(57)【要約】ビデオデータを不正確なバイト又は欠けているバイトで符号化し、これにより符号化されたビデオデータが破壊されるか又は歪められるステップ、復号化の間に符号化されたビデオデータを補正する置換えデータを生成するステップ、置換えデータをユーザに配信するステップを含むH.264等のセキュリティ方法が提供される。
2013519295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不正確なバイト又は欠けているバイトでビデオデータを符号化するステップと、符号化されたビデオデータは破壊されるか又は歪まされており、
復号化の間に前記符号化されたビデオを補正する置換えデータを生成するステップと、
前記置換えデータをユーザに配信するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記符号化されたビデオデータを、前記置換えデータを配信するステップとは別にユーザに配信するステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記符号化するステップにおいてデータのランダムなバイトを前記不正確なバイトとして適用するステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記符号化するステップにおいてデータのブランクのバイトを前記不正確なバイトとして適用するステップを更に含み、前記ブランクのバイトに関連するビデオの少なくとも１つの破壊された部分又は歪んだ部分は単一色である、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
復号化されたビデオの少なくとも１つの破壊された部分又は歪んだ部分はスライスであるように、前記不正確なバイト又は欠けているバイトを配列するステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記不正確なバイト又は欠けているバイトがあるフレームから隣接するフレームに異なる位置で配置されるように、ビデオデータの複数の連続するフレームを符号化するステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記不正確なバイト又は欠けているバイトがＩフレーム及びＰフレームにのみ適用されるように、ビデオデータの複数の連続するフレームを符号化するステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記置換えデータで前記符号化されたビデオデータを復号化し、これにより前記符号化されたビデオデータを補正するステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記符号化されたビデオデータを復号化するステップと、
フレームの系列におけるそれぞれのフレームにおける第一の欠けているブロックの位置を取得するステップと、
欠けているブロックを有する前記フレームの系列における全てのフレームを通してループするステップと、
取得された位置と少なくとも隣接する前のブロックを含む位置とでオリジナルのビットを置き換えるための置換えビットをランダムに生成するステップと、
前記生成するステップで生成されたビットを使用して、符号化されたビデオデータを復号化するステップと、
を更に含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記置換えビットにより復号化されたビデオデータの視覚的な品質を取得するステップと、
前記比較的な品質を許容可能な視覚的な品質の閾値に比較するステップと、
前記視覚的な品質が前記許容可能な視覚的な品質を超える場合、更なる不正確なバイト又は欠けているバイトで前記ビデオデータを再符号化するステップとを更に含み、前記符号化されたビデオデータは、更に破壊されるか又は歪められ、前記置換えデータは、更なる不正確なバイト又は欠けているバイトについてのデータを含む、
請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記ビデオデータのそれぞれのフレームにおける少なくとも１つのスライスが誤りを含むか又は歪められるように、前記不正確なバイト又は欠けているバイトを配列するステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１２】
破壊されたビデオデータストリームの復号化の間に、データの不正確なバイトを含むか又はデータの欠けているバイトを有するようにビデオデータストリームを破壊するステップと、
前記不正確なバイト又は欠けているバイトを補正するために置換えデータを生成するステップと、
前記置換えデータを許可されたユーザに配信するステップと、
を含む方法。
【請求項１３】
破壊されたビデオデータストリームを、前記置換えデータを配信するステップとは別に許可されたユーザに配信するステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１４】
破壊されたビデオデータストリームの少なくとも１つの破壊された部分はスライスであるように、前記不正確なバイト又は欠けているバイトを配列するステップを更に含む、
請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
破壊されたビデオデータストリームのそれぞれのフレームにおける少なくとも１つのスライスが間違いを含むように、前記不正確なバイト又は欠けているバイトを配列するステップを更に含む、
請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、H.264ストリームでのフォレンジックマーキングスキーム（forensic marking scheme）に関するものであり、フォレンジックマーキングスキームは、ビデオデータの一部を、成功した復号化のために有効な置換えデータを必要とするランダムなバイト又は不正確なバイト（incorrect byte）で置き換える。  
本出願は、2010年2月3日に提出された米国特許仮出願第61/337,376号の利益を特許請求するものであり、その内容は、引用によりその完全な形で本明細書に盛り込まれる。
【背景技術】
【０００２】
