INTERNET
インターネット最新テクノロジー：第13 回

電子的な サイン をデジタルコンテンツの知的所有権を守るコンテンツに埋め込む

電子透かし

画家は自分の描いた絵に、必ずサインを入れる。そのサインがあるかないかで絵の価格が上下する。同じようにホームページに掲げた画像も独創性に優れた作品には、その価値が認められている。そこで、電子的に作品の上インターネットでは画像や音声、文書とさまざまなコンテンツがやり取りされているが、にサインを入れたとする。油絵の上の物理的デジタルコンテンツは簡単に複製できるので、ときには大量にコピーが出回ることもある。

なサインとは異なって、メモリー上のデジタルこのようなコピーされたコンテンツの出所を明確にする技術として注目されているのが、サインを削除するのは簡単だ。しかも、原画

電子透かし だ。電子透かしは配布するコンテンツに著作者自らが他人に分からないよを傷めることもない。それでは何の役にも立うに「サイン」を埋め込む技術であり、実現に向けてさまざまな提案がなされている。今回は、電子透かしの技術の仕組みと、そのさまざまな用途について解説する。

松井 甲子雄たない。
そこで、サインをコンテンツの中に埋め込んでおくことを考えてみる。サインが画面上に防衛大学校情報工学教室

いつも表示されていると、ユーザーには見苦しく、ヤボッタイ感覚を与えるので、こっそりと絵の中に作者の名前や記号をビットに分けて忍ばせておく。一見しただけではメディアのどの部分にどのような形でサインが埋め込まれているのか、第三者には分からない。しかし、ユーザーがそのコンテンツを著作者に断りなく悪用していると認められるときには、法的手続きをとるとともに、その証拠としてこの電子透かしを違法コピーから抽出してみせ

著作権保護のための新技術

く、大量のコピーがネット上は元より、市場るのだ。これが著作権侵害の最も確かな決めにさえも勝手に出回ることになる。

手になる。

インターネットの急速な普及拡大により、このとき、著作者の努力と知的所有権を誰このように、近い将来にマルチメディアの作マルチメディア環境が著しく変化している。イが守ってくれるのだろうか。それは、唯一者は誰でも、この電子透かしの技術をマスタンターネット上では、加入者は誰でもマルチ著作権という法律の力である。これまでーしてそれぞれ独自の方法で自己の作品にサメディアの発信者になり、受信者になり、中情報を発信する機会の少なかった人々にも、インを埋め込んだ後に公開することが常識に継者になれる。言い換えれば、これはマルチ自作品のコピー行為に対して被害者意識がめなるだろう。なぜなら、インターネットの世界メディアの創造者でもあり、ユーザーでもあばえてきた。同時にまた、他人の創意工夫もで自分を守るのは、自分しかいないからだ。

り、著作者でもあるわけだ。

簡単に無断借用する機会が増し、お互いに自何千万人に及ぶネット上のユーザーに情報覚せぬままに、被害者である一方で加害者にを発信して、注目を集めて自己主張するためもなっているのだ。このようなマルチメディアには、他人より優れた魅力的な創意あふれる社会においては、クリエーターもユーザーも、インターネット上をかけめぐる情報の量は、ホームページを作り、ソフトウェアプロダクト仲良く、礼儀正しく、違法行為のない豊かな莫大なものである。したがって、効率よくデを展示し、コンテンツを備蓄することだろう。

コミュニケーションを確立できるように、技術ータを圧縮して送受信するのが常識だ。それ

世の中は、独創性があって利用価値の高い便のバックアップが必要になる。その1つが「電でも、画像データには冗長度が残っている。

利なものほど、注目を集めてすぐに模倣の対子透かし」という著作権保護のための新技術

この画像情報の冗長度を巧みに利用して電子象になる。そして、悪意のあるなしに関係ななのだ。

透かしを仕込むのである。

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その基本は、画像を構成している画素単位像を元に戻すと図 2 となる。この結果は人々化の歪みが発生する。そこで、この歪みに見に透かし情報を埋め込むことである。しかし、に何の不都合も与えない。これが最もシンプせかけて密かに透かし情報を埋め込むのであ

この工作を施すと、どうしてもマルチメディアルな透かしの入れ方である。しかし、この差る。その方法は、量子化器から出力された値の品質を劣化させてしまう。したがって、画し替えのビットプレーンを上位ビットにするとΔ質と透かしの秘匿性とは互いにトレードオフ（図3）、画像はノイズに汚されてくる（図4）。

である。透かしビットが 0の関係になりがちである。そこで、電子透かまた、この方法にはほとんど秘匿性がないこ直近の偶数に変えて、逆に 1しの埋め込みには、次に挙げるようなことをとにもお気付きだろう。これでは落第発明なを奇数に変更すればよい。ほかの方法として、実現してもらいたい。のである。

図5 の離散コサイン変換（DCT）という方法

そこで登場するのが、暗号でおなじみのの出力部分（すなわち周波数領域）の要素（1）透かし情報はコンテンツ自身に埋め込む「鍵」という技術だ。画素単位に埋め込み位を、透かしビットの値で置き換えてしまう提ようにする。ヘッダー部や特定の空き領域で置を鍵で指定するものや、ビットプレーンの案もある。この際、秘匿性を向上させるためはすぐに発見されてしまう。

