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CN1398400A - 用于保护数字媒体的系统与方法 - Google Patents

用于保护数字媒体的系统与方法 Download PDF

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CN1398400A
CN1398400A CN01804559A CN01804559A CN1398400A CN 1398400 A CN1398400 A CN 1398400A CN 01804559 A CN01804559 A CN 01804559A CN 01804559 A CN01804559 A CN 01804559A CN 1398400 A CN1398400 A CN 1398400A
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Abstract

公开用于验证具有多个磁道(T1，...，TN)的数字记录(12)的一种系统与方法。此系统包括编码器(14)，用于：将数字记录划分成多个扇区(44)并将随机数与每个扇区(44)相关；将识别符计算为相关随机数的函数；和利用相关随机数和识别符的一部分来水印标记一组扇区(46)内的扇区。提供验证系统(28)，用于：提取随机数和识别符部分；将第一识别符计算为提取的随机数的函数；根据这些识别符部分来计算第二识别符；并将第一识别符与第二识别符进行比较。

Description

用于保护数字媒体的系统与方法
技术领域
本发明一般涉及用于数字记录的安全系统，并且更具体涉及用于控制数字音乐的拷贝、播放以及分发的防盗用方案。
技术背景
互联网与数字媒体技术(例如，光盘“CD”与数字视盘“DVD”)的普及给数字媒体内容的版权所有者带来巨大问题。对于具有个人计算机并接入互联网的任何一个人来说，复制、播放和发送数字内容的能力已变得容易获得，这种能力导致不能制止非法复制其作品的版权所有者的权利的广泛滥用。
版权所有权显著被滥用的一个特殊领域涉及音乐产业。通过互联网的数字音乐的非法盗用给音乐产业带来无法测量的损失。迄今为止，大多数音乐内容以能利用任何数字媒体播放器或记录器读出与处理的公开、未加密格式进行分组和存储，即，容易复制、存储和发送这些音乐内容。为了解决这个问题，音乐产业试图创造一个安全领域来控制音乐的猖獗盗用。
音乐产业正在探究的一种方案包括建立特殊处理编码内容的安全回放与记录装置的标准。已经提出许多安全装置与系统。例如，1996年4月30日出版的题为“Method and Apparatus For Copy ProtectionFor Various Recording Media”的美国专利5513260描述这样一种系统，在此系统中在能播放受保护的CD之前要求特许签名。在1999年11月25日出版的题为“Copy Protection Using Broken ModulationRules”的PCT申请WO 99/60568也公开了各种防盗用系统。
另外，由代表信息技术、家电设备、电信技术、安全技术、世界范围的记录产业和互联网业务提供者的180多家公司和组织构成的称为SDMI(安全数字音乐提议Secure Digital Music Initiative)的小组正在尝试研制所有形式的安全传送数字音乐的标准和结构。有关SDMI的信息在其网站< www.sdmi.org>上能找到。
实现诸如根据SDMI寻求的兼容系统的挑战之一是必须满足各种竞争性的要求。例如，根据SDMI：(1)必须允许人们在拥有原始CD时进行不受限制次数的其CD的个人拷贝；(2)SDMI兼容播放器必须能播放图书馆中的音乐；(3)SDMI必须提供阻止大量完美的音乐数字拷贝的能力；和(4)SDMI必须阻止未付给创造者或版权拥有者任何报酬而在互联网上传播。因而，SDMI要求必须允许受限制形式的拷贝，同时必须禁止大范围的拷贝。
