒有對(duì)應(yīng)的鑰匙了。并且授權(quán)用戶不能將自己的許可證提供給他人使用。這樣的DRM我們稱之為靜態(tài)的數(shù)字版權(quán)保護(hù)。

保護(hù)不是版權(quán)管理的目的，目的在于“合理使用”。DRM不是為了阻止數(shù)字文件的傳輸和傳播，而是為了保證使用者的合法權(quán)益。開放式數(shù)字版權(quán)管理ODRM（Open Digital Rights Management）是指對(duì)在不同網(wǎng)絡(luò)體系中傳播的數(shù)字作品進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)字版權(quán)管理D2RM（Dynamic Digital Rights Management），通過(guò)彈性傳播追蹤和干擾來(lái)取代限制，使數(shù)字作品能夠以開放的形式在開放的網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳播。數(shù)字水印技術(shù)是實(shí)現(xiàn)開放式數(shù)字版權(quán)管理（ODRM）的關(guān)鍵技術(shù)。開放式數(shù)字版權(quán)管理（Open Digital Rights Management）是一個(gè)數(shù)字作品版權(quán)管理的綜合系統(tǒng)，它除了具有DRM的功能外，還能為用戶提供更便捷、更人性化的服務(wù)。它是一個(gè)跨越眾多領(lǐng)域的綜合管理系統(tǒng)，主要是通過(guò)關(guān)聯(lián)性數(shù)字水印來(lái)跟蹤作品的傳播痕跡，阻止合法用戶對(duì)作品的非法使用。

在開放式數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)中，不但數(shù)字作品可以脫離硬件的綁定而正常使用，用戶還對(duì)數(shù)字作品有一定的轉(zhuǎn)借權(quán)限（可以進(jìn)行有限次數(shù)的轉(zhuǎn)借），因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)生活中，書籍借閱是一件非常普遍的事情。轉(zhuǎn)借是為用戶考慮，使他們能夠非常靈活地使用購(gòu)買的數(shù)字作品。

實(shí)現(xiàn)這些功能的主要機(jī)制是在數(shù)字作品中嵌入一種可視或不可視的數(shù)字水印，不管是可視的還是不可視的，都不影響數(shù)字作品的使用，例如書籍的閱讀。這些數(shù)字水印最大的特點(diǎn)是要具有關(guān)聯(lián)性，它不但可以實(shí)現(xiàn)版權(quán)標(biāo)識(shí)功能、而且可以利用關(guān)聯(lián)性特征來(lái)實(shí)現(xiàn)痕跡追蹤的功能。其中，數(shù)字水印關(guān)聯(lián)性是開放式數(shù)字版權(quán)保護(hù)（ODRM）的關(guān)鍵技術(shù)因素。

3 ODRM的實(shí)現(xiàn)方案

3.1 ODRM的實(shí)現(xiàn)方案分析

ODRM版權(quán)保護(hù)方案不是僅從安全的角度出發(fā)來(lái)設(shè)計(jì)DRM系統(tǒng)，而是從商業(yè)模式、傳輸模式以及安全模式三個(gè)角度來(lái)綜合考慮。因此，ODRM是一個(gè)完善的、綜合的數(shù)字版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)，它實(shí)現(xiàn)方案必須滿足以下要求：

（1）支持靈活的商業(yè)模式，包括支持多個(gè)業(yè)務(wù)提供商和多個(gè)使用者；

（2）支持多種作品的轉(zhuǎn)借模式；

（3）支持多種內(nèi)容格式和應(yīng)用；

（4）支持多內(nèi)容的分發(fā)方式；

（5）版權(quán)信息和要求可擴(kuò)展；

（6）基于可靠和成熟的安全算法和設(shè)計(jì)；

（7）可控制的成本，包括可控的使用時(shí)間和次數(shù)等。

成功的ODRM系統(tǒng)應(yīng)該是基于讀者、作者、出版商、發(fā)行商等方方面面的權(quán)益，不僅要在閱讀的顯示、管理、操作等功能方面滿足讀者，還要在版權(quán)保護(hù)、運(yùn)營(yíng)服務(wù)等方面有十分安全可靠的保證系統(tǒng)。

