李維仙

（廊坊師范學院，河北 廊坊 065000）

1 多類數(shù)字水印

1.1 多類數(shù)字水印定義

已有的針對數(shù)字水印技術的研究，無論是橫向研究還是縱向探悉，都是針對一種類型的數(shù)字水印。多類水印似乎是一個比較陌生的名詞，其實以前已經涉及過此概念，只是沒有把各類水印聯(lián)系在一起并應用于一個數(shù)字作品中。

在定義多類數(shù)字水印之前，首先對在多類數(shù)字水印體系下的數(shù)字水印體系進行分析。數(shù)字水印體系是把有確切內涵的信息隱藏在一個有足夠容量空間的數(shù)字載體上，并且隱藏的載體可以跨平臺，在不同時間傳播，經過各種狀態(tài)，又可以進行關聯(lián)性嵌入和提取，最終保證載體信息的完整性、準確性及關聯(lián)路徑的傳播追蹤。由此而知，數(shù)字水印的整個體系可以作為一種傳遞版權信息以及跟蹤傳播痕跡來證明版權歸屬的過程。在這一過程中，水印信息有評價、追溯、檢查、監(jiān)督和深入剖析的價值。

經過分析研究，多類數(shù)字水印可以這樣定義：幾種不同體系或目的、不同組織的數(shù)字水印共同“寄生”在同一個數(shù)字作品中，都以此數(shù)字作品為自己生存的土壤，互相之間是分立的，但各自在傳播過程中又具有一定的關聯(lián)性。這種多類體系混合的數(shù)字水印之間是分立的，或稱之為相互博弈的，但在同一個數(shù)字水印體系內部是遵循一定規(guī)則的，各個環(huán)節(jié)在時間和空間上具有相互關聯(lián)性，并且要具有抵抗其他體系數(shù)字水印攻擊的特性，這樣的數(shù)字水印體系稱為具有“免疫”的功能體系。

2-3類或更多類的數(shù)字水印共同寄生在一個文件實體下，這不但要求文件系統(tǒng)必須提供這種機制，使文件能夠提供充足的空間和“養(yǎng)分”來存活幾種不同的寄生體，還要求這種體系下的數(shù)字水印嵌入算法必須具有足夠的魯棒性、冗余性和關聯(lián)性，不但能容忍或抵抗其他類數(shù)字水印的干擾和攻擊，而且在必要時能提供攻擊敵方體系水印的功能。

1.2 多類數(shù)字水印技術規(guī)范

迄今為止，信息安全的手段有加密術、掩密術、掩密信道以及文件系統(tǒng)的隱藏分區(qū)和安全區(qū)等，這些安全機制都是一種獨立的體系，遵循一種獨立的規(guī)范。而多類數(shù)字水印則是多種規(guī)范、多種體系的融合，使幾種孑然不同的類型同步進行。所以多類數(shù)字水印技術的技術規(guī)范也是廣義的、抽象的、更高層次的理論規(guī)范體系。

多類數(shù)字水印技術的規(guī)范體系分為以下幾個方面。

（1）可移植性。可用于多種操作系統(tǒng)，只要這種操作系統(tǒng)中提供支持數(shù)字水印技術的土壤，數(shù)字水印即可隨水印作品一起移植并成活。

（2）共存性。多類數(shù)字水印的共存性，不同種類的水印寄生在一個文件實體中，但不影響文件實體的可用性。

（3）分立性。寄生在同一文件下的多類數(shù)字水印是相互分立的，并且在一定情況下不一定都是協(xié)同的。

（4）獨立性。存在于同一文件實體下的各類數(shù)字水印之間是相互獨立的，但在水印作品的傳播過程中仍能保持關聯(lián)性。

（5）多類數(shù)字水印的分立性和關聯(lián)性相互制約，構成具有“免疫”功能的數(shù)字水印系統(tǒng)。

（6）關聯(lián)性。多類數(shù)字水印在傳播過程中的關聯(lián)特性，為數(shù)字作品提供了動態(tài)的數(shù)字版權保護技術，它們還應該遵循動態(tài)數(shù)字版權管理（WOLF?D2RM）規(guī)范。