コンテンツ保護技術は、コンテンツ製作者の知的財産を保護する重要な役割を果たす。コンテンツ保護システムのセキュリティ問題は、大きな注目を受けている。しかし、著作権侵害を妨げるために広告されるコンテンツ保護技術及び製品を開発するために当てられた多大な努力にもかかわらず、大部分の既存の技術は、ひとたび実現が妥協されると、破壊的なまでに機能しなくなる。これは、コンテンツ製作者にとって深刻な脅威であり、大きな経済的損失となる。例えば、オフィシャルのコンテンツスクランブリングシステム（CSS）は、DVDビデオ向けであり、DVD Copy Control Association (http://www.dvdcca.org)により秘密にされ、ライセンスが供与されており、何かにより破壊することは些細なことであると考えられる（F.A.Stevenson, “Cryptanalysis of Contents Scrambling System”, white
paper, DVD-copy.com, Nov. 1999）。
【０００３】
CSSが直面するセキュリティリスクは、CSSのセキュリティが全てのコンテンツについてシンプル、固定されたセキュリティポリシーをもつDVDプレーヤで定義される事実から生じると考えられる。妥協されたプレーヤは、その領域において有効な全てのメディアを復号し、CSSは、DVDプレーヤの全体のインストールされたベースを時代遅れにすることなしに修復することができない。
【０００４】
別の例は、パブリックウォーターマークスキームであり、これはコピー制御情報をエンコードするために使用されるが、著作権侵害を検出及び制御することが不確かであると見られる。理由は、従来のウォーターマークスキームの検出スキームは公然と利用可能であり、これは攻撃者が感度解析によりウォーターマークを除去するのを可能にするからである（I.Cox, M.Miller, and J.Bloom, “Digital Watermarking”, pp.307-317,
Morgan Kaufmann, 2002）。
【０００５】
デジタルビデオコンテンツの著作権侵害に対してより効果的な長期の抑止を提供することにおける近年の試みのなかで、Cryptography Research Incにより提案される（P.Kocher, J.Jaffe, B.Jun, C.Laren, and N.Lawson, “Self-Protecting
Digital Content”, white paper, Cryptography Research Inc., 2003における）“Self-Protecting
Digital Content（SPDC）”のコンセプトは、大きな注目を受けている。SPDC技術に基づけば、BD+と呼ばれるセキュリティレイヤは、Blu-rayディスクフォーマットにおいて適合されている。SODCの考えは、プレイヤにおいてコンテンツ保護システムのセキュリティを構築するだけでなく、コンテンツ自身においてもコンテンツ保護システムのセキュリティを構築する。それぞれのデジタルタイトルは、コンテンツ自身と共にそれ自身のセキュリティコードを搬送するように設計される。再生の間、このセキュリティコードは、コンテンツを解読及び復号化するか否か、コンテンツをどのように解読及び復号化するかを判定するためにプレーヤにより実行される。例えば、プレーヤが妥協されているか又はユーザがコピーを行っている場合、セキュリティコードは、低い品質での再生を拒否するように決定する一方、高精細の再生は、優れたセキュリティをもつプレーヤのために確保される。このプログラマブルなセキュリティは、柔軟性を提供するだけでなく、セキュリティの問題がメディアフォーマット又はプレーヤのインストールされたベースに対する変更なしに補正されるのを可能にする。さらに、SPDCは、配信される全てのコンテンツのセキュリティコードのシンプルな更新を通して予期しない問題が対処されるのを可能にすることで、コンテンツの著作権侵害に対する古くならないソリューションを提供する。
【０００６】
SPDCと同様に、従来のパブリックウォーターマークスキームを置き換えるために、Cryptoography Research Incにより「フォレンジックマーキング」が提案されている。フォレンジックマーキングの目標とすることは、識別及び診断情報をコンテンツに埋め込むことである。著作権侵害を識別するため、デジタル及びアナログ領域から情報が後に検索される。パブリックウォーターマークスキームとは対照的に、フォレンジックマーキングは、システムのセキュリティを大きく改善するコンテンツに依存する検出器を使用する。フォレンジックマークのそれぞれのビットを埋め込む間、コンテンツの一部の２以上のバージョンのうちの１つが選択され、プレーヤによりデコードされる。検出の間、埋め込まれた情報は、デコードされたコンテンツにおける差を識別することで検索される。最新のH.264フォーマット（"Draft ITU-T Recommendation H.264 and Draft ISO/IEC 14496-10
AVC” in Joint Video Team of ISO/IEC JTC1/SC29/WG11&ITU-T SG16/Q.6
Doc.JVT-G050, T.Wiegand, Ed., Pattaya, Thailand, Mar. 2003）におけるデジタルビデオにフォレンジックマーキングを適用することが調査されている（by D.Zou, J.Bloom, “H.264/AVC stream replacement technique for video
watermarking”, in Proc. of IEEE Intl. Conf. on Acoustics, Speech and Signal
Processing, 2008 and D.Zou, N.Pringent, J.Bloom, “Compressed video streaming
watermarking for peer-to-peer based content distribution network” in Proc. of
IEEE Intl. Conf. on Multimedia& Expo., 2009）。マーキング情報は、CALVC又はCABAC（D.Marpe, H.Schwarz, and T.Wiegand, “Context-based adaptive binary
arithmetic coding in the H.264/AVC video compression standard”, in IEEE Trans.