3.2 ODRM實(shí)現(xiàn)的具體過(guò)程

ODRM的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程分為數(shù)字作品制作階段、出版階段、發(fā)行階段、傳輸階段和用戶的瀏覽階段，如圖2所示。

圖2 ODRM的具體實(shí)現(xiàn)流程

數(shù)字作品制作階段：數(shù)字作品在制作時(shí)就應(yīng)該加上基于版權(quán)的信息。例如書籍在開始創(chuàng)作時(shí)就應(yīng)該加入作者本人的信息。這種信息可以通過(guò)嵌入metadata來(lái)描述，也可以通過(guò)嵌入數(shù)字水印信息來(lái)描述，原創(chuàng)記錄應(yīng)該以不可見的隱見方式嵌入。

數(shù)字作品出版階段：作為數(shù)字作品的出版商，應(yīng)該有強(qiáng)大的技術(shù)手段來(lái)保護(hù)數(shù)字作品的版權(quán)信息。數(shù)字水印（Digital Watermark）是目前最普遍的數(shù)字版權(quán)技術(shù)。數(shù)字水印可以把出版商的相關(guān)信息嵌入，當(dāng)然，必要時(shí)采用不可察覺的數(shù)字水印。

數(shù)字作品發(fā)行階段：以嵌入數(shù)字指紋的方式來(lái)跟蹤和驗(yàn)證發(fā)行渠道。通過(guò)數(shù)字水印的關(guān)聯(lián)性，可以識(shí)別商業(yè)性的非法拷貝，以及消費(fèi)者個(gè)人的非法復(fù)制。

數(shù)字作品傳輸階段：對(duì)單向的傳輸采取加密方式和數(shù)字水印方式相結(jié)合的方案保護(hù)版權(quán)，這是面向最終用戶的。用戶下載后可以進(jìn)行解密，這時(shí)，加密方式已經(jīng)破解，但數(shù)字水印仍然存在。

數(shù)字作品瀏覽階段：用戶可以通過(guò)各種付費(fèi)方式瀏覽數(shù)字作品，也可以方便地復(fù)制和在權(quán)利范圍內(nèi)轉(zhuǎn)借數(shù)字作品。這時(shí)，數(shù)字水印關(guān)聯(lián)性安全機(jī)制會(huì)自動(dòng)記錄其傳播渠道。

總而言之，ODRM方案突破了原來(lái)只用加密方法的單一的安全保護(hù)機(jī)制，它充分考慮了消費(fèi)者的權(quán)益，通過(guò)多類數(shù)字水印關(guān)聯(lián)性的技術(shù)提供了一種更加安全、便捷和人性化的服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者的個(gè)性化需求。

3.3 網(wǎng)絡(luò)出版和發(fā)行后傳播流程的跟蹤識(shí)別

網(wǎng)絡(luò)出版和發(fā)行后，數(shù)字作品在傳播流程的跟蹤識(shí)別是通過(guò)數(shù)字水印信息的關(guān)聯(lián)性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。發(fā)行商在其要發(fā)售的拷貝中嵌入與用戶有關(guān)的不同的數(shù)字指紋（即銷售標(biāo)記水印），對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)這些數(shù)字指紋是唯一的。這些指紋是通過(guò)一種抗合謀攻擊的隨機(jī)二進(jìn)制編碼數(shù)字指紋編碼算法嵌入的，通過(guò)這個(gè)算法能從發(fā)行商跟蹤到用戶。

數(shù)字作品在用戶購(gòu)買以后仍然可以繼續(xù)傳播，例如轉(zhuǎn)借或拷貝等，這時(shí)用戶可以根據(jù)數(shù)字水印關(guān)聯(lián)性模型及其概率算法進(jìn)行數(shù)字水印的嵌入和數(shù)字作品的跟蹤識(shí)別。［1］