一部を鍵系列でランダムに抽出して、その上に、埋め込み場所を鍵で指定することが多い（2）透かし情報が圧縮や編集、切り抜きなどに透かしビットを埋め込むものなどの多様なようだ。の処理で消失されないように入れる。また、バリエーションが提案されている（参考文献

いずれにしても、原画像が持っていた周波伝送途中のノイズにも耐えられるようにする。

1）。しかし、これらに共通する弱点は、輝度数成分を極端に変更しない限り、復号画像の（3）改ざんや消去などの悪意のある攻撃にも情報はデータ圧縮により著しく削減されるた

画質に与える影響はほとんどない。

耐えられるように秘匿することが重要になる。

め、同時に透かしビットが失われてしまうこ

また、消されても痕跡が残るように仕掛けをとである。したがって、このような環境にあ作っておく。

る画像データには、画素空間を周波数空間に（4）透かしを施すアルゴリズムは簡単で強い変換して、透かしを周波数データ上に埋め込ものがいい。

むのが得策だ。

を、透かしビットに従って制御するもの
なら、 Δをなら、 Δ画像データの冗長な部分に透かしデータを置く
一方、画像を高速フーリエ変換（FFT）とたとえば、カラーの静止画像を送信するという方法にかけると実数部と虚数部からなる式の透かし方式が欲しい。

きに用いるJPEGのアルゴリズムは、図5のよ周波数成分が得られる。この虚数領域の特定（6）その上、欲を言うなら原画と同じレベルうになっている。画像を圧縮するときに量子座標の成分を透かしビットで置き換えると画（5）コンテンツの仕様に左右されない共通形の画質を保持できるようにしてほしい。

これらの条件をすべて満たす方法は、いま

図 1 ビットプレーン「2」と透かしを差し換えだ提案されていないというのが正直なところだ。それではどんな方法がこれまでに考えられているか、次にまとめてみよう。
差し替え

暗号で使われる

7
6
5
43
2
10

透かし

図 2 ビットプレーン「2」を差し換えた画像「鍵」の技術を利用
コンピュータ画面上の画像データは、画素

図 4 ビットプレーン「6」を差し換えた画像

図 3 ビットプレーン「6」と透かしを差し換えから構成されている。画素の明るさは 輝度情報という。256 階調の濃淡画像では、8枚のビットプレーン（1 ドットが0 か1 で表さ差し替えれる平面）で明るさを表現している。256 階

透かし調の画像があるとする。その画像のビットプ

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レーンの下位の1 枚を、透かし記号のビット首から下に透かしが見えるプレーンで置き替える（図1）。置き換えた画D

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ずかに平均 0.5 画素分だから、誤差の累積は符号器心配には及ばない。
入力画像

DCT

量子化

エントロピー
符号化

圧縮データ

テーブル

ヘッダー情報このように、画像データには冗長度が多いので、著作権侵害の立証に役立てる程度の透かテーブル

しデータは随所に埋め込める。ただし、2値画転送部
（電送部）

テーブル

像には若干の工夫が必要になる（参考文献2）
。
復号語

復号画像

IDCT

逆量子化

エントロピー
復号化

テーブル

テーブル

ヘッダー情報

テーブル

圧縮データ

音声に埋め込む場合も画像と同じ
一方、音楽ソフトもインターネット上では利用価値が高い。この著作権保護のためにも電子透かしを利用できる。

図 5 JPEGの概要

音楽ソフトでは、高音質の保持が生命線な像の位相が変化する。人の目には位相の検出ので、下手に透かしを押し込むとすぐにノイが苦手なので、この方法も透かしのテクニッズを感知されてしまう。そこで、どうしてもクに利用できる。その一例を図 6 に示す。ど特定の仕込み方法が必要になる。一般には、こに透かしが入っているかお分かりだろうか。

強い音の直前の数 10ミリ秒および直後の100

このように画像を変換して、周波数領域でミリ秒程度までにある微弱な音は、強い音に透かしを埋め込むと、逆変換したときに、復かき消されてしまう。人間のこの聴覚特性を号画像全域に透かし情報が分散される。した利用して透かしを入れられる。これが音波のがって、画像の切り抜きや圧縮、ノイズなど振幅レベルに埋め込む常套手段だ。さらに、に対して透かし信号が消滅することなく残っ画像と同様にFFT やDCT をかけて、周波数てくれる。これで大変に強い透かしが得られレベルで透かしを埋め込む方法も提案されてる。しかし、画素領域で透かしを埋め込むのいる。そのアイデアの多くは画像のアナロジーと違い、手数がかかって高速処理には不向きによるもので、目新らしさはない。最近、私だ。DCT やFFT のほかにもさまざまな方法がたちの研究室ではスペクトラム拡散とDCTを提案されているが、秘匿度を高めようとする