（7）冗余性。能容忍其他類數(shù)字水印的攻擊和破壞，在需要時能夠提取足夠的水印信息來證明版權歸屬和關聯(lián)特性。

（8）必須遵循數(shù)字水印的分類規(guī)范。數(shù)字水印分類的標準不一定是統(tǒng)一的，只要能在傳播過程中始終遵循統(tǒng)一規(guī)范或同一目的體系都可以成為一類數(shù)字水印。例如，作者、出版商和攻擊者分別代表三個相互博弈的組織，根據(jù)各自目的不同，他們分別在數(shù)字作品中嵌入遵循自己體系規(guī)范的數(shù)字水印，并且在傳播過程中始終遵循這個規(guī)范，也就是說數(shù)字作品中同時存在三類數(shù)字水印。多類數(shù)字水印的傳播過程如圖1所示。

圖1 多類數(shù)字水印傳播模擬圖

在圖1中，A、B、C代表不同類型的數(shù)字水印，A A1…An，B B1…Bn，C C1…Cn分別代表不同類型的數(shù)字水印傳播過程中的不同節(jié)點。這三類數(shù)字水印共同存在于一個數(shù)字作品中，相互之間是分立的，但又不是完全獨立的，他們相互之間可能存在攻擊或竊取行為，圖中雙線則表示這種不同類別數(shù)字水印間的這種聯(lián)系。

另外，三種或更多種類型的數(shù)字水印的嵌入順序也是不同的，也就是說肯定有一類水印信息是最先嵌入的。然后，在載體作品的傳播過程中，不同的組織，出于不同的目的，在已知或未知載體作品已有水印存在的情況下，再次嵌入水印信息，圖1只是三類水印并存時的關聯(lián)性模擬。

2 開放式數(shù)字版權管理（ODRM）

2.1 數(shù)字版權管理（DRM）

數(shù)字版權管理（Digital Rights Management）是一個數(shù)字作品版權管理的綜合系統(tǒng)，它由一系列的技術、工具、流程和處理方法組成，是一個跨越眾多領域的綜合管理系統(tǒng)。它的主要目的是保護數(shù)字作品內容，維護版權所有者和用戶的合法權益。一個DRM方案，其主要功能包括防止非法用戶的攻擊，防止合法用戶的非法拷貝。前一點對DRM方案比較容易解決，然而后面的功能卻很難實現(xiàn)。因為既然用戶已經能夠使用作品，那么他肯定有破解作品內容所需的資源。所以一般DRM需要尋找一種安全機制，來限制用戶直接操縱作品原始內容。

2.2 開放式數(shù)字版權管理（ODRM）

數(shù)字版權管理（DRM）的一個必要條件是許可證與用戶使用的硬件環(huán)境綁定。也就是說合法用戶也不能對數(shù)字文件進行非法拷貝、傳播，因為拷貝后的文件是經過加密的，離開它認證的機器，它就沒有對應的鑰匙了。并且授權用戶不能將自己的許可證提供給他人使用。這樣的DRM我們稱之為靜態(tài)的數(shù)字版權保護。

保護不是版權管理的目的，目的在于“合理使用”。DRM不是為了阻止數(shù)字文件的傳輸和傳播，而是為了保證使用者的合法權益。開放式數(shù)字版權管理ODRM（Open Digital Rights Management）是指對在不同網(wǎng)絡體系中傳播的數(shù)字作品進行動態(tài)數(shù)字版權管理D2RM（Dynamic Digital Rights Management），通過彈性傳播追蹤和干擾來取代限制，使數(shù)字作品能夠以開放的形式在開放的網(wǎng)絡中進行傳播。數(shù)字水印技術是實現(xiàn)開放式數(shù)字版權管理（ODRM）的關鍵技術。開放式數(shù)字版權管理（Open Digital Rights Management）是一個數(shù)字作品版權管理的綜合系統(tǒng)，它除了具有DRM的功能外，還能為用戶提供更便捷、更人性化的服務。它是一個跨越眾多領域的綜合管理系統(tǒng)，主要是通過關聯(lián)性數(shù)字水印來跟蹤作品的傳播痕跡，阻止合法用戶對作品的非法使用。

