[发明专利]用于安全水印的同态加密

说明书

技术领域

本发明一般属于数据安全传输领域。更具体地，本发明涉及用于在电子音乐分发系统内的媒体信号中嵌入水印的方法和装置，并且更具体地，涉及用于电子音乐分发系统中安全水印的同态加密。

背景技术

图1中说明了用于分发音乐数据的常规电子音乐分发(EMD)系统100。EMD系统100包括服务器102、客户端118以及诸如因特网的分发网络116。通常，服务器102通过使用会话密钥数据对内容数据和诸如版权信息的内容信息进行加密，其中，在内容提供方和经由分发网络116请求内容的用户之间进行相互鉴权之后获得会话密钥数据。将加密信息传送到客户端118，随后，客户端118对加密信息进行解密以便获得所请求的内容。

更具体地，在对从客户端118经由网络116发送到服务器102的内容请求进行鉴权之后，内容提供方104将所请求的内容106发送到水印引擎110，并且将内容信息108发送到有效载荷装置112。内容信息108可以包括连续复制管理系统(SCMS)信息、用于将版权信息嵌入内容数据中的数字水印信息以及用于将版权信息嵌入服务器102的传输协议中的信息。

有效载荷装置112对将要嵌入的适当有效载荷进行计算，并且将有效载荷pL传送到水印引擎110。水印引擎将有效载荷pL嵌入内容106中。随后，加密装置114对来自水印引擎110的合并数据进行加密。通常，通过单独一个加密密钥对合并数据进行加密。随后，在因特网116上将加密信号E(y)发送到客户端118。随后，客户端118在解密装置120中对加密信号E(y)进行解密。随后，将加有水印但已解密的内容存储在用户数据库122中供用户使用。

目前，服务器处理在3GHz奔腾IV处理器上以大约40倍实时运行。虽然在很多情况下，这是可接受的，但是对于需要数百万次同时接入的大量内容分发来说，这可能是不够的。在这种情况下，期望具有用于多播和缓存可能的固定低复杂度服务器。如果在客户端进行水印嵌入，就可以获得所期望实现的诸如服务灵活性的这些和其它特征。然而，一般地，客户端嵌入将使得水印系统易受黑客攻击，并且因此应该避免客户端嵌入。特别地，如果允许客户对被水印标记和未被水印标记的内容进行处理，就非常容易恶意地移除或者修改水印，并且甚至估计潜在的算法。总之，需要通过提供密码安全嵌入解决方案来实现的客户端嵌入。

在Roland Parviainen和Peter Parnes在德国达姆施塔特CMS2001会议上提交的“Large scale distributed watermarking of multicast mediathrough encryption”中公开了一种用于安全水印嵌入的解决方案，其也被称为水印加密(watercrypt)。该想法是给两个加密媒体流x₁和x₂分别装配水印ω₁和ω₂。在逐帧(分组)的基础上进行加密和水印处理，即，得到可能提取出水印ω₁或ω₂的一个分组。以不同密钥K_e[i]对每个分组进行加密。因此，需要总共2k个随机加密密钥K_e[1]、K_e[2]、…、K_e[2k]。将x₁和x₂都发送给每个用户。

给每个用户唯一的解密密钥序列K_d[i]，解密密钥序列K_d[i]确定了对信号x₁和x₂进行解密的顺序。如果将x₁和x₂编码为二进制“0”和“1”，这种水印就可以携带总共N＝k比特信息。这种方法的缺点是：两方仅通过连接交替字段就可以容易地对两个解密序列进行合并，以生成无效的有效载荷或者指向另一个客户的新且有效的有效载荷。这种攻击可能危及整个系统的安全，并且使该算法对于诸如EMD的应用不适用。

Niv Ahituv、Yeheskel Lapid以及Seev Neumann在1987年第30卷第9期ACM通讯的“Processing Encrypted Data”中公开了可以用于在安全域嵌入水印的另一构架。在该文章中，讨论了为通过减法或加法更新某银行账户结余而处理加密数据的想法。他们建议使用满足下列规则的同态加密函数：

E_k1，k2(A+B)＝E_k1(A)+E_k2(B)，以及