Метод защиты от нелегального копирования в цифровых видеотрансляциях через внедрение водяных знаков при расшифровании

№7 ПРИЛОЖЕНИЕ Сентябрь 2014

Секция 4

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СТЕГАНОГРАФИИ

УДК 519.6

МЕТОД ЗАЩИТЫ ОТ НЕЛЕГАЛЬНОГО КОПИРОВАНИЯ В ЦИФРОВЫХ ВИДЕОТРАНСЛЯЦИЯХ ЧЕРЕЗ ВНЕДРЕНИЕ ВОДЯНЫХ ЗНАКОВ ПРИ РАСШИФРОВАНИИ

В. А. Анжин

Предложен метод защиты передаваемого в рамках цифровой видеотрансляции материала от копирования, в котором цифровые водяные знаки, идентифицирующие клиента, внедряются в видеоматериал на этапе его расшифрования клиентом. В основе метода лежит использование поточного шифра, позволяющего для заданного ключа зашифрования и набора позиций компонент защищаемого материала строить такой ключ расшифрования, при расшифровании на котором значения на предварительно указанных позициях инвертируются относительно их значений в исходном открытом тексте, а на всех остальных компонентах остаются совпадающими с соответствующими значениями в исходном открытом тексте.

Ключевые слова: защита от копирования, видеотрансляция, цифровые водяные знаки.

В наши дни абсолютное большинство информации хранится, передаётся и обрабатывается в цифровой форме. Это даёт возможность унифицировать часть этапов работы с данными, но вместе с тем порождает вопросы защиты авторских прав. Наиболее остро проблемы защиты от неограниченного нелегального копирования встали перед производителями произведений искусства, распространяемых в цифровой форме. В их числе, среди прочих, находятся и поставщики цифрового видео.

Поставщик видеоматериала может устанавливать получателям правила доступа к распространяемым данным. Они могут быть разными, но первичным является запрет на самостоятельное перераспространение полученного материала легальными клиентами. Кроме того, необходимо ограничение возможности доступа сторонних лиц к каналам связи между сервером распространения и клиентами. Для этого применяют шифрование распространяемых данных.

Основным подходом к решению проблемы нелегального копирования является юридическое ограничение такой возможности и добавление в каждую распространяемую копию скрытого идентификатора, позволяющего однозначно определить источник утечки. Такой скрытый идентификатор называют цифровым водяным знаком. Встраивание водяных знаков может осуществляться на различных этапах видеокодирования [1], в том числе и в закодированное видео.

При распространении цифрового видео возможно использование различных подходов к внедрению водяных знаков:

— использование доверенного декодера [2], работающего на стороне клиента. Водяной знак встраивается после декодирования цифрового видео до его передачи пользователю;

— предварительная подготовка множества копий с внедрёнными водяными знаками;

— внедрение водяного знака на этапе передачи.

Другим подходом, исследуемым в данной работе, является использование криптосистемы, позволяющей для данного ключа зашифрования и набора некоторых компонент цифрового видео, индивидуальных для каждого клиента, строить такой ключ расшифрования, при расшифровании на котором значения этих компонент инвертируются относительно их значений в исходном открытом тексте, а значения всех остальных его компонент сохраняются совпадающими с их значениями в исходном открытом тексте. Номера инвертируемых компонент выбираются такими, что изменение значений этих компонент не приводит к заметному искажению видеоматериала.

Для каждого из клиентов подготавливается уникальный ключ расшифрования, известный только производителю видеоматериала. Передаваемая мультимедиа информация единожды шифруется и доставляется конкретному потребителю вместе с программой расшифрования по «зашитому» в ней ключу расшифрования, сгенерированному для этого клиента. Клиент осуществляет расшифрование полученного шифртек-ста, в процессе которого в материал автоматически вносятся изменения, идентифицирующие получателя.

Требуемые шифрование и расшифрование можно выполнить, например, на базе поточного шифра с фильтрующим генератором ключевого потока.

Ключом в нём является тройка (Fi(x), F2(x), iv), где F1(x) —фильтрующая функция; F2(x) —используемый в регистре с линейной обратной связью (LFSR) полином; iv — начальное заполнение (состояние) регистра.

Процедура построения ключа расшифрования (F{ (x), F'2 (x), iv1) для данного ключа зашифрования (Fi(x), F2(x), iv) и позиции k, при расшифровании на котором получится изменённый в k-й позиции открытый текст, может выглядеть следующим образом:

1) Отсчитываем k первых тактов работы LFSR, изначально заполненного iv, с полиномом обратной связи F2(x).

2) Фиксируем в LFSR текущее состояние a = a1a2 ... an и образуем моном xa = = xai x“2 ... x“n. Здесь n — длина регистра.

3) F2(x) = F2(x), iv' = iv, F1 (x) = F1(x) + xa.

Для обоснования работоспособности метода осуществлена его практическая реализация для формата видеокодирования MPEG-2 Video. Для внедрения водяных знаков в закодированное в этом формате видео использован метод «Low Complexity Watermarks for MPEG Compressed Video» из [3].

ЛИТЕРАТУРА

1. Mistry D. Comparison of digital water marking methods // Int. J. Comp. Sci. Engin. 2010.

V. 2. No. 9. P. 2905-2909.

2. Wang P. Tamper Resistance for Software Protection. A Thesis for the Degree of Master of

Science. Information and Communications University, Daejeon, Korea, 2005.

3. Langelaar G. C. Real-time Watermarking Techniques for Compressed Video Data. Delft: Delft

University of Technology, 2000. 155 p.