on Circuits and Systems for Video Technology, Vol.13, No.7, July 2003）を使用してエントロピー符号化される、H.264ビットストリームにダイレクトに埋め込まれる。デコードされたビデオは、ユーザに知覚的に識別可能であるが、著作権侵害を識別及び追跡するため、コンテンツ製作者にとって検出可能な情報を含む。
【０００７】
H.264ビデオストリームでのフォレンジックマーキングは効果的な埋め込み及び信頼できる検出を達成する有効なワーターマーキングスキームであると示されているが、コンテンツに依存する埋め込み及び検出に起因するセキュリティは、注意深く調べられていない。実用的なコンテンツ保護システムでは、暗号化されたコンテンツは、コンテンツが異なるユーザに、ピアツーピア（P2P）ネットワークのようなコンテンツ配信ネットワークを通して安全に伝達されるように、ランダムな情報を含むか又はマーキング情報を含まない。ユーザがコンテンツについて支払いそしてそのマーキング情報をコンテンツ製作者から取得した場合にのみ、コンテンツが解読及び復号化される。この有効なマーキング情報は、著作権侵害の追跡を可能にするために、プレーヤにより復号化されたコンテンツに埋め込まれる。有効なマーキング情報なしに、コンテンツは復号化することができないか、又は極端に低い品質を有するかの何れかである。有効なマーキング情報なしに、適応的な総当り攻撃は、たとえランダムにマークされたストリームを完全に正しく復号化することが幾分困難であるとしても、復号化された出力の視覚的な品質を改善することができると判定される。係るように、この適応的な総当り攻撃は、フォレンジックマーキングスキームのセキュリティを弱体化させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
コンテンツを解読及び復号化する適応的な総当り攻撃の成功を考慮すると、適応的な総当り攻撃のスキームの効力を実質的に又は完全に低減する方法を開発する必要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
H.264ストリーム等のフォレンジックマーキングスキームのセキュリティ分析が提供される。フォレンジックマーキングスキームは、ビデオデータの一部を、ランダムなバイト又は不正確なバイトで置き換え、支払い済みのユーザのみが有効な置換えデータ（「シークレットキー」）を取得してビデオをデコードすることができる。
【００１０】
また、ビデオデータをランダム又は不正確なバイトで暗号化するステップ、ランダムなバイト又は不正確なバイトに応じて置換えデータを生成して暗号化されたビデオを復号化し、置換えデータをユーザに配信する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明は、添付図面を参照して例を通して記載される。
【図１】本発明により利用されるビデオストリームの埋め込みプロセスを例示する図である。
【図２】本発明に係るランダムなデータ及び不正確なデータで暗号化されるが、有効な置換えデータなしにデコードされるビデオフレームの例を示す図である。
【図３】適応的な解読の総当り攻撃のストラテジにより暗号化されたデータをデコードした後に欠けているブロックの数における低減のパーセンテージの例を、ストラテジを使用しない場合に比較したときの図である。
【図４】適応的な解読の総当り攻撃のストラテジにより暗号化されたデータをデコードした後に欠けているブロックの数における低減のパーセンテージの例を、ストラテジを使用しない場合に比較したときの図である。
【図５Ａ】適応的な解読の総当り攻撃のストラテジを使用することなしに、ランダムに暗号化及びデコードされたデコードされたビデオフレームの例を示す図である。
【図５Ｂ】適応的な解読の総当り攻撃のストラテジによりランダム暗号化及び補正されたデコードされたビデオフレームの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、H.264ビデオストリームでのフォレンジックマーキングスキームのセキュリティ分析に焦点を当てる。全体のストラテジは、ハイレベルで、適応的な総当り攻撃の方法の効力を低減することにある。算術符号化に基づく暗号化の分析を含む適応的な総当り攻撃の方法の実質的な開示及び説明が提供される。従って、以下は、許可されていないユーザがランダムにマークされたストリームを合理的に良好な視覚的品質でデコードするのをどのように可能であるかを示す。開示される攻撃のストラテジ及びセキュリティ分析は、異なる形式のデジタルコンテンツでのフォレンジックマーキングに拡張することができ、コンテンツ保護システムのためのセキュアフォレンジックマーキングスキームの設計において価値ある洞察を提供することができる。
【００１３】
