数字指纹的编码技术研究

数宁指纹的编码技术耐琵　程格平　（湖北文理学院数学与计算机科学学院，湖北襄阳４４１０５３）　摘要：指纹编码技术对数字指纹系统起着非常重要的作用，是发行商能否正确跟踪盗版用户的关键因素，也是数字指　纹系统最重要的组成部分。在指纹技术的发展过程中，出现了一些比较典型的编码方案。针对几种典型的指纹编码方案，　对这些研究成果进行归纳，讨论了指纹编码技术的设计思想及其具体实现，最后进行了总结和展望。　关键词：数字指纹；指纹编码；版权保护　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｎ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ　Ｅｎｃｏｄｉｎｇ　ＣＨＥＮＧ　Ｇｅ－－ｐｉｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　ＭａｔｈｅｍａｔｌＣａ／ａｎｄ　Ｃｏｍｐｕ［ｅｒ．．．ｑＣｌ￣ＡＣｅＳ，Ｈｕｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｒｔｓ　ａｎｄ　ＳＣｌｅｌＴｏｅ，）（／ａｎｇｙａｎｇ，Ｈｕｂｅｉ　４４１０５３，Ｏｈ／ｈａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｎｃｏｄｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ　ｈａｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｔｏ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｆａｃｔｏｒ　ｗｈｅｔｈｅｒ　ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ　ｃａｎ　ｔｒａｃｋ　ｔｈｅ　ｐｉｒａｔｅｓ　ａｎｄ　ａ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｏｆ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ　ｅｎｃｏｄｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ａｉｍ　ａｔ　ｓｏｍｅ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｅｎｃｏｄｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅｓ，　ｗｅ　ｃｏｎｃｌｕｄｅ　ｔｈｅｓｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ，ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓ　ｔｈｅｉｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｄｅａ　ａｎｄ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ．Ａｔ　ｌａｓｔ　ｗｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ａ　ｓｕｍｍａｒｙ　ａｎｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｎ　ｔｈｉｓ　ｔｏｐｉｃ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｄｉｇｉｔａｌ　ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ；ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ　ｅｎｃｏｄｉｎｇ；ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　Ｏ引言　数字指纹是一种用于盗版追踪，对数字化产品内　容提供保护的一种新兴技术…。数字指纹是指发行商　在其出售的数字产品拷贝中嵌入与购买者身份相关的　信息，当发现盗版的数字作品后，发行商通过检测嵌　入的指纹信号来识别盗版作品的原始购买者　并对盗　版者进行指控　从而达到版权保护的目的。对于数字　指纹系统来说，数字指纹编码是一个很重要的环节，　发行商对用户指纹进行编码，以抵抗非法用户的共谋　工芟击。　１指纹编码的设计思想　在数字指纹系统中，共谋攻击是对数字指纹最有　效的攻击方式，也是盗版用户针对数字指纹系统的主　要攻击方式怛　抗共谋攻击能力是数字指纹系统的一　个重要性能指标　因此指纹编码要充分考虑生成指纹　码字的抗共谋能力。　指纹编码方案的设计思想是在～定的假设条件下　将用户的相关信息进行编码　生成具有一定规律性和　相关性码字的过程　。指纹编码的实质是设计的指纹　码字之间具有一定的汉明距离（码距）　在受到共谋　攻击后仍能区别于其他指纹码字。　２数字指纹的编码方案　为了抵抗共谋攻击．许多学者研究抗共谋指纹码　的设计与嵌入　。根据指纹的编码和调制方式，数字　指纹可划分为两大类：连续指纹和离散指纹（也可　分为正交指纹和相关性指纹）。下面讨论几种典型的　指纹编码方案。　２．１　ｃ一安全码（ＢＳ码）　基金项目：国家自然科学基金项目（６０８０３Ｉ　１　２　Ｉ２　０　１　３．０　Ｉ计鞠柏安　－ｗｗｗ　ｎｓｃｏｒｇ　２０　