不幸地，这样的具有竞争性的要求给黑客和盗版者创造机会来击败这些系统的保护方案。因此，必须研制击败困难却又将满足诸如SDMI的提议的公开要求的保护方案。
发明概要
本发明通过提供保护系统和方法来解决上述问题以及其他问题，这些系统与方法通过在原始分发数字记录时在整个媒体(例如，CD)或整个磁道集合存在时要求显示这整个媒体(例如，CD)或整个磁道集合来验证数字记录的所有权。
在第一方面中，本发明提供用于标记数字记录的一种系统，其中此数字记录具有多个磁道，此系统包括：用于将此数字记录划分成多个扇区并将一个随机数与每个扇区相关的装置；用于将识别符计算为相关随机数的函数的装置；和水印标记装置，用于水印标记一组扇区内的扇区，其中用于每个扇区的水印包括与此扇区相关的随机数和此识别符的一部分。
在第二方面中，本发明提供用于通过保证数字记录的完整性来验证此数字记录的一种系统，此系统包括：用于从多个扇区之中的每一个扇区中读出有关此数字记录的水印并从每个水印中提取第一与第二部分的装置；用于将第一识别符计算为提取的第一部分的函数的装置；用于根据第二提取部分的组计算第二识别符的装置；和用于比较第一识别符与第二识别符的装置。
在第三方面中，本发明提供存储在可记录媒体中用于标记具有多个磁道的数字记录的一种程序产品，此程序产品在被执行时具有：用于给此数字记录内的多个扇区之中的每一个扇区分配一个值的程序；用于将识别符计算为所有分配值的函数的程序；用于确定一组扇区内的每个扇区的水印的程序，其中每个水印包括分配给此扇区的值和此识别符的一部分。
在第四方面中，本发明提供存储在可记录媒体上用于验证数字记录的一种程序产品，此程序产品在被执行时具有：用于从多个扇区之中的每一个扇区中读出有关此数字记录的水印并从每个水印中提取第一部分与第二部分的程序；用于将第一识别符计算为提取的第一部分的函数的程序；用于根据第二提取部分的组计算第二识别符的程序；用于比较第一识别符与第二识别符的程序。
在第五方面中，本发明提供用于阻止数字记录的未经特许使用的一种方法，其中此数字记录具有多个磁道，此方法包括以下步骤：通过将数字记录划分为多个扇区来编码此数字记录；为每个扇区生成一个随机数；将识别符计算为所有生成的随机数的函数；将此识别符分离为m个分段，其中m是整数；将这些扇区组合为m个扇区组；和利用此扇区的随机数和m个分段之一来水印标记每组中的每个扇区。
在第六方面中，本发明包括水印标记的数字记录，具有：多个磁道；和与这多个磁道混合在一起的多个扇区，其中每个扇区包括随机数和取决于所有扇区的随机数的值。
附图简介
在下面将结合附图来描述本发明的优选示例性实施例，在附图中相同的名称表示相同的单元，以及：
图1表示根据本发明优选实施例的验证系统的方框图。
图2表示根据本发明包含水印标记信息的数字记录的图表。
实施例描述
本发明提供用于防止非法处理数字记录的一种系统与方法。本文中使用的术语“处理”可以包括任何类型的数字内容的再现、传输、回放、修改等。术语“数字内容”可以包括能以数字格式存储的任何类型的信息、数据、音乐、视频图象、多媒体等。所述实施例通过要求在能够进行处理之前显示数字记录的完整数据集合来实现保护。例如，在音乐产业中，一般在包括一组磁道或歌曲的音频CD上传送音乐。本发明因而提供一种系统与方法，要求在处理之前显示整个磁道集合。由于非法音乐拷贝时常限于CD上小部分的歌曲，所以基本上限制从互联网中非法邮寄与下载各首歌曲的能力。
因此，本文所述的示例性实施例要求在处理时显示整个媒体(或原始发布的整个数据集合)作为合法所有权的证明。如果未显示此媒体的一部分，则能中止此数字记录的处理。虽然本发明的一个重要应用涉及音乐内容的传送，但应明白：本发明可应用于具有多个磁道的任何类型的数字记录。为了此公开目的，“多个磁道”应定义为包括具有一个以上的单独可使用或希望部分的任何数字记录。
