CN101273365A - 处理模块的水印 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于对处理模块(105)施加水印的方法，所述处理模块(105)被配置为对电子信号进行处理从而形成处理后信号，该方法包括步骤：施加被安排来引起对所述处理后信号的显著更改的第一功能算子(104)，所述第一算子(104)被嵌入在所述处理模块(105)中；以及安排被配置为与第一功能算子(104)配合以使得所述更改被基本上消除的第二功能算子(109)。第二算子(109)适于作为可提取的标识符来用作所述处理模块(105)的水印。该方法的优点在于由于第一和第二算子被实现为功能处理模块，传统的调试工具不能被用于攻击该处理模块。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对被配置为对电子信号进行处理的处理模块施加水印的方法。本发明还涉及相应的包含被施加了水印的处理模块的***。
背景技术
版权侵权是当今广泛的问题和关注点。现代科技使得可以制造信息和内容的完美拷贝。为了保护诸如数字信息和数字内容之类的这些信息和内容的版权，应用了不同的技术。近年来有大量的研究集中在“水印”(隐藏的版权信息)和“指纹”(隐藏的序列号或一组用来将对象与其他类似对象区分开的特性)。想法是可以用后者检测版权的侵权者，用前者指控他们。水印技术的目的是察觉不到并不可分离地将信息嵌入到携带版权信息的内容之中。这样的技术尤其适用于音频、视频以及其它可以以数字形式提供的著作。
一种对软件包或更具体地说对处理模块“施加水印”的方法是利用对处理模块进行解锁的序列号。这里序列号还可作为用于检测和指控版权侵权者的水印。
美国专利US4685055公开了一种用于保护软件包的方法，其中在要保护的软件包中安置了具有唯一参考码的保护子程序。该软件包还包含验证程序。该保护子程序和验证程序与ESD“电子安全装置”连接，并且该ESD和程序都与安全计算机进行通信。一旦接收到软件序列号和参考码以及ESD识别符的输入，该计算机生成验证码，验证码使得保护子程序命令由其主机执行被保护的软件。
专利申请WO2004021178公开了更适合于嵌入式***和电路模块的其他实例。该专利申请公开了一种包含子电路的电路模块，其能够提供依赖于从版本写保护号码存储器中传递到该子电路的版本号的性能级别。这种情况下，版本号可作为该电路模块的水印。图1表示这种以序列号施加水印的电路模块A。该水印技术不能提供完全的保护，因为攻击者可以利用调试器来监视电路模块与序列号之间的通信，从而攻击者可以移除(“洗掉”)水印/序列号。这种情况下，利用嵌入的软件程序，通过以调试模式运行程序可以很容易实现找到调试源代码中执行序列号检查的部分、删除源代码中的该部分、重新编译代码从而得到没有任何序列号/水印的嵌入软件程序。
即使上面的实例说明了在许多情况下提供有效保护的技术，它们的设计对于攻击处于不利，因为在序列号(或“密钥”)与软件或电路/处理模块之间存在着明显的程序链接。如果攻击者利用调试器则可以轻易地找到序列号与软件或电路/处理模块之间的链接。在使用称作“加密锁”保护的情况下解锁许可软件也是如此的、非常类似的。加密锁是通过当该装置没有被***打印机端口时使得软件不可操作从而作为对某些软件的拷贝保护的硬件装置。上述说明的技术的另一个缺点在于在公共诉讼期间可能不得不公开该水印技术的事实，使得攻击者可以成功地通过逆向工程来移除以类似技术施加了水印的内容中的任何水印痕迹。
因此存在一种需求，即提供处理模块的水印的方法，其中处理模块与水印之间的程序链接并不那么明显。而且该方法必须对公共诉讼后获得的知识具有鲁棒性。
发明内容