■●■■—－　术　技　Ｐ　Ｕ　。　Ｍｃ术　∞　■—●■■●■■Ｉ

　２１　Ａ—　１　１］ｆ　Ａ—　ｌ　１…ｌ　ｔ　Ｉ］　Ａ　ｌ　ｌ　ｌ　Ｉ　１　１　１　ｌ】］　：　：　…　㈣１　１　１　Ｉ…１［｛　１　１　０…１　ｌ…ｌ　０　０１　｛　。　０｜Ｉ　。０　０００　ｏ。　Ｄ叶Ｉ　ｏ　Ｏ０　Ｏ０　０　０　０　０　ｊ　Ｏ（Ｌｄｎ）＝ｏ（ｃ　ｌｏｇ（Ｎ／Ｌ）ｌｏｇ（１／Ｅ））　其中经过改进的Ｃ一安全　码中的共谋用户数ｃ＝Ｏ（１ｏｇＮ）．当ｃ＝Ｏ（１ｏｇＮ）时．码长为　Ｏ（１ｏｇ　Ⅳ）。由此可见．相比于ｎ一安全码，Ｃ一安全码　的码长缩短．从而增加了方案的实用性。　２．２正交码（ＯＲＴＨ码）　正交指纹是指嵌入载体的指纹序列为正交序列．　从取值范围来说，一般分为高斯正交码和二值正交　码。　高斯正交码是连续指纹编码方案的典型代表。正　交高斯指纹是指用户指纹序列的每个元素都是服从高　斯分布的实数，且每个指纹序列之间相互正交。指纹　检测算法通过计算提取出的指纹和每个用户指纹的相　关度来估计参与共谋的用户。正交高斯指纹能够较好　地抵抗线性攻击和非线性攻击，但随着共谋用户的增　加．指纹能量在共谋攻击中会显著减少　这使得检测　器无法检测到指纹　。　对于二值正交码，其码本ｒ（ｎ，　的参数ｎ和２　分　别表示码字的个数和最小汉明距离。我们将单位矩阵　的每个数据位进行取反操作　即可得到二值正交码的　正交矩阵，其中每个码字为标准正交基。正交指纹系　统的每个用户由惟一的正交基确定，利用扩展频谱方　法嵌入到分发的每个拷贝中。在正交矩阵中　任取不　同的码字向量（行向量或列向量）组合进行逻辑与操　作，均可得到惟一的码字，从而可以准确地判断哪些　用户参与了共谋。例如　参数ｎ＝４的二值正交码码本　Ｆ（４，１）如图２所示。　ｕｓｅｒＡ　０　ｌ　１　ｌ　ｕｓｅｒＢ　１　０　Ｉ　ｌ　ｕｓｅｒＣ　１　ｉ　０　ｌ　ｕｓｅｒＤ　ｌ　１　１　Ｏ　图２二值正交码码本ｒ１（４，１）　正交码的构造比较简单，但随着用户人数的增多　指纹码的码长线性增加，存储指纹库的容量需求随之　■■■■■■■■Ｉ　¨术　技　ｐ　Ｕ　．　Ｍ　ｃ术　∞　学　■■●　ＣＯＭＰＵＴＥＲｌ　

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＿　２　ｏ　１　３　其中，　用来调节用户子码和组子码的相对能量。　越大，检测组子码的精度越高，否则，检测用户子　码的精度越高　３结语　指纹编码是数字指纹的典型特征　本文介绍了数字　指纹技术发展过程中出现的几种典型的指纹编码方案及　其具体实现方法，同时讨论了这些编码方案的优缺点和　具体应用范围。在数字指纹技术的研究领域，研究人员　已经在指纹编码方面的研究取得了一定的成果，但研究　的范围还是有一定的局限性，我＂ｆ／ｌ￣以考虑利用编码的　组合性质．设计更加有效的指纹编码方案。口　参考文献　【１】李栋，卢增祥，路海明．数字指纹编码与嵌入假设　［Ｊ］．计算机科学，２００７，３４０　ｊ）：２，２４—２２７．　［２】杨义先，钮心忻．多媒体信息伪装综论ＩＪ】．通信学　报，２００２，２５（５）：　２～５８．　【５】吕述望，王彦，刘振华．数字指纹综述［Ｊ］．中国科　学院研究生院学报，２００４，２１（０３）：２８９　２９８．　［４】刘振华，尹萍．信息隐藏技术及应用［Ｍ】．北京：科　学出版社，２００２．１　７８－１　８０．　［５】Ｗ　Ｔｒａｐｐｅ，Ｍ　Ｗｕ，ＫＪ　Ｒ　Ｌｉｕ．Ｃｏｌｌｕｓｉｏｎ～ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ　ｆｏｒ　ｍｕｌｔｉｍｅｄｌａ［Ｊ】．Ｉｎ：ＩＥＥＥ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｓｏｃｉｅｔｙ．ＩＥＥＥ　ｌｅｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ　Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，Ｓｐｅｅｃｈ，ａｎｄ　ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（ＩｇＡＳＳｐ’０２），２００２，４：５５０９－－５５１　２．　［６】Ｈｅ．Ｓ　ａｎｄ　Ｍ．Ｗｕ，Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｓｔｕｄｙ　Ｏｎ　Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ　Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ　Ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ　Ｃｏｄｅｓ［Ｊ］．