4 檢測(cè)分析

為了檢測(cè)以上采用數(shù)字水印技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)出版和交易方案的可行性，分別對(duì)文本作品和圖像作品嵌入三重水印，即作品創(chuàng)作者嵌入創(chuàng)作標(biāo)志水印，出版商嵌入發(fā)行標(biāo)記水印，出售作品的一個(gè)拷貝時(shí)，媒體發(fā)行者或出版商嵌入的銷售標(biāo)記水印。

4.1 文本作品的檢測(cè)

通過(guò)對(duì)文本作品分別嵌入創(chuàng)作標(biāo)記水印（nankaiy1）、發(fā)行標(biāo)記水印（safelaby2）和銷售標(biāo)記水印（watermarky3），并且模擬網(wǎng)絡(luò)出版和交易過(guò)程，然后再提取水印信息，可以檢測(cè)文本作品版權(quán)和銷售紀(jì)錄。為此設(shè)計(jì)了如下的界面環(huán)境，圖3是文本作品一次、兩次、三次嵌入水印的界面。

圖3 文本作品三次嵌入水印信息的界面

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播，當(dāng)發(fā)生版權(quán)糾紛時(shí)，可以提取數(shù)字水印信息進(jìn)行證明版權(quán)或傳播追蹤。圖4是提取水印信息的界面。

圖4 提取水印的界面

4.2 圖像作品的檢測(cè)

對(duì)圖像作品進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)圖像作品分別嵌入創(chuàng)作標(biāo)記水印、發(fā)行標(biāo)記水印和銷售標(biāo)記水印，模擬網(wǎng)絡(luò)出版和交易的過(guò)程，然后再提取水印信息，檢測(cè)圖像作品版權(quán)和銷售紀(jì)錄。圖5是原始作品和幾次水印嵌入后的水印作品。

圖5 原始作品和水印作品

通過(guò)以上檢測(cè)可以證明，在水印嵌入、提取和檢測(cè)都遵循上述方案的情況下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)出版和電子交易，完全可以通過(guò)數(shù)字水印技術(shù)保護(hù)作者、出版商、發(fā)行商、用戶等各方的利益，并且能在網(wǎng)絡(luò)出版和交易的各個(gè)環(huán)節(jié)保護(hù)數(shù)字作品版權(quán)。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及，越來(lái)越多的作品與信息以數(shù)字文件的形式在網(wǎng)絡(luò)媒體中傳播，因此，對(duì)于這些作品在傳播中的數(shù)字版權(quán)管理（D2RM）、追蹤、安全驗(yàn)證和版權(quán)保護(hù)迫在眉睫。數(shù)字水印是一種能夠解決上述問(wèn)題的信息安全技術(shù)，但是這方面還有很多基礎(chǔ)性的概念問(wèn)題不夠清楚。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文首先對(duì)多類數(shù)字水印體系和關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了探究，定義了多類數(shù)字水印技術(shù)規(guī)范，并在此基礎(chǔ)上研究了數(shù)字版權(quán)管理技術(shù)，提出了動(dòng)態(tài)數(shù)字版權(quán)管理（WOLF?D2RM）的概念和在實(shí)施應(yīng)用中的試驗(yàn)方案。最后，把WOLF?D2RM方案應(yīng)用到南開津科的eBook中，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完全開放授權(quán)、更安全、更便捷的動(dòng)態(tài)數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)，以此來(lái)對(duì)數(shù)字作品進(jìn)行版權(quán)保護(hù)和傳播追蹤。這是對(duì)數(shù)字水印概念和數(shù)字版權(quán)管理（DRM）技術(shù)的雙重?cái)U(kuò)充，將會(huì)成為數(shù)字水印技術(shù)前沿的新導(dǎo)向。