本発明の実施の形態に係るH.264ストリームは、CABAC（Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding）を使用して一般に符号化される。CABACは、H.264規格で適合される２つのエントロピー符号化方法のうちの１つであり、他のCAVLC（Context-Adaptive-Variable-Length-Coding）方法に対して改善された符号化効率を提供する。CABAC符号化ストリームでのフォレンジックマーキングは、CAVLC符号化ストリームでのフォレンジックマーキングよりも良好なセキュリティを提供することが期待されているので、現在好ましいと考えられている。
【００１４】
CABAC符号化プロセスは、多くとも３つのエレメンタリステップである、１）２値化、２）コンテクストモデリング、３）２進演算符号化から構成される。第一のステップでは、所与の非２値のシンタックスエレメントが２進系数列、いわゆるビンストリングに固有にマッピングされる。第二のステップでは、前に符号化されたシンタックスエレメント又はビンストリングに依存する適応的なやり方でそれぞれのシンタックスエレメントについて確率的なコンテンツモデルが選択される。最終的に、ビンの値及びその関連するモデルは算術符号化エンジンに通過される。CABACは、（ａ）エレメントのコンテクストに従ってそれぞれのシンタックスエレメントについて確率モデルを選択し、（ｂ）ローカル統計値に基づいて確率的評価を適合し、（ｃ）算術符号化を使用するため、良好な圧縮性能を達成する。
【００１５】
また、本発明の実施の形態は、算術符号化を組み込む。算術符号化は、その速度、低い記憶の要件、最適な圧縮性能及び適応的な性質について知られ、JPEG-2000, MPEG-4
及びH.264規格を含めて、実用的なシステムにおける増加される支持を得ている（J.Rissanen, “Generalized Kraft inequality and arithmetic coding”,
IBM J.Res.Dev.20,198-203,1976; J.Rissanen, G.G.Lagdon, “Arithmetic coding for
data compression” Communication of the ACM, Vol.30, No.6, 520-540, June 1987を参照されたい）。算術符号化は、符号化の下で現在のシンボルの確率に基づいて、最初のインターバルをより小さなインターバルに引き続いて分割することでシンボル当たりの僅かなビット数を達成する。符号化されたメッセージは、最後のインターバル内に数により表される。適応的な算術符号化スキームでは、シンボルの確率は、既に符号化されているシンボルの発生頻度に基づいて更新される。
【００１６】
連続するインターバルの分割適応的なシンボル確率の更新のため、算術符号化におけるシンボルの符号化及び復号化は、前のシンボルの符号化及び復号化に重く依存する。これは、算術符号化をビットエラーに対して極端に敏感し、すなわち１つのビットフリップは、後続のシンボルの復号化を完全に異ならせる。エラーの感度は、信頼できる通信の問題を生じさせるが、セキュリティのために利用される（I.H.Witten, J.G.Cleary, “On the privacy afforded by adaptive text
compression”, Computers and Security, 7:397-480, 1988を参照されたい）。本明細書で説明されるフォレンジックマーキングスキームは、セキュリティのために算術符号化のエラーの感度を意図的に利用する。
【００１７】
それぞれのビットをH.264ストリームに埋め込むため、フォレンジックマーキングスキームは、ビットストリームにおける位置を選択し、ローカルコンテンツをコンテンツの２以上のバージョンのうちの１つと置き換える。埋め込みは任意の位置で行うことが可能であり、置換えコンテンツは、デコードされたビデオがユーザにとって識別不可能に現れ、同時に、コンテンツ製作者の検出可能な情報を含む限り、任意のバリエーションを有することができる。CABAC符号化ストリームで使用される算術符号化のエラー感度のため、埋め込み位置及び置換えコンテンツの選択は、慎重に選択されることを必要とする。
【００１８】
算術復号化の間、デコーダは、デコーディングステータス、すなわち現在のインターバルの長さ及び位置を保持する。ローカルコンテンツを異なるバージョンで置き換えた後、後続のシンボルのデコーディングが埋め込みにより影響されないように、置換えコンテンツの終わりで、デコーダステータスが変更されないことを保証することが必要である。有効な置換えコンテンツは、全ての可能性のある値を通して包括的なサーチにより取得される。置換えの位置及び置き換えるコンテンツの実際のバージョンは、デコードされたビデオを調べることで決定される。低下された視覚的な品質を生じる位置及びコンテンツ、又はコンテンツ製作者に検出不可能な品質の変更は、廃棄される。埋め込みプロセスは、図１に例示される。ここで、ビデオストリームは、ビデオデータのフレームにそれぞれ対応するビデオデータの３つの個別のグループ１０１を含み、グループのそれぞれがデータのビット１０２を有するように示され、選択されたビット１０３は、示された埋め込み位置１０５で置換えビット１０４による置換えのために選択される。図１における第一のグループにおいて、選択されたビットＡは、置換えビットＢ又はＣにより置き換えられる。同様に、選択されたビットＤ及びＥは、置き換えられるが、Ｄ及びＥの置換えビットは、Ａについての置換えビットとは異なる。