ＬＥＣＴＵＥＥ　ＮＯＴＥＳ　ＩＮ　ＣＯＷＩＰ，ＵＴＥＲ，ＳＣＩＥＮＣＥ，２００５，５７ｉ　０：８４．　【７】Ｗａｎｇ，ｚ．Ｊ—ｅｔ　ａ１．，Ｇｒｏｕｐ　ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ　ｆ０ｒ　ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　ｆｏｒｅｎｓｉｃｓ［Ｊ】．ＥＵ￣ＡＳＩＰ　Ｊｏｕｒｎａｌ　０／）Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２００４。１　４（１　１）：２１　４２　２１　６２．　作者简介：程格平（ｊ　９７４　工学硕士，主要研究方向　收稿日期：２０１　２－０８—２６　），男，湖北襄阳人，讲师，　多媒体安全、数字指纹。　（上接第１９页）　５５２—５６５．　［２］ＭＡＭＢＯ　Ｍ，ＵＳＵＤＡ　Ｋ，ＯＫＡＭＯＴＯ　Ｅ．Ｐｒｏｘｙ　ｓｉｇｎａｔｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ｄｅｌｅｇａｔｉｎｇ　ｓｉｇｎｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．３ｒｄ　ＡＣＭ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　Ｃ０ｍｍｕｎｊｃａｔｊ０ｎｓ　Ｓｅｃｕｒｉｔｙ．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ　ＡＣＭ　Ｐｒｅｓｓ，１　９９６：４８－５７．　［３］ＺＨＡＮＧ　Ｆ，ＮＡＩＮ］Ｒ，ＬＩＮ　Ｃ　Ｙ．Ｎｅｗ　ｐｒｏｘｙ　ｓｉｇｎａｔｕｒｅ，　ｐｒｏｘｙ　ｂｌｉｎｄ　ｓｉｇｎａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｘｙ　ｒｉｎｇ　ｓｉｇｎａｔｕｒｅ　ｓｃｈｅｍｅｓ　ｆｒｏｍ　ｂｉｌｉｎｅａｒ　ｐａｉｒｉｎｇｓ［ＥＢ／ＯＬ】．【２００８—０７—１　０】．ｈｔｔｐ：／／　ｅｐｒｉｎｔ．ｉａｃｒ．ｏｒｇ／２Ｏ０５／１　０４．ｐｓ．ｇｚ．　［４］ＡＭＩＴ　Ｋ，ＳＵＮＤＥＲ．Ｌ．ＩＤ—ｂａｓｅｄ　ｒｉｎｇ　ｓｉｇｎａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｘｙ　ｒｉｎｇ　ｓｉｇｎａｔｕｒｅ　ｓｃｈｅｍｅｓ　ｆｒｏｍ　ｂｉｌｉｎｅａｒ　ｐａｉｒｉｎｇｓ［Ｊ】．Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｓｅｃｕｒｉｔｙ，２００７，４（２）：１　８７－－１　９２．　［５］ＡＷＡＳＴＨ　ＩＡ　Ｋ，ＬＡＬ　Ｓ．Ａ　ｎｅｗ　ｐｒｏｘｙ　ｒｉｎｇ　ｓｉｇｎａｔｕｒｅ　ｓｃｈｅｍｅ【　ｃ】／／Ｐｒｏｃ　ｏｆ　ＲＭｓ’０４．２００４：２９—３５．　［６］吴磊，孔凡玉．一种高效的基于身份代理环签名　方案［Ｊ】，　山东大学学报（理学版），２００９，４４（１），　４０－４８．　［７］Ｗａｔｅｒｓ　Ｂ．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｉｄｅｎｔｉｔｙ－－ｂａｓｅｄ　ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ　ｗｉｔｈｏｕｔ　剁　ｒａｎｄｏｍ　ｏｒ＆，ｃｔｅｓ［Ｃ】／／Ｃｒａｍｅｒ　Ｒ　ｅｄ．　ＥＵＲＯＣＥＹＰＴ’２　００５．　ＬＮＣＳ　５４９４．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ　２００５：１　１　４－１　２７．　【８］Ｐａｔｅｒｓｏｎ　Ｋ　Ｇ，Ｓｃｈｕｌｄｔ　Ｊ　Ｃ　Ｎ．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｉｄｅｎｔｉｔｙ　ｂａｓｅｄ　ｓｉｇｎａｔｕｒｅｓ　ｓｅｃｕｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｍｏｄｅ　Ｊ［ｃ】／／Ｐｒｏｃｅｅｄ｛ｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＡＣＩＳＰ’２００６．ＬＮＣＳ　４０５８．Ｓｐ　ｒｉｎｇｅ　Ｐ—Ｖ　ｅ　ｒＩａｇ，　２ＯＯ６：２Ｏ７－２２２．　【９】李继国，姜平进．标准模型下可证安全的基于身　份的高效签名方案［Ｊ】，计算机学报，２００９，５２（１　１），　２１　３０－２１　５６．　ｆｌ　Ｏ］ＢＯＮＥＨ　Ｄ，ＬＹＮＮ　Ｂ，ＳＨＡＣＨＡＭ　Ｈ．Ｓｈｏｒｔ　ｓｉｇｎａｔｕｒｅ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｗｅ｛Ｊ　ｐａｉｒｉｎｇ［Ｃ】／／Ｐｒｏｃ　ｏｆ　Ａｓｉａｃｒｙｐｔ　２　００　１．Ｂｅｒｌｉｎ　：Ｓ　Ｄｒｊｎｇｅｒ　ＶｅＰｌａｇ，２００１：５１　４－－５５２．　１乍考简介　史宝明（１　９８］　），男，硕士，讲师，主要　研究领域为信息安全；贺元香（１　９８１　），女，硕士研　究生，讲师；李恒杰（１　９６５　），男，教授。　收稿日期：２０１　２－１　１　２２