现在参见附图，附图1表示防盗用系统10，用于编码和验证具有多个磁道的数字记录12，诸如音乐CD。利用水印编码器14进行编码，并利用验证系统28进行验证。在此实施例中，验证系统28表示为兼容装置26的一部分(例如，CD记录器或播放器)，但能独立于其他组成部分而存在。
水印编码器14接收数字记录12并生成水印标记的数字记录24。水印编码器14包括用于编码数字记录12的各种模块，这些模块包括分扇区装置16、随机数生成器18、散列函数(hash function)20、分段函数(portioning function)22和水印标记系统23。具体结合图2来描述这些模块如何编码数字记录12的过程。一旦进行编码，则提供水印标记的数字记录24，如此水印标记的数字记录能以允许诸如兼容装置26的兼容系统限制非法处理的程序分发或销售给大众。
如图1所示的兼容装置26可以包括任何类型的用于处理水印标记的数字记录24的系统，例如，用于拷贝水印标记的CD的记录装置。虽然对于兼容装置26没有具体限制，但将明白：兼容装置一般包括与水印编码器14兼容的系统，即，此装置能分析利用水印编码器14生成的水印。兼容装置26包括用于验证水印标记的数字记录24的验证系统28、用于执行数字记录的实际处理操作(例如，记录/回放/发送)的处理系统38和用于在未正确验证输入的数字记录时中止处理的中止系统40。
验证系统28包括用于验证水印标记的数字记录24中的水印的各种模块，这些模块可以包括水印提取器30、散列函数32、合并函数34和比较器36。这些模块的操作在下面结合图2来更具体地进行描述。
图2表示由以下部分组合的水印标记的数字记录24：(1)数字记录12，具有多个磁道(T1，T2，T3，…，TN)；和(2)包含水印信息的多个扇区44(S1，S2，S3，…，Sn)。水印信息与磁道混合在一起，以使每个磁道的几个扇区具有与之相关的水印信息。可以以本领域公知的任何方式沿这些磁道放置水印信息。
如上所述，数字记录12包括数字内容，诸如包含N首歌曲的音乐CD，将水印信息存储在这n个扇区44之中的每个扇区中。每个扇区44包括要求显示以验证数字记录24的任何部分的不同水印元素(R1D1，R2D2，R3D3…，)。因而，如果丢失扇区，则将不验证数字记录24。因此，不处理单个磁道(例如，T1)，除非显示所有其他的磁道。将这些扇区逻辑组合为扇区组46和48，而每组包含m个扇区，其中m为任何整数。
用于从数字记录12中生成水印标记的数字记录24的程序如下。首先，水印编码器14的分扇区装置16将数字记录12分成多个逻辑扇区44(S1，S2，…，Sn)，每个扇区具有预定的长度。例如，对于音乐CD来说，每个扇区44的长度可以近似为15秒。接下来，随机数生成器18为每个扇区i生成r比特的随机数Ri。每个r比特的随机数(R1，R2，…，Rn)可以为任何大小，但优选包括4-16比特。接下来，利用散列函数20生成这些随机数的d比特散列，利用D＝H(R1，R2，R3，…)给出在此称为识别符D的所得到的d比特值，其中H是散列函数20。散列函数是本领域公知的，并且散列函数20可以包括能对随机数进行运算的任何函数并生成单个值D，例如，和值。d比特散列可以具有任何大小，但优选包括32-80比特的数据。
下一步骤是将识别符D分成m个部分，并将这m个部分之中的每个部分变换为每个扇区组46，48。利用分部分函数“P”22来完成此分离处理，其中P(D)＝D1，D2，…，Dm。在图2所示的实施例中，m＝4，表示每个组包括4个扇区，并将识别符D分离为4个部分，可以以任何方式分离和变换d比特识别符D。例如，范围为最低有效位至最高有效位的比特组可以分离为部分D1，D2，D3，…，Dm。应明白，组中的扇区数量“m”能是任何整数，但优选在1与16之间。在m＝1的情况中，每个扇区是它自己的扇区组。