【００１９】
特定のユーザの置換えコンテンツの選択は、コンテンツ製作者がビットストリームに埋め込むことを望む情報により決定される。埋め込みの位置及び置換えのコンテンツは、ビデオコンテンツの配信とは別に支払い済みのユーザに配信される。プレーヤは、受信された情報をデコードされたビデオに埋め込む。著作権侵害の場合に応じて、コンテンツ製作者は、疑いのあるコピーに前に埋め込まれたトラッキング情報を検出する。検出の１つの例は、その位置及び平均輝度のオリジナルの値がコンテンツ製作者に知られている特定のブロックの平均輝度における変化を調べることである。
【００２０】
好適な実施の形態では、異なるユーザに配信されるビデオコンテンツは、マーキング情報を含まない。これは、それぞれのユーザについて異なるコンテンツのコピーを作成することが実現不可能である。さらに、コンテンツは、Ｐ２Ｐネットワークのようなコンテンツ配信ネットワークを通して配信される可能性があり、この場合、全てのユーザは、コンテンツの正確に同じバージョンを取得する。許可されないユーザがコンテンツにアクセスするのを妨げるため、コンテンツの暗号化は、第一の保護のレイヤを提供し、埋め込み位置をランダムバイトで置き換えることは、更なる保護を与える。アタッカーがビデオを上手く解読した場合、この第二の保護レイヤにより、デコードが失敗するか、又はデコードされたビデオは極端に低い品質を有する。以下のセキュリティ分析は、フォレンジックマーキングにより提供される第二の保護のレイヤに焦点を与える。
【００２１】
以下のセキュリティ分析では、以下の仮定が行われる。１）アタッカーは、ランダムにマークされたH.264ビットストリームを有する。２）攻撃者は、ソフトウェアデコーダ又は妥協されたハードウェアデコーダを使用してストリームをデコードする。３）攻撃者は、デコードされたビデオ及びデコーディングプロセスに関する情報を取得する。４）攻撃者は、係る埋め込み位置及び置換えコンテンツのような有効なマーキング情報へのアクセスを有さない。最後の仮定は、マーキング情報がセキュアなやり方で支払ったユーザに配信され、この情報はデコーディングプロセスの間にプレーヤにより解読及び使用されることが想定されるために合理的である。さらに、マーキング情報をリリースすることは、追跡され、訴追の高いリスクにユーザをさらす。従って、セキュリティ分析は、どの程度にまで攻撃者がデコードされたビデオの視覚的な品質を改善することができるか否かに関して焦点が当てられ、フォレンジックマーキングのセキュリティを弱体化する。
【００２２】
CABACを使用して符号化されたH.264ストリームでのフォレンジックマーキングのセキュリティは、エラー感度及び適応的な算術符号化の性質に大いに起因する。暗号化のために算術符号化を使用することは、Witten及びClearyにより上述された論文ではじめに提案され、この場合、初期モデル、すなわち初期のシンボルの確率は、シークレットキーとして、又は実際のメッセージがシークレットキーとして使用される前に符号化されるショートメッセージとして使用される。アイデアは、鍵なしに、全体のメッセージを正しくデコードすることが極端に困難であるように、デコーダステータスをランダム化することである。従って、算術符号化に基づく暗号化のセキュリティの弱点が発見されている（J.Lim, C.Boyd, E.Dawson, “Cryptanalysis of adaptive arithmetic
coding encryption schemes” Lecture Notes In Computer Science, Vol. 1270,
Proceedings of the Second Australasian Conference on Information Security and
Privacy, 1997）。攻撃は、選択平文攻撃（CPA：Chosen Plaintext Attack）モデルで実行され、この場合、攻撃者は、エンコーダに平文メッセージを供給し、暗号文を取得する。攻撃の考えは、攻撃者のエンコーダにより生成された暗号文が実際のエンコーダにより与えられたのと同じであるように、鍵空間又は初期モデル空間を通してサーチすることである。算術符号化はビットエラーに対して非常に感度が高いので、暗号文の正確な整合は、推測された鍵が正しいという高い確信を与える。
