專利名稱：采用生物特征加密的數(shù)字內(nèi)容保護方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息安全技術(shù)和生物測定學(xué)應(yīng)用，確切地說，涉及一種關(guān)于 基于生物加密技術(shù)的多々某體內(nèi)容保護方法，與以往的嵌入水印和通過密鑰來 進行內(nèi)容保護的方法不同，該方法利用用戶的生物測定學(xué)特征加密數(shù)字多媒 體內(nèi)容以實現(xiàn)多媒體內(nèi)容的版權(quán)保護。
背景技術(shù)：
在多媒體數(shù)據(jù)的生成、編輯與發(fā)行中的數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用為盜版用戶提供 了很多機會，比如高保真度的拷貝。此外，因特網(wǎng)的廣泛使用正在為盜版者 提供額外的渠道，輕易地發(fā)行受版權(quán)保護的數(shù)字內(nèi)容，卻無須為受跟蹤而擔(dān) 憂。為此，多媒體內(nèi)容(圖像，視頻，音頻等)的知識產(chǎn)權(quán)的保護正在收到 相當(dāng)可觀程度的關(guān)注?，F(xiàn)在，保護多媒體內(nèi)容的知識產(chǎn)權(quán)的最常用的有兩種 方法
一種方法是數(shù)字水印。數(shù)字水印是利用數(shù)字作品中普遍存在的冗余數(shù)據(jù) 與隨機性把版權(quán)信息嵌入在數(shù)字作品本身，從而起到保護數(shù)字作品版權(quán)的一 種技術(shù)。利用數(shù)字水印可以標(biāo)識和驗證出數(shù)字化圖像，視頻和聲頻記錄的作 者、所有者、發(fā)行者或授權(quán)消費者的信息，還可追溯數(shù)字作品的非法分發(fā)， 是目前進行數(shù)字作品版權(quán)保護的一種較為有效的技術(shù)手段。但是嵌入水印的 圖像常常受到某些處理，如壓縮、傳輸?shù)脑肼暋?fù)制和濾波等。尤其是數(shù)字 多媒體內(nèi)容中的視頻和音頻信息的壓縮策略通常會成不可恢復(fù)的數(shù)據(jù)丟失， 潛在地降低了數(shù)據(jù)的質(zhì)量。此外，對于抵抗剪切、縮放、旋轉(zhuǎn)、最新的JPEG 2000 壓縮標(biāo)準(zhǔn)及A/D、 D/A變換等處理和攻擊的技術(shù)還很少，尤其是不能抵抗信號 處理和幾何變換的4關(guān)合攻擊。
另 一種方法是加密。加密也能被用來消除由未經(jīng)授權(quán)的拷貝與發(fā)行帶來 的問題。首先對多々某體文檔進行加密。假設(shè)Alice獲得這樣的一個文檔，為了 使用該文檔，她必須擁有正確的密鑰來對數(shù)據(jù)解碼。為了獲得此密鑰，Alice 需要在與內(nèi)容及支付信息供應(yīng)相關(guān)的網(wǎng)站注冊自己。這種方法使得內(nèi)容提供 商得到了打算閱讀/播放/收聽(自此以后文章中談及多媒體數(shù)據(jù)的利用時總 體上用播放一詞代替)受保護內(nèi)容的用戶(Alice)的信息，防止了未經(jīng)4吏權(quán) 的拷貝。但是，加密技術(shù)容易遭受非法共享密鑰的困擾。假設(shè)一個盜版網(wǎng)站 或一個盜版商Bob，同時正在發(fā)行該文檔，那么Alice也能夠通過盜版途徑來
獲得密鑰(如Bob將正確的密鑰作為加密文檔的附件送給Alice),這就使得 加密技術(shù)提供的安全性蕩然無存。
