信息隱藏技術(shù)-第六章-數(shù)字指紋

第六章數(shù)字指紋,第五章內(nèi)容回顧,2020/4/27,2,數(shù)字視頻水印基礎(chǔ)魯棒視頻水印算法脆弱視頻水印算法視頻水印幾個特殊問題與方法,第六章主要內(nèi)容,2020/4/27,3,數(shù)字指紋概述多用戶合謀攻擊典型數(shù)字指紋數(shù)字指紋安全協(xié)議,Whatisdigitalfingerprinting,2020/4/27,4,HumanfingerprintSimilarwithhumanfingerprintAgroupofspecialwatermarksembeddedintodigitalmediadatadifferentfromeachother/everyoneisunique;canbeusedtoidentifyanyonecopy;canbeusedtotracepirateandtraitors.,Digitalfingerprinting,2020/4/27,5,Designgoals,2020/4/27,6,CatchmanyThegoalinthisdesignscenarioistocaptureasmanycolludersaspossible,thoughpossiblyatacostofaccusingmoreinnocentusers.Forthisdesiredgoal,thesetofperformancecriteriaconsistsoftheexpectedfractionofcolludersthataresuccessfullycapturedandtheexpectedfractionofinnocentusersthatarefalselyplacedundersuspicion.,數(shù)字指紋的發(fā)展歷史,2020/4/27,7,英國內(nèi)閣秘密文件泄密事件1981年，英國內(nèi)閣秘密文件的圖片被翻印在報紙上登出。傳聞事先瑪格麗特.撒切爾夫人給每位部長分發(fā)了可唯一鑒別的文件副本。每份副本有著不同字間距，用于確定收件人的身份信息，用這種方法查出了泄密者。,數(shù)字指紋的發(fā)展歷史,2020/4/27,8,關(guān)于數(shù)字指紋技術(shù)的最早論文是N.R.Wagner在1983年發(fā)表的題為Fingerprinting的文章，介紹了指紋的思想和一些術(shù)語，并提出了基于假設(shè)校驗的統(tǒng)計指紋。1994年BennyChor，AmosFiat，MoniNaor發(fā)表文章“Tracingtraitors”。文中提出了三種方案來對抗多個不誠實用戶的合謀攻擊，其思想成為后來許多抗合謀數(shù)字指紋方案的基礎(chǔ)。,數(shù)字指紋的發(fā)展歷史,2020/4/27,9,C.Boneh和H.Shaw于1995年提出了一個清晰的抗合謀攻擊的編碼方案，稱為C-安全編碼（C-securecode）的數(shù)字指紋經(jīng)典方案。該方案對嵌入條件作了假設(shè)，其編碼方法與使用的數(shù)據(jù)嵌入算法無關(guān)。隨后出現(xiàn)了用于叛逆者跟蹤和數(shù)字取證的數(shù)字指紋技術(shù)，并得到了廣泛的研究。非對稱指紋，匿名指紋；漢明碼，BIBD，高斯分布指紋，MicosoftResearch:adualwatermark-fingerprint.,數(shù)字指紋的主要問題,2020/4/27,10,WorkswellwithoutanyattackAcommonwatermarkattacks/single-copyattacksMulti-copyattacks/CollusionattacksColludersusetheircopiestoproduceanewcopyemployingvariousways.Theydecreasetheriskofbeingcapturedfromthenewcopypossibly.合謀攻擊/共謀攻擊。,第六章主要內(nèi)容,2020/4/27,11,數(shù)字指紋概述多用戶合謀攻擊典型數(shù)字指紋數(shù)字指紋安全協(xié)議,多用戶合謀攻擊,2020/4/27,12,Linearcollusionandnon-linearcollusion,Users,Distributedcopies,Digitalfingerprints,Newimagecopy,線性合謀,2020/4/27,13,Linearcollusion,非線性合謀,2020/4/27,14,1）隨機選擇拷貝方式：2）隨機選擇值方式：3）最小值方式：4）最大值方式：5）中值方式：6）最小值-最大值方式：7）最小值-最大值-中值：8）隨機最小值-最大值：,非線性合謀攻擊,2020/4/27,15,1H.VickyZhao,MinWu,Z.JaneWang,etal.Forensicanalysisofnonlinearcollusionattacksformultimediafingerprinting,IEEETransactionsonimageprocessing,2005.5,Vol.14,No.5,646-661.,兩個重要指標(biāo),2020/4/27,16,TheprobabilityofafalsenegativePfnTheprobabilityofafalsepositivePfpPfp10-6,Pfn10-3.Differentconcernsariseunderdifferentsituations,howeverthefingerprintingsystemmustbedesignedaccordingtoappropriateperformancecriteria.,Designgoals,2020/4/27,17,CatchoneForthisdesiredgoal,thesetofperformancecriteriaconsistsoftheprobabilityofafalsepositiveandtheprobabilityofafalsenegative.Fromthedetectorspointofview,adetectionapproachfailswheneitherthedetectorfailstoidentifyanyofthecolluders(afalsenegative)orthedetectorfalselyindicatesthataninnocentuserisarelevantwhenprovidingevidenceinacourtoflaw.,Designgoals,2020/4/27,18,CatchallInthisdesignscenario,thefingerprintsaredesignedtomaximizetheprobabilityofcapturingofinnocentsbeingfalselyaccused.Thisariseswhenthetrustworthinessoftheinformationrecipientsisofsuchgreatconcernthatallusersinvolvedintheinformationleakneedtobeidentified.Thissetofperformancecriteriaconsistsofmeasuringtheprobabilityofcapturingallcolludersandanefficiencyrate,whichdescribestheexpectedamountoffalselyaccusedinnocentspercolluder.,非線性合謀攻擊,2020/4/27,19,Particularattacks,第六章主要內(nèi)容,2020/4/27,20,數(shù)字指紋概述多用戶合謀攻擊典型數(shù)字指紋數(shù)字指紋安全協(xié)議,典型數(shù)字指紋方法,2020/4/27,21,高斯分布指紋BIBD碼指紋Adualwatermark-fingerprint,高斯分布指紋,2020/4/27,22,UseindependentnormallydistributedrandomvaluesasfingerprintsNon-blinddetection,攻擊模型,2020/4/27,23,Averageattack,非盲檢測,2020/4/27,24,Non-blinddetection,Maximumdetector,2020/4/27,25,Catchone,Maximumdetector,2020/4/27,26,Catchone,Maximumdetector,2020/4/27,27,表1非盲最大值檢測器Lmin和h設(shè)計值,Thresholdingdetector,2020/4/27,28,Catchmany,Thresholdingdetector,2020/4/27,29,表2非盲閾值檢測器Lmin和h設(shè)計值,BIBD碼指紋,2020/4/27,30,Anti-collusioncodes,ACCs,抗合謀碼WadeTrappe,MinWu,Z.JaneWang,etal.Anti-collusionFingerprintingforMultimediaJ,IEEETransactionsonSignalProcessing,2003,Vol.51,No.4,1069-1087.,BIBD碼指紋,2020/4/27,31,當(dāng)合謀發(fā)生時，各拷貝之間信號不同部分將可能被衰減或干擾，而相同部分則沒有這個問題。因此，構(gòu)造抵抗合謀的編碼的基本思想是這樣的，如果兩份拷貝的指紋水印它們具有相同的成份，那么這一相同成份就不會被合謀操作衰減，如果在所有用戶拷貝中，任何兩個拷貝組合都具有唯一的相同成份，那么該指紋水印系統(tǒng)就可識別任意兩個用戶的合謀。以此類推，如果任何K個拷貝組合都具有唯一的相同成份，那么該指紋水印系統(tǒng)就可識別任意K個用戶的合謀。滿足這樣性質(zhì)的碼被WadeTrappe、WuMin等稱為抗合謀碼（Anti-collusioncodes,ACCs）。,BIBD碼指紋,2020/4/27,32,WadeTrappe、WuMin等利用組合數(shù)學(xué)中的區(qū)組設(shè)計理論來設(shè)計抗合謀碼。區(qū)組設(shè)計理論已被應(yīng)用于糾錯碼的構(gòu)造和統(tǒng)計實驗的設(shè)計。他們提出利用BIBD來構(gòu)造抗合謀碼，BIBD（Balancedincompleteblockdesign），即均衡不完全區(qū)組設(shè)計。,BIBD抗合謀碼例子,2020/4/27,33,Adualwatermark-fingerprint,2020/4/27,34,MicrosoftResearch的DarkoKirovski等提出了一種新的思路來設(shè)計“雙重”指紋水印系統(tǒng)（Adualwatermark-fingerprintsystem），這里的“雙重”是，水印用以指明許可外，系統(tǒng)還可進(jìn)行指紋追蹤。該方法與前面討論的不同拷貝嵌入不同水印的思路不同，它對分發(fā)給用戶的所有拷貝，都嵌入相同的水印，但分發(fā)給每個用戶的檢測密鑰是各不相同的，具有唯一性，以此作為數(shù)字指紋來識別用戶。DarkoKirovski,HenriqueMalvarandYacovYacobi,Adualwatermark-fingerprintsystem.IEEEMultimedia,2004,59-73,Adualwatermark-fingerprint,2020/4/27,35,第六章主要內(nèi)容,2020/4/27,36,數(shù)字指紋概述多用戶合謀攻擊典型數(shù)字指紋數(shù)字指紋安全協(xié)議,數(shù)字指紋安全協(xié)議,2020/4/27,37,對稱指紋技術(shù)的安全漏洞指紋技術(shù)是通過發(fā)行商驗證非法分發(fā)拷貝的原始購買者來防止非法拷貝。但是，對于對稱指紋方案來說，購買者和發(fā)行商都能識別出嵌入指紋的拷貝。因此，發(fā)行商在某地發(fā)現(xiàn)了非法拷貝的時候，發(fā)行商并沒有證據(jù)證明分發(fā)這個非法拷貝的人就是某個用戶，而不是發(fā)行商本人。為了解決這個問題，Pfitzmann和Schunter提出了非對稱指紋。,非對稱數(shù)字指紋,2020/4/27,38,方案由4個協(xié)議組成key-gen,fing,identify,dispute.只有買方知道具有指紋的數(shù)據(jù)B.PfitzmannandM.Schunter,“Asymmetricfingerprinting”,inAdvancesinCryptology,ProceedingsofEUROCRYPT96,vol.1070ofLectu