組み合わせて、埋め込み音質70dB 程度を確と、必然的に埋め込み計算量が急増する傾向保できる新しい方法を開発した（参考文献がある。 帯に短しタスキに長し だ。

3）。これは、音楽CDに最適で、秘匿性の確

最 近 話 題 の多 い動 画 像 の符 号 化 方 式
MPEG実な手法だろうと期待している。にも、透かしを簡単に埋め込める。

たとえば、MPEG2 の符号化器の処理の流れ

文書への埋め込みは検討中を表したのが図7 だ。この主要部はDCT であり、JPEG と同じ働きをしている。したがっまた、電子文書への透かしの埋め込みにつて、前述のとおりに透かしを埋め込める。さいても、いろいろと検討されている。しかし、らに、MPEG独特の符号化法の1つに「動きインターネット上では文書は圧縮スタイルでベクトル」を予測する方法がある。図 7（b）

送受信されることや、文字情報そのものに冗に示すように、あらかじめ予測領域を2 つの長性がないことから、一般的なアプローチは種類（ ○まだ提案されていない。ネット上のデータの保と × ）に分けておく。
によりベクト

全は、暗号に頼るのが最善だと思う。問題は、

ル方向を○か×に振り分けると、簡単に透か受信者がその暗号文を復号したあとに、無断し情報を埋め込んでしまう。○と×の差はわ

でコピーされたり、または覗かれたりすること透かしビットの 0

図6 電子透かしが入っているが目に見えないJPEG 画像と 1

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だ。この分野は暗号の世界に近く、 透かし（a）符号化器（b）動きベクトルにはなじまないところだ。現在までのところ

符号化制御

マクロブロックタイプz

AC係数にすかしを入れる

は、電子文書に対してはほとんど手の打ちよ（A＋B）//2

量子化特性指定情報うがないというのが実情だ。

image入力−

DCT

量子変換係数量子化×××（A＋B＋C＋D）//4
逆量子化

双方向動き補償用
画像メモリー

逆DCT

マルチメディアに密かに埋め込む電子透か●

しにも、その利用の仕方により、多様な目的●を果たすことができそうだ。

●

予測メモリー1
平均●＋権情報の記録がある。この場合、埋め込んだ

平均：内挿的予測に使用

著作者だけが復号できれば十分であって、ユ×（B＋D）//2

○C

×

○D

フィールド構造あり予測メモリー2

動きベクトル●

まず、電子透かしの本来の目的である著作○ByフィールドDCTありさまざまな用途が考えられる○A○

整数画像精度×0.5画素精度//

整数の範囲で除算

すかし情報で動きベクトルを制御する

図 7 MPEG2の概要ーザーに復号できる必要はない。しかも、透かし情報の量は証明に役立つだけで十分なのれる。
「著作権保護に値するものは何か」とで、少量で済む。ただし、画像の部分的な切か、「どこまで保護すべきか」など、研究が進り抜きにも耐えられるように、一様に埋め込展するに従って豊かで公正なネット文化を育むことが大切だ。

むために考えなければならない問題だ。
最後に、電子透かしの起源について触れて次に、画像の配布先を透かし情報に含めると、購入者情報が追跡できる。違法コピーのみたい。電子透かしを英訳するとルーツをその情報から追求できて、積極的にwatermark だが、外国では steganography、digital著作権侵害に対応するシステムを構築できるまたは略して stego とも言う。この単語はcovered writing の意味で、 secret writingだろう。

を意味する cryptography（暗号） と対にな

第三に、インターネット上に公開されたコる言葉である。

ンテンツが、どのようなIP アドレスを経由して、どのパソコンのメモリー上にあるのかを知ところが、この難しい steganography

りたいときに、IP アドレスの履歴を、透かしという文字は欧米の諜報機関などで使用され信号の形式でコンテンツに逐次記録するシスていたので、民間ではほとんど使用されず、主テム構成が検討されている。これにはネットにワークプロトコルの複雑な問題がからんでいてたように思われるふしがある。これがデジタル容易ではないが、近い将来の電子透かしの応時代の著作権保護競争に徴用されて電子透用分野となることは間違いない。これは デかしに生まれ変わったとも考えられる。だか

ジタル指紋ら、 cryptographyの一種だ。

data hidingなどの用語を代用していが見える暗号であるのに対して、 steganography

第四に、「オリジナルコンテンツには必ずや暗号違法コピーがつきまとうだろう」と考えて、コは 見えないとでも称すべきものだろう。

ピープロテクトを透かしの形式で当初から組電子透かしの親分は一体何に使われているみ込んでおこうとする積極策である。この方のか、あとは読者の想像におまかせしたい。

法が実現すると、デジタル形式のコピー機では、ほとんどすべてのコピーが排除されてしま参考文献うことになる。著作権の保護の立場からすれ（1）松井甲子雄：『電子透かし』（O plus E、1997）

ば当然のように見えるが、文化の発展の観点（2）松井甲子雄：『絵に秘める暗号の科学』（コロナ社、1994）

からすると、いささか問題が多いように思わ『音楽ソフトへの電子透かしの一方式』（SCIS、1998）（3）岩切宗利、松井甲子雄：`

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