在计算所有的随机数(R1，R2，…，Rn)和识别符部分(D1，D2，...，Dm)之后，水印系统23利用以下部分来水印标记每个扇区：(1)此扇区的相关随机数Ri；和(2)m个识别符部分(D1，D2，…，Dm)之一。在此示例性实施例中，给定每个扇区i一个水印WMi，其中WMi＝RiD(1+(i mod m))。因而，参见图2，利用R1D1、R2D2、R3D3与R4D4来水印标记第一组扇区46；利用R5D1、R6D2、R7D3与R8D4来水印标记第二组扇区48；等等。在此示例性实施例中，利用“mod模”运算符将每个识别符部分(D1，D2，…，Dm)变换为组。然而，应明白，可以利用将D个部分变换为每个组的任何其他方法。得到的结果是包括与N个磁道混合在一起的水印标记扇区的水印标记数字记录24。
通过验证利用编码器14编码的n个水印之中的每个水印存在来实现水印标记的数字记录24的验证，验证系统28以下面的方式来实现验证。首先，水印提取系统30打开输入的数字记录，确定多少扇区n’存在，并读出n’水印之中的每个水印。随后，提取随机数(R1’，R2’，…，Rn’)和识别符部分(D1’，D2’，…，Dm’)。可以根据由编码器14用于将这些部分变换为组的变换公式的逆变换在逐个组的基础上提取识别符部分(D1’，D2’，…，Dm’)。
接下来，利用编码器14使用的同一散列函数20来计算第一验证识别符D’。因而，D’＝H(R1’，R2’，…，Rn’)。随后，利用合并提取的识别符部分D1’，D2’，…，Dm’的合并函数34来计算第二验证识别符D’。合并函数34以分部分函数P22分离识别符D的逆方式进行运算。因此，D”＝P-1(D1’，D2’，…，Dm’)。接下来，比较器36比较D’与D”，以确定是否显示所有的扇区并因此显示整个数字记录。如果D’不等于D”，则这表示(1)未显示所有的扇区或(2)一些扇区已进行修改，并且中止装置40将中止处理。如果整个数字记录显示，处理系统38将继续进行希望的处理(例如，记录/回放/发送)。
所建议的系统与方法是有效的，这是因为在更改或删除一个或多个扇区时，验证系统的散列计算D’＝H(R1’，R2’，…，Rn’)将不同于编码器的散列计算D＝H(R1，R2，…，Rn)，并因此和提取与组合的识别符D”＝P-1(D1’，D2’，…，Dm’)不一致。极小有可能在丢失、更改或替换扇区时还得到与原始内容一样的散列值。
如果将识别符D分离为m个部分，则这些部分周期性地重复出现，并且可能的不同水印标记的数量是m·2r，其中r是每个随机数中的比特数量。因此，即使一些扇区具有同一水印，但只要大多数的水印是不同的，此系统就仍然是有效的。(否则，扇区的子集能错误地证明整个CD内容的存在)。如果在给定音乐CD上具有30个扇区，则相对容易实现几乎所有的水印是不同的(例如，m＝5，r＝6将获得300多的水印)。
能自由选择水印的长度r+d/m，但应选择水印的长度以防止使用扇区替换侵害保持在可管理大小的预先计算的表中的其他CD。能自由选择下列参数，但这些参数具有如下的优选范围和数值：r＝4…16；d＝32…80；m＝1…16；m·2r≥300；和r+d/m≥16。
应明白，本文所述的系统、装置和模块能利用硬件、软件或硬件与软件的组合来实施，可以利用任何类型的计算机系统或适于实现本文所述的方法的其他设备来实施。典型的硬与软件的组合能是具有计算机程序的通用计算机系统，此计算机程序在进行装载和执行时控制计算机系统，以使此计算机系统实现本文所述的方法。可选择地，能使用包含用于完成本发明的一个或多个功能任务的特殊化硬件的特殊用途计算机。本发明也能嵌入在包括能实现本文所述的方法与功能的所有特性的计算机程序产品中，并且此计算机程序产品在装入计算机系统中时能实现这些方法与功能。计算机程序、软件程序、程序、程序产品或软件在此上下文中表示任何语言、代码或注释的一组指令的任何表达式，用于使系统具有信息处理能力直接或在以下任一过程或以下两个过程之后执行特定功能：(a)变换为另一语言、代码或注释；和/或(b)以不同材料形式的再现。