通过以如下述权利要求1中定义的对被配置为处理电子信号的处理模块施加水印的方法可以实现上述目的。此外，权利要求5中定义了一种利用该方法的最优***。附加的从属权利要求定义了根据本发明的最优实施例。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于对被配置为处理电子信号从而形成处理后信号的处理模块施加水印的方法。该方法还包括步骤：施加被嵌入在处理模块中的第一功能算子以产生对所述处理后信号的显著更改，以及布置第二功能算子，其被配置为配合第一算子以使得所述显著更改被基本上消除，其中第二算子适于作为可提取的标识符用于所述处理模块的水印。
术语“可提取的标识符”这里指在关于该处理模块所有权的审判的情况下在法庭上可提取的被质疑的算子。取决于本发明的实施例，第二算子(或其至少一部分)可为肉眼所视(例如以单独的集成电路实现)或者可通过合适的提取方法提取出来。
应理解本发明涉及数字处理模块的水印而不是数字内容的水印。换言之，正如传统水印方法使得可以判定数字内容是否来源于特定的源，根据本发明的水印使得可以判定软件算法(或任何其它处理模块)是否来源于特定的源。这样的判定有利于对版权侵权者的控诉。
优选地，术语“处理模块”应被理解为集成在数字***中的组成模块。数字***的实例可以是软件和硬件来实现的***，诸如安装在印刷电路板(PCB)上的电路模块或者软件包。正如本领域技术人员所知的，仍嵌入在处理模块中的第一算子对处理后信号的更改可发生在电子信号处理的之前、之后或处理过程中(第一算子被完全嵌入在处理模块中)。
根据本发明的方法的鲁棒性依赖于水印的第一部分(即第一算子)是隐藏的，而水印的其余部分(即第二算子)是可提取的，优选地甚至是对用户可视的。
由于隐藏的第一算子显著地改变了处理后信号，需要第二算子以获得来自处理模块的正确输出。因此，通过使用根据本发明的方法，简单地移除第二算子(“洗掉”水印)将使得处理模块无用。
而且，正如算子是功能算子，例如处理功能，传统的调试工具不能被用于攻击隐藏在处理模块中的第一算子。优势在于由于在第一算子和第二算子之间传输的信息是功能信息而不是静态序列号等，所以处理模块与第二算子之间的程序链接不明显。即使第二算子在审判中被公开，在处理模块上执行逆向工程以识别和移除第一算子的行为将涉及复杂的研究，有希望超出无损坏地开发处理模块的努力。
优选地，所述第一算子与第二算子之间的配合对所述第二算子的任何更改非常敏感。从而，即使对第二算子非常微小的更改都将以非常显著的方式对输出进行修改。一个示例情况是例如如果算子是如滤波器，并且它的系数是在审判中公开的证据，攻击者可细微地修改这些系数，或者选择得到同样滤波器的另外一组系数，则保护被破坏。优选对于修改具有高敏感度的所嵌入的第一算子。
嵌入在处理模块中的第一功能算子和第二功能算子可被串行执行。正如对本领域技术人员明显的那样，算子的顺序并不重要。该实施例的优点在于该顺序可依赖于实施细节而不是处理函数的功能性。并行处理也是可能的。一种情况下，第一算子可嵌入第一处理模块，而第二算子可嵌入第二处理模块。结合模块将来自两个处理模块的显著更改的输出结合起来，生成没有任何更改的输出，因为由第一和第二算子产生的更改被“抵消”了。另一种情况也是可能的，其中第一算子如上所述被嵌入，而第二算子是并行的独立功能算子，并且结合器将更改的信号结合起来，生成无更改的处理后信号。
根据本发明的第二方面，提供一种处理模块，用于处理电子信号从而形成处理后信号，所述处理模块包括被嵌入在所述处理模块中的用于使所述处理后信号产生显著更改的第一功能算子、以及用于与所述第一算子配合使得所述更改被基本上消除的第二功能算子，其中所述第二算子的至少部分适于作为用于所述处理模块的水印的可提取标识符。如上所述，关于本发明的第一方面，由于第一和第二算子被实现为功能算子，传统调试工具不能被用来攻击该处理模块，所以该新颖的处理模块提供了对抗版权侵权的改进了的保护。该处理模块在这种情况下可以用在计算机处理器上被加载和执行的计算机软件来实现。
根据本发明的第三方面，提供了一种包括如上所述的处理模块的数字信号处理设备。数字信号处理设备可以从诸如例如但不局限于数字音频、视频以及通信领域之类的许多不同领域中选择。这样的存在有利用根据本发明的方法施加水印的处理模块的数字信号处理设备的实例可以是例如电视机、手机、mp3播放器、医疗设备以及音频和显示单元。