在開放式數(shù)字版權管理系統(tǒng)中，不但數(shù)字作品可以脫離硬件的綁定而正常使用，用戶還對數(shù)字作品有一定的轉借權限（可以進行有限次數(shù)的轉借），因為在現(xiàn)實生活中，書籍借閱是一件非常普遍的事情。轉借是為用戶考慮，使他們能夠非常靈活地使用購買的數(shù)字作品。

實現(xiàn)這些功能的主要機制是在數(shù)字作品中嵌入一種可視或不可視的數(shù)字水印，不管是可視的還是不可視的，都不影響數(shù)字作品的使用，例如書籍的閱讀。這些數(shù)字水印最大的特點是要具有關聯(lián)性，它不但可以實現(xiàn)版權標識功能、而且可以利用關聯(lián)性特征來實現(xiàn)痕跡追蹤的功能。其中，數(shù)字水印關聯(lián)性是開放式數(shù)字版權保護（ODRM）的關鍵技術因素。

3 ODRM的實現(xiàn)方案

3.1 ODRM的實現(xiàn)方案分析

ODRM版權保護方案不是僅從安全的角度出發(fā)來設計DRM系統(tǒng)，而是從商業(yè)模式、傳輸模式以及安全模式三個角度來綜合考慮。因此，ODRM是一個完善的、綜合的數(shù)字版權保護系統(tǒng)，它實現(xiàn)方案必須滿足以下要求：

（1）支持靈活的商業(yè)模式，包括支持多個業(yè)務提供商和多個使用者；

（2）支持多種作品的轉借模式；

（3）支持多種內容格式和應用；

（4）支持多內容的分發(fā)方式；

（5）版權信息和要求可擴展；

（6）基于可靠和成熟的安全算法和設計；

（7）可控制的成本，包括可控的使用時間和次數(shù)等。

成功的ODRM系統(tǒng)應該是基于讀者、作者、出版商、發(fā)行商等方方面面的權益，不僅要在閱讀的顯示、管理、操作等功能方面滿足讀者，還要在版權保護、運營服務等方面有十分安全可靠的保證系統(tǒng)。

3.2 ODRM實現(xiàn)的具體過程

ODRM的具體實現(xiàn)過程分為數(shù)字作品制作階段、出版階段、發(fā)行階段、傳輸階段和用戶的瀏覽階段，如圖2所示。

圖2 ODRM的具體實現(xiàn)流程

數(shù)字作品制作階段：數(shù)字作品在制作時就應該加上基于版權的信息。例如書籍在開始創(chuàng)作時就應該加入作者本人的信息。這種信息可以通過嵌入metadata來描述，也可以通過嵌入數(shù)字水印信息來描述，原創(chuàng)記錄應該以不可見的隱見方式嵌入。

數(shù)字作品出版階段：作為數(shù)字作品的出版商，應該有強大的技術手段來保護數(shù)字作品的版權信息。數(shù)字水?。―igital Watermark）是目前最普遍的數(shù)字版權技術。數(shù)字水印可以把出版商的相關信息嵌入，當然，必要時采用不可察覺的數(shù)字水印。

數(shù)字作品發(fā)行階段：以嵌入數(shù)字指紋的方式來跟蹤和驗證發(fā)行渠道。通過數(shù)字水印的關聯(lián)性，可以識別商業(yè)性的非法拷貝，以及消費者個人的非法復制。

數(shù)字作品傳輸階段：對單向的傳輸采取加密方式和數(shù)字水印方式相結合的方案保護版權，這是面向最終用戶的。用戶下載后可以進行解密，這時，加密方式已經破解，但數(shù)字水印仍然存在。

數(shù)字作品瀏覽階段：用戶可以通過各種付費方式瀏覽數(shù)字作品，也可以方便地復制和在權利范圍內轉借數(shù)字作品。這時，數(shù)字水印關聯(lián)性安全機制會自動記錄其傳播渠道。

總而言之，ODRM方案突破了原來只用加密方法的單一的安全保護機制，它充分考慮了消費者的權益，通過多類數(shù)字水印關聯(lián)性的技術提供了一種更加安全、便捷和人性化的服務，以實現(xiàn)消費者的個性化需求。