前面的本发明的优选实施例的描述用于示意与说明目的，这些描述不打算是详尽无遗的或将本发明限于所公开的确切形式，而且鉴于上面的教导，许多修改和变化显然是可能的。对于本领域技术人员来说，这样的修改和变化预定包括在利用所附的权利要求书定义的本发明的范畴内，这是显而易见的。

Claims (12)

1.用于标记数字记录(12)的一种系统(10)，其中此数字记录(12)具有多个磁道，此系统包括：
用于将此数字记录(12)分成多个扇区(44)并将一个随机数与每个扇区相关的装置(16)；
用于将识别符计算为这些相关随机数的函数的装置(20)；和
水印标记装置(23)，用于水印标记一组扇区(46)内的扇区，其中用于每个扇区的水印包括与此扇区相关的随机数和此识别符的一部分。
2.根据权利要求1的系统，其中每个扇区(44)的长度小于每个磁道的长度，并且扇区的数量大于磁道的数量。
3.根据权利要求1的系统，其中水印标记装置(23)在此组扇区(46)内的扇区之间分离此识别符。
4.用于通过保证数字记录(24)的完整性来验证此数字记录的一种系统(28)，此系统包括：
用于从多个扇区之中的每一个扇区之中读出有关此数字记录的水印并从每个水印中提取第一与第二部分的装置(30)；
用于将第一识别符计算为提取的第一部分的函数的装置(32)；
用于根据第二提取部分的子集计算第二识别符的装置(34)；和
用于比较第一识别符与第二识别符的装置(36)。
5.根据权利要求4的系统，其中每个水印的第一部分是随机数。
6.根据权利要求5的系统，其中每个水印的第二部分是来自此数字记录的原始拷贝的整个集合的随机数的散列。
7.一种程序产品，存储在可记录媒体中用于标记具有多个磁道的数字记录(12)，此程序产品在被执行时包括：
用于给此数字记录内的多个扇区之中的每一个扇区分配一个值(18)的程序；
用于将识别符(20)记算为所有分配值的函数的程序；和
用于确定一组扇区内的每个扇区的水印(23)的程序，其中每个水印包括分配给此扇区的值和此识别符的一部分。
8.一种程序产品，存储在可记录介质上用于验证数字记录(24)，此程序产品在被执行时包括：
用于从多个扇区之中的每一个扇区中读出有关此数字记录的水印并从每个水印中提取第一部分与第二部分的程序(30)；
用于将第一识别符计算为提取的第一部分的函数的程序(32)；
用于根据第二提取部分的子集计算第二识别符的程序(34)；和
用于比较第一识别符与第二识别符的程序(36)。
9.用于防止数字记录的未授权使用的一种方法，其中此数字记录具有多个磁道，此方法包括：
利用以下步骤来编码此数字记录：
将此数字记录分段为多个扇区(44)；
为每个扇区生成一个随机数；
将识别符计算为所有生成的随机数的函数；
将此识别符分离为m个分段，其中m是整数；
将这些扇区组合为m个扇区的组；和
利用每组扇区中的每个扇区的随机数和m个分段之一来水印标记每组扇区中的每个扇区。
10.根据权利要求9的方法，还包括：
利用以下步骤来验证此数字记录(24)：
从每个扇区中读出此水印；
从每个扇区中提取这些随机数；
将此识别符重新计算为所有提取的随机数的函数；
从第一组扇区中提取m分段之中的每一个分段；
将这m分段合并为第二识别符；和
将重新计算的识别符与第二识别符进行比较。
11.根据权利要求10的方法，包括在重新计算的识别符与第二识别符不一致时结束此数字记录的处理的另一步骤。
12.一种水印标记的数字记录(24)，包括：
多个磁道；和
多个扇区(44)，与这多个磁道混合在一起，其中每个扇区包括随机值和取决于所有扇区的随机值的值。
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