本发明的进一步特征和优点将在研究附加的权利要求和下述说明书的时候变得清楚。本领域技术人员意识到本发明的不同特征可被组合以产生下述说明的实施例之外的实施例。
附图说明
下面将结合附图详细地说明本发明。
图1表示根据现有技术以序列号施加水印的处理模块A。
图2a表示利用根据本发明的方法向处理模块A施加水印的第一实施例。
图2b表示利用根据本发明的方法向处理模块A施加水印的第二实施例。
图2c表示利用根据本发明的方法向处理模块A施加水印的第三实施例。
图2d表示利用根据本发明的方法向两个处理模块A和B施加水印的第四实施例。
图3表示利用RGB转YUV色彩空间转换处理模块将来自摄像机的原始图像数据转换为适合电视机的图像数据的示例***，其中利用根据本发明的实施例的方法对该处理模块施加水印。
具体实施方式
在图2a中，已经利用两个在这里执行W和-W的对抗算子对处理模块A施加了水印。第一算子-W已经与处理模块A集成(嵌入)，看起来像数据处理中的“正常”部分。第一算子-W的目的是提供对处理模块A输出的强大更改。第二算子W被顺序地安排在处理模块A的外面，作为“矫正方法”向处理模块A的输出提供对抗更改。术语“水印”应被理解为表示“电子签名”(被分为两个算子-W和W)与处理模块(A)的集成，从而在审判的情况下提供处理模块所有权的证据。取决于本发明的实现，第二算子(或其至少一部分)可为肉眼所视(例如被实现为独立的集成电路)或可通过合适的提取方法被提取(验证)。
例如，可提供带有验证输入和验证输出的第二处理模块W。通过向验证输入端施加预定义的第一数据组从而由验证输出端提取出第二数据组来执行算子提取/验证。可将这个获得的数据组与从“真”处理块W中提取的参考数据组比较。第二数据组与参考数据组间的显著相关性表明第二算子W确实是用于处理模块A的“真”水印。因此，提供了判定软件算法(或任何其它处理模块)是否来源于特定源的可能性。如上所述，这样的判定有利于对版权侵权者的控诉。
正如本领域技术人员所知的，第一和第二算子的结合提供对处理模块A的“正确”输出的很小或不存在的更改。该方法尤其适用于最初描述的简单的情形，即处理模块被交付给第三方用于评估。这种情况下，(第一处理-W被嵌入其中的)处理模块A与第二处理W一起被交付。
与现有技术相比，这提供了更为安全的施加水印方法，因为没有被提供给攻击者足够的信息来移除水印，这是因为如果第二算子被修改，第一处理将不会矫正，输出将被强烈影响。对于攻击者而言，使用传统的调试工具将因此无法提供足够的帮助。而且，由于第一处理对来自处理模块A的输出的强烈更改，越过第二处理将不会解决问题。越过两个模块的情况也不会解决攻击者的问题，因为处理模块A不会进行任何处理，数据处理行为将会被影响。
优选地，第一和第二处理的实现将利用例如复杂散列法技术使得来自(第一算子被嵌入其中的)处理模块A的输出变得不可用。在一些实施例中，如图2a所示的第一算子在诸如片上***、SoC之类的级别的集成是足够的，因为逆向设计过于复杂。
图2b中，第一处理-W已被完全地嵌入处理模块A。如图2a所示，第二处理W已被顺序地安置在处理模块A的外部，作为“矫正方法”来提供相对于第一算子的对处理模块A输出的对抗更改。在一些情况下，第一算子被完全集成在处理模块A中的这种类型的实现更加适合，尤其是当模块A和-W的本质类似的时候，允许功能融合导致得到一个独特的处理函数或允许交换A和-W的一些基本线性算子。一个非常简单的说明这个技术的实例是A作为增益(*K)算子而-W与每秒翻转处理后信号的方波信号相乘(*-1，1，-1，1...)。两者的结合可以是处理后信号与缩放的方波信号(-K，K，-K，K)相乘。移除该模块也将从原始模块A中移除所需的增益K。
正如本领域技术人员所知晓的那样，其它实现策略也是可能的。这些可能之一如图2c所示，其中连续的顺序相对于图2b改变了，矫正处理W被施加在被处理-W更改之前。
图2d表示另一个实施例，其中展示了两个并行的处理模块A和B。这种情况下，处理-W嵌入处理模块A，对抗处理W嵌入处理模块B。结合模块C将来自两个处理模块A和B的输出的显著更改结合起来，生成没有任何由处理-W和W产生的更改的输出。