3.3 網(wǎng)絡出版和發(fā)行后傳播流程的跟蹤識別

網(wǎng)絡出版和發(fā)行后，數(shù)字作品在傳播流程的跟蹤識別是通過數(shù)字水印信息的關聯(lián)性來實現(xiàn)的。發(fā)行商在其要發(fā)售的拷貝中嵌入與用戶有關的不同的數(shù)字指紋（即銷售標記水?。瑢τ谟脩魜碚f這些數(shù)字指紋是唯一的。這些指紋是通過一種抗合謀攻擊的隨機二進制編碼數(shù)字指紋編碼算法嵌入的，通過這個算法能從發(fā)行商跟蹤到用戶。

數(shù)字作品在用戶購買以后仍然可以繼續(xù)傳播，例如轉借或拷貝等，這時用戶可以根據(jù)數(shù)字水印關聯(lián)性模型及其概率算法進行數(shù)字水印的嵌入和數(shù)字作品的跟蹤識別。［1］

4 檢測分析

為了檢測以上采用數(shù)字水印技術進行網(wǎng)絡出版和交易方案的可行性，分別對文本作品和圖像作品嵌入三重水印，即作品創(chuàng)作者嵌入創(chuàng)作標志水印，出版商嵌入發(fā)行標記水印，出售作品的一個拷貝時，媒體發(fā)行者或出版商嵌入的銷售標記水印。

4.1 文本作品的檢測

通過對文本作品分別嵌入創(chuàng)作標記水?。╪ankaiy1）、發(fā)行標記水?。╯afelaby2）和銷售標記水?。╳atermarky3），并且模擬網(wǎng)絡出版和交易過程，然后再提取水印信息，可以檢測文本作品版權和銷售紀錄。為此設計了如下的界面環(huán)境，圖3是文本作品一次、兩次、三次嵌入水印的界面。

圖3 文本作品三次嵌入水印信息的界面

通過網(wǎng)絡傳播，當發(fā)生版權糾紛時，可以提取數(shù)字水印信息進行證明版權或傳播追蹤。圖4是提取水印信息的界面。

圖4 提取水印的界面

4.2 圖像作品的檢測

對圖像作品進行驗證，對圖像作品分別嵌入創(chuàng)作標記水印、發(fā)行標記水印和銷售標記水印，模擬網(wǎng)絡出版和交易的過程，然后再提取水印信息，檢測圖像作品版權和銷售紀錄。圖5是原始作品和幾次水印嵌入后的水印作品。

圖5 原始作品和水印作品

通過以上檢測可以證明，在水印嵌入、提取和檢測都遵循上述方案的情況下進行網(wǎng)絡出版和電子交易，完全可以通過數(shù)字水印技術保護作者、出版商、發(fā)行商、用戶等各方的利益，并且能在網(wǎng)絡出版和交易的各個環(huán)節(jié)保護數(shù)字作品版權。

5 結語

隨著計算機網(wǎng)絡的普及，越來越多的作品與信息以數(shù)字文件的形式在網(wǎng)絡媒體中傳播，因此，對于這些作品在傳播中的數(shù)字版權管理（D2RM）、追蹤、安全驗證和版權保護迫在眉睫。數(shù)字水印是一種能夠解決上述問題的信息安全技術，但是這方面還有很多基礎性的概念問題不夠清楚。

針對上述問題，本文首先對多類數(shù)字水印體系和關聯(lián)性進行了探究，定義了多類數(shù)字水印技術規(guī)范，并在此基礎上研究了數(shù)字版權管理技術，提出了動態(tài)數(shù)字版權管理（WOLF?D2RM）的概念和在實施應用中的試驗方案。最后，把WOLF?D2RM方案應用到南開津科的eBook中，實現(xiàn)了一個完全開放授權、更安全、更便捷的動態(tài)數(shù)字版權管理系統(tǒng)，以此來對數(shù)字作品進行版權保護和傳播追蹤。這是對數(shù)字水印概念和數(shù)字版權管理（DRM）技術的雙重擴充，將會成為數(shù)字水印技術前沿的新導向。