為了防止非法共享密鑰，可以采用使加密多媒體的密鑰與用戶使用的物 理系統(tǒng)(硬件或軟件)的屬性有關(guān)的方式。這些屬性可以是硬盤序列號，操作 系統(tǒng)序列號等等，它們都能夠被用作加密過程中的密鑰。解碼器在一臺主機 上對這些屬性進行一企驗，如果不是加密時所用的正確密鑰，則數(shù)據(jù)不能被正 確解碼，從而防止多媒體內(nèi)容的非法傳播(Bob不能輕易地將他的硬盤送給 Alice,我們假設(shè)加密解密過程不能被干預(yù)，如Alice不能竄改她的硬盤序列 號)。但是該方法不能滿足一個合法的用戶在多個系統(tǒng)(比如一個筆記本與 一個臺式機上)中播放這個多媒體文檔的需求，給用戶造成不好的消費體驗。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就在于克服上述方法的不足，提供一種能夠有效防止非 法密鑰共享的多i某體內(nèi)容保護方案，即利用用戶的生物測定學(xué)特征加密數(shù)字 多媒體內(nèi)容的保護方案。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 一種利用用戶的生物測定學(xué)特征加密數(shù)字 多媒體內(nèi)容的保護方案，其特征在于該方案包含兩個通信實體，即多媒體 內(nèi)容服務(wù)器S與用戶U, U要接收并播放S中存儲的多媒體文件V。在文件傳遞過 程中，為防止該文件-陂非法共享，采用了對稱與非對稱密鑰加密方案。為了 防止解密密鑰的非法共享，借助了用戶的生物測定學(xué)特征。并規(guī)定在通信 開始前，雙方已經(jīng)約定以下過程中采用的對稱及非對稱密碼體制，使用的Hash 函數(shù)H()。用戶端的設(shè)備如生物測定學(xué)傳感器、匹配器、解密模塊、媒體播放 器和播放媒體(如顯示器、音箱等)被假設(shè)安全地鏈接在一起，不容許竄改。 當(dāng)用戶U向服務(wù)器S請求多媒體內(nèi)容時，包括以下步驟 在通信開始前，用戶U端擁有的有效數(shù)據(jù)有用戶U的識別特性^， 比如用戶名。用戶選擇的加密解密階段的密碼^。 t-O, 1, 2…是在時間t上獲取得用戶U的生物測定學(xué)數(shù)據(jù)。服務(wù)器S端擁有的有效數(shù)據(jù)有S的公鑰與私鑰K與《，多々某體內(nèi)容V。 通信開始，用戶U端將自己的身份標(biāo)志[，選擇的多媒體加密密鑰 測定的生物測定學(xué)數(shù)據(jù)^，用服務(wù)器S的公鑰《一并加密，將加密后的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器端。
服務(wù)器S用自己的私鑰iq對接收的加密數(shù)據(jù)解密。注意有且僅有服務(wù)器能對此加密的數(shù)據(jù)解密。 服務(wù)器S生成參數(shù)P,,，并用私鑰《對該參數(shù)加密，加密結(jié)果以^的 雜湊值H (A)作為密鑰并使用約定的對稱密碼體制加密，加密結(jié)果發(fā)送給用戶 U。 A,是服務(wù)器S，用戶U的識別特性^，內(nèi)容V和一個時間標(biāo)記T的函數(shù)。
服務(wù)器S對要傳輸?shù)膬?nèi)容依次用參數(shù)/V^ /y,《為密鑰進行分 層加密，加密采用約定的對稱密碼體制，加密結(jié)果^。按約定的格式連接K和 《，結(jié)果為^。依次用參數(shù)A,， A， /y為密鑰對^加密，加密采用約定的 對稱密碼體制，加密結(jié)果為^。 服務(wù)器將加密的內(nèi)容r,傳給用戶U。用戶端解密才莫塊依次用參數(shù)/^ Py， P,^對F,解密，解密采用約定
的對稱密碼體制，解密結(jié)果為^。用戶端按約定的格式在72中分別讀取^和《。