【００２３】
H.264ストリームでのフォレンジックマーキングにおいて、ランダムな置換えコンテンツは、ビデオの現在のフレームにおける残りのコンテンツを暗号化する秘密鍵としての役割を果たす。有効な置換えコンテンツがなければ、デコードされたビデオは、非常に低い品質を有する。ランダムにマークされたH.264ストリームからの係るデコードされたビデオフレーム２０１の１つの例は、図２に示される。
【００２４】
図２は、ランダムにマークされたストリームからデコードされたフレームで観察される２つの特性を示す。一方は、所定のブロックに導入される破壊されたバンド又はスライス２０３の幾つかに示される強い雑音である。これらは介されたバンド２０３は、破壊されていないバンド又はスライス２０２の間で分散される。これは、ランダムな置換えは、後続のシンタックスエレメントの復号化を誤らせるからであり、すなわち予測は誤った参照ブロックを使用し、残差データは、完全にランダムである。ノイズの強度及び雑音の多いブロックの量は、異なるフレームについて、更に図２に示されるフレーム内の異なるスライスについて大いに異なる。他の特徴は、大量の欠けているブロックであり、これらは、図２に示されるデコーディング後に一定の強度のブロックにより置き換えられる。実際に、それぞれ破壊されたバンドについて、第一の僅かのブロックは大きなノイズを含み、大部分の残りのブロックは欠けており、デコーディング後に一定の強度のブロックにより置き換えられる。これは、算術デコーダが有効なシンタックス値を取得するまで、ビットを消費し続けるからであり、従ってデコーダがスライスの終わりに到達する前に又はスライスシンボルの終わりが間違えにより先に取得される前に、全てのビットが消費されるからである。ランダムな置換えによるこれらの２つの特性は、デコードされたビデオを視聴不可能にし、従って許可されないユーザからビデオコンテンツを保護する。
【００２５】
置換えの正確な位置が攻撃者に知られている場合、攻撃者は、コンテンツのオリジナルの値を推測するため、総当り攻撃を実行する。推測の成功に応じて、デコードされたフレームは、欠けているブロックがなく、ノイズの多いブロックを有さない。置換えコンテンツの長さがＮバイトであるとすると、総当り攻撃の最悪のケースの複雑度は、位置当たり２Nの試みである。しかし、攻撃者にとって置換えの正確な位置を発見することは困難である。理由は、算術復号化プロセスがランダムな置換えの位置に到達したとき、エラーを検出しないためである。代わりに、不正確なコンテキストを復号化し、シンタックス毎の有効な値を生成し続ける。欠けているブロック又はデコーダのクラッシュは、実際の置換えの位置よりも非常に後の位置で通常は起こる。総当り攻撃を実行し、オリジナルのコンテンツを正確に回復する困難さ及び複雑さにかかわらず、視覚的な品質を耐えられるレベルに改善するため、近似的な回復を実行することが可能である。ランダムな置換えの効果は、全ての後続のビットが誤って解釈されるように、算術デコーダのステータスをスクランブルすることである点を思い出されたい。また、これは、それぞれの構文デコーディングの開始でのデコーダステータスが正しい限り、全ての後続のビットが正しくデコードされることを意味する。従って、正確な置換えの位置の情報は、必ずしも必要ではなく、できるだけ多くのビットを正しく解釈するため、置換えの位置の近く又は置換えの位置で、総当り攻撃を実行することができる。提案される総当り攻撃は、第一の欠けているブロックの位置に基づいて試みる置換えの位置を適応的に決定し、欠けているブロックの数が大幅に低減される場合に良好な推測を自動的に識別する。
【００２６】
攻撃のストラテジは、以下のように記載される。  
１．H.264ビットストリームをデコードし、それぞれのフレームにおける第一の欠けているブロックの位置を取得する。  
２．欠けているブロックを有する全てのフレームを通してループする。  
ａ．第一の欠けているブロックの前の幾つかの位置を選択する。  
ｂ．ステップａで選択された位置でのオリジナルビットを置き換えるためのビットを自動的に生成する。  
ｃ．結果として得られたフレームをデコードし、置換えビット及び欠けているブロックの数を記録する。  
ｄ．最大の試みの数に到達するまで、ステップｂに進む。  
３．それぞれのフレームについて欠けているブロックの最も少ない数を与える置換えビットを使用してＨ．２６４ビットストリームをデコードする。
【００２７】
ここで、欠けているブロックはランダムにマークされたＨ．２６４ストリームについて雑音の多いブロックよりも一層繰返し現れるので、第一の欠けているブロックを使用して実際の置換えの位置が近似的に推定される。
【００２８】