在图3中，显示了用于利用根据本发明的方法将来自摄像机的原始图像数据转换为适合电视机的图像数据的示例***。
摄像机100通过独立的红、绿、蓝色彩通道101、102、103生成原始图像数据。色彩空间转换处理模块105将红101、绿102和蓝103色彩通道转换为一个亮度(Y)和两个色度(U/V)106和107分量。第一处理-W 104被以下列方式完全嵌入到色彩空间转换处理模块105，该方式为：亮度分量106被显著更改，生成亮度和第一处理结合分量(Y+(-W))。为了获得“正确的”亮度分量，引入第二处理模块109。处理模块109作为矫正方法，提供对亮度和第一处理结合分量(Y+(-W))的对抗更改，从而生成正确的亮度分量110。而且，“校正的”亮度分量110和两个色度分量107、108作为YUV转PAL/NTSC转换模块111的输入。YUV转PAL/NTSC转换模块111生成电视机112上显示的同步电视信号。
由于唯一的“校正”处理模块输出Y+(-W)的方式是通过利用第二处理模块109，所以第三方必须保证第二处理模块109不被更改，从而第二处理模块109可被用作在可能的版权侵权审判中对抗第三方的水印。
虽然上面参考本发明的特定示例实施例对本发明做出说明，许多不同的更改、修改等将对本领域技术人员显而易见。上述说明的实施例因此不应视为对如附加的权利要求所定义的本发明范围的限制。例如，本发明可被实现于诸如付费电视上表演的音频扰频之类的模拟***中，从而提供音频扰频模块的增强的版权保护。
Claims (10)
1.一种用于对处理模块(105)施加水印的方法，所述处理模块被配置为对电子信号进行处理从而形成处理后信号，该方法包括步骤：
施加被安排来引起对所述处理后信号的显著更改的第一功能算子(104)，所述第一算子(104)被嵌入在所述处理模块(105)中；以及
安排第二功能算子(109)，其被配置为与所述第一功能算子(104)配合以使得所述更改被基本上消除，
其中所述第二算子(109)的至少一部分适于作为可提取的标识符来用作所述处理模块的水印。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二功能算子(104，109)之间的所述配合对于所述第二算子的任何更改是非常敏感的。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一处理功能(104)与所述第二处理功能(109)被顺序地执行。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一处理功能(104)与所述第二处理功能(109)被并行地执行。
5.一种处理模块，被安排来处理电子信号从而形成处理后信号，所述处理模块包括：
第一功能算子(104)，其被安排来引起对所述处理后信号的显著更改，所述第一算子被嵌入在所述处理模块(105)中；以及
第二功能算子(109)，其被配置为与所述第一功能算子(104)配合以使得所述更改被基本上消除，
其中，所述第二算子(109)的至少一部分适于作为可提取的标识符来用作所述处理模块的水印。
6.如权利要求5所述的处理模块，其中所述第一和第二功能算子(104，109)之间的所述配合对于所述第二算子的任何更改是非常敏感的。
7.如权利要求6所述的处理模块，其中所述第一处理功能(104)与所述第二处理功能(109)被顺序地执行。
8.如权利要求6所述的处理模块，其中所述第一处理功能(104)与所述第二处理功能(109)被并行地执行。
9.一种计算机程序产品，其包括指令，所述指令被配置为当该指令在计算机处理器上被加载和执行时用以执行根据权利要求1至4之一的方法。
10.一种数字信号处理设备，其包括根据权利要求5至8之一所述的处理模块(105)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20080924 |