実験では、高精細の映画“Royal Wedding”のランダムにマークされたH.264ストリームに提案される適応的な総当り攻撃を実行する。簡単さのため、しかし一般性を失わないように、ビデオのそれぞれのＢフレームについて唯一のランダムマーキングが行われる。第一の１００フレームの回復に関する結果は、以下に与えられる。第一の欠けているブロックの位置に関する実際のマーキング位置の経験に基づいた範囲は、約１０〜１５０ブロックである。Ｂフレームにおけるそれぞれのブロックの平均の長さは、近似的に１０バイトである。従って、ステップ２ａにおけるアタック位置は、第一の欠けているブロックの前に４００〜１５００バイトの範囲にあるように選択される。実験では、攻撃は、第一の欠けているブロックの前の１００，２００，３００，５００，７００，１０００バイトで実行される。置換えコンテンツの長さは５バイトであり、すなわち攻撃の間、５つのランダムなバイトが生成され、先の指定された位置でマークされたストリームにおいて５バイトを置き換える。
【００２９】
攻撃のそれぞれの試みの後、変更されたストリームは、欠けているブロックの数を取得するためにデコードされる。それぞれマークされたフレームについて７０００前後の試みが実行され、欠けているブロックの数の低減に関する攻撃のパフォーマンスは、表１及び図３に示される。
【００３０】
【表１】
2013519295.tif 000003
図３は、曲線３０１において第一の１００フレームにおける４３のＢフレームについて欠けているブロックの数における低減のパーセンテージを示す。低減の大部分は９５％を超えていることが観察される。低減の平均パーセンテージは９６％である。欠けているブロックの数と視覚的な品質との間の相関を評価するため、表１は、攻撃の訂正前のフレームに比較される、欠けているブロックの最少数をもつフレームのPSNR（Peak Signal-to-Noise Ratio）を与える。また、図４は、曲線４０１において全ての４３のＢフレームの攻撃後のPSNR改善のパーセンテージを示す。欠けているブロックの数の大きな低減は、必ずしも大きなPSNR改善を意味しない。大部分のケースにおいて、PSNRが訂正後に改善するが、幾つかのフレームについて、PSNRは僅かに改善するか、又は訂正後に減少さえする。小さなPSNRの改善又は負のPSNRの改善は、おそらく、オリジナルで欠けているブロックを置き換えるより雑音の多いブロックのためである。しかし、雑音の多いブックは欠けているブロックよりも多くの詳細を実際に伝達し、これらのケースにおいて視覚的品質が大幅に改善することが分かっている。デコードされたフレームが多数の雑音の多いブロックを有する場合に、更なる雑音低減ステップを適用することができる。フレーム１８のデコーディングは、ポイントを例示するために図５に示され、図５ａは、ランダムにマークされたH.264ストリームからのデコードされたフレームであり、図５ｂは、PSNRが19.22dBを増加する、攻撃により訂正される図５Ａのフレームである。PSNRは視覚的な品質の評価について良好な基準ではないと考える。良好な測定は、視覚的な品質の改善を良好に評価するために適用される。表２は、補正されたフレームのメディアンフィルタリング後のPSNRの改善を示す。メディアンフィルタは、多くの雑音の多いブロックをもつフレームについて良好に機能するが、ぼけの影響のため、雑音の多いブロックを殆どもたないフレームの視覚的品質を低下する。
【００３１】
【表２】
2013519295.tif 000004
提案される総当り攻撃がランダムにマークされたH.264ストリームからデコードされたビデオ品質を大きく改善することが先の結果から観察される。係る攻撃の計算上の複雑度を評価するため、アプローチは、典型的な映画のような９０分の長さをもつビデオコンテンツを考える。毎秒当たり３０フレームを想定して、１６２００フレームが存在する。唯一のマーキングがそれぞれのフレームについて実行される提案される実験の設定を使用して、これら１６２００のマーキングのそれぞれは、ランダムな推測及び復号化のｎ回の試みを使用して総当り攻撃により調べられる。ランダムな推測のそれぞれの試みの後、現在のフレームは欠けているブロックの数を得るためにデコードする必要があるので、攻撃の計算時間は、オリジナルのストリームのデコード時間のｎ倍である。複雑度とパフォーマンスとの間のトレードオフを制御するため攻撃者によりパラメータｎが選択される。ｎの典型的な値を推定するため、表３において、欠けているブロックの数における異なる低減の量について推定される確率が列挙される。
【００３２】
【表３】
2013519295.tif 000005
先のテーブルから、平均して、攻撃者は、オリジナルの値の１％に欠けているブロックの数を低減するために位置当たりの１０００の試みを必要とし、オリジナルの値の５％に数を低減するために位置当たり１００の試みのみを必要とする。また、それぞれの位置で欠けているブロックの数を大幅に低減すること可能ではないことが記載される。最悪のケースでは、６０％のみの低減が達成され、１０００前後の試みが必要とされる。ハードウェア支援リアルタイムの復号化を使用して、９０分の長さのビデオで１０００の試みを含む総当り攻撃は、完了するために約２ヶ月を要する。試みの数を２００に低減することで、試みは、ビデオ全体を回復するために２週間を要する。しかし、この計算時間は、例えば今日の高性能のグラフィックス処理ユニット（GPU）を使用するといった、並列の計算を攻撃者が適用した場合に大幅に低減される。従って、提案される総当り攻撃は、H.264ストリームでのフォレンジックマーキングのセキュリティを深刻に弱体化させる。
【００３３】
提案される総当り攻撃は、ビットストリームレベルであり、すなわち視覚的な性能を改善するためにビットストリームの一部を置き換えることによる。ＢフレームにのみマークされるH.264ストリームでの別の可能性のある攻撃は、隣接するＩフレーム及びＰフレームを使用して、Ｂフレームにおける欠けているブロックの内容を予測する。隣接するフレーム間の動きは典型的に非常に小さいので、欠けている情報の大部分は、隣接するフレームから非常に良好な精度に推測される。この意味レベルの攻撃に反撃するため、動きの予測が困難となり、結果として得られるＢフレームが極端に低い視覚的な品質を有するように、マーキングはＩフレーム及びＰフレームにも実行される。総当り攻撃についての困難性を増加するため、より多くのマーキングの位置がそれぞれのフレームについて使用され、この場合、マーキング位置のそれぞれは、セキュリティを改善するために使用されるが、任意の情報を搬送しない。トレードオフとして、これは、支払いをしたユーザに個別に配信されるマーキング情報のサイズを増加させる。提案される総当り攻撃は、H.264ストリームでのフォレンジックマーキングのための、より丁寧且つ安全な設計を要求し、この場合、マーキングを検出及び除去することは、攻撃にとっておそらく困難である。
【００３４】
要するに、本発明の実施の形態は、不正確なバイト又は欠けているバイトでビデオデータを符号化し、これにより符号化されたビデオは、破壊されるか又は歪められ、復号化の間に符号化されたビデオを補正する置換えデータを生成し、置換えデータをユーザに配信する方法を含む。本方法は、符号化されたビデオデータを、置換えデータの配信ステップとは別にユーザに配信し、許可されないユーザが符号化されたデータと置換えデータとを一度に傍受する機会を低減するステップを含む。不正確なデータは、ランダムデータであるか、又はデータのブランクバイトであり、これによりブランクバイトに関連するビデオの破壊された部分又は歪められた部分は、図２におけるトップバンド２０３におけるように全て黒のような単一色である。不正確なバイトは、図２に示されるようなスライスであるように配置される。さらに、不正確なバイト又は欠けているバイトは、あるフレームから隣接するフレームに異なる位置に配置される。また、不正確なバイト又は欠けているバイトは、Ｉフレーム及びＰフレームのみに適用することができる。別の重要なステップは、ユーザ又はユーザの機器が符号化されたビデオデータを置換えデータでデコードすることであり、これにより符号化されたビデオデータを補正することができる。本方法は、ビデオのそれぞれのフレームにおける少なくとも１つのスライスが破壊又は歪むように、不正確なバイト、欠けているバイト又はランダムなバイトを配列するステップを含む。
【００３５】
本発明の更なる実施の形態は、符号化されたデータに更なる分析を実行するプロバイダによる上述された方法を含む。これは、符号化されたビデオを復号化するステップ、フレームの系列におけるそれぞれのフレームにおいて第一の欠けているブロックの位置を取得するステップ、欠けているブロックを有する系列における全てのフレームを通してループするステップ、取得された位置と少なくとも隣接する前のブロックを含む位置とにあるオリジナルビットを置き換える置換えビットをランダムに生成するステップ、生成ステップで生成されるビットを使用して符号化されたビデオを復号化するステップを含む。ランダムな置換えビットによる復号化されたビデオの視覚的な品質は、符号化ステップの有効性を判定するために幾つかの予め選択された閾値の視覚的な品質レベルに比較される。プロバイダは、ランダムな置換えビットを持つデコードされたビデオの視覚的品質が許容可能な視覚的品質の閾値を超えると確信する場合、プロバイダは、更なるランダムな置換えデータでビデオを再符号化して、ビデオを更に破壊するか又は歪める。
【図１】
2013519295.tif 000006
【図２】
2013519295.tif 000007
【図３】
2013519295.tif 000008
【図４】
2013519295.tif 000009
【図５（Ａ）】
2013519295.tif 000010
【図５（Ｂ）】
2013519295.tif 000011
【国際調査報告】
2013519295.tif 000012
2013519295.tif 000013