匹配器將&與^進行比對，如果&能夠與^有一個肯定的匹配(例如，&和 《來自同一個手指，虹膜等)，我們將執(zhí)行最終分層解密得到實際多媒體內(nèi) 容V。注意到下次用戶會想要播放多媒體數(shù)據(jù)，^將與《匹配，并如此進行下去。用戶端解密模塊依次用參數(shù)《，/ ， A, P犯盯對K解密，恢復(fù)出原始 的信息V，并通過媒體播放器和播放媒體(如顯示器、音箱等)播放。
在以上安全文件傳輸方案中，我們假設(shè)了少數(shù)人的應(yīng)用情況，其中的 解密文件V不儲存于用戶的電腦中，而是在其播放之前被解密。
從本發(fā)明的特點可以看出，其具有以下效果生物特征是對于一個個 體而言獨一無二的并因此能被用于個人身份鑒別的生理或行為特征(如指紋， 人臉，虹膜，筆跡等)。與基于標(biāo)志(如ID卡或鑰匙)和基于知識(如密碼 與pin碼)的鑒別不同，基于生物特征的身份鑒定技術(shù)具有不易遺忘或丟失， 不能被輕易地共享、偽造或猜出，"隨身攜帶"，隨時隨地可用等優(yōu)點，給 用戶的個人身份鑒別帶來更多的安全和方便。例如，在前面提到的Bob送給 Alice—個盜版文檔的場景中，現(xiàn)在Alice就需要拿出Bob的手指來對盜版數(shù)據(jù) 解碼，這是難以辦到的。同時，也不會限制合法用戶Bob在多臺機子上播放這 個媒體文件。
圖l是本發(fā)明實現(xiàn)多媒體內(nèi)容保護方案的流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖l具體介紹本發(fā)明的實現(xiàn)方法的步驟 參見附圖1,本發(fā)明是一種利用用戶的生物測定學(xué)特征加密數(shù)字多媒體內(nèi) 容的保護方案。該方案包含兩個通信實體，即多々某體內(nèi)容服務(wù)器S與用戶U, U 要接收并播放S中存儲的多々某體文件V。在文件傳遞過程中，為防止該文件被 非法共享，采用了對稱與非對稱密鑰加密結(jié)合的方案。為了防止解密密鑰的 非法共享，借助了用戶的生物測定學(xué)特征。并規(guī)定在通信開始前，雙方已 經(jīng)約定以下過程中采用的對稱及非對稱密碼體制，使用的Hash函數(shù)H()。用戶 端的設(shè)備如生物測定學(xué)傳感器、匹配器、解密模塊、媒體播放器和播放媒體 (如顯示器、音箱等)被假設(shè)安全地鏈接在一起，不容許竄改。其中，對稱 密鑰體制可以采用AES，DES，或者專門用于多媒體內(nèi)容力口密的秘密體制等。非 對稱密碼體制可以采用ECC或者RSA。 Hash函數(shù)可以采用SHA-l,SHA-256等。生
物測定學(xué)特征可以采用指紋，虹膜，臉型等的一種或多種結(jié)合。在選定的對 稱密鑰系統(tǒng)中，分層加密E(X， A, *2，…，yg表示先用&對文檔X加密，然 后再用^對其結(jié)果進行加密，如此進行下去。同樣，分層解密D(Y,、，…b， & )表示對文件Y解密，首先用密鑰、，然后對其結(jié)果用密鑰^,解密，如此進
行下去。
當(dāng)用戶U向服務(wù)器S請求多々某體內(nèi)容時，包括以下步驟 [1] 在通信開始前，用戶U端擁有的有效數(shù)據(jù)有用戶U的識別特性^， 比如用戶名。用戶選擇的加密解密階段的密碼&。 ％， t = 0， 1, 2…是在時
間t上獲取得用戶U的生物測定學(xué)數(shù)據(jù)。服務(wù)器S端擁有的有效數(shù)據(jù)有S的公
鑰與私鑰《與《，多々某體內(nèi)容V。 通信開始，用戶U端將自己的身份標(biāo)志4，選擇的多媒體加密密鑰 用戶的生物測定學(xué)數(shù)據(jù)《，用服務(wù)器S的公鑰《一并加密，將加密后的
數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器端。
服務(wù)器S用自己的私鑰/Q對接收的加密數(shù)據(jù)解密。注意有且僅有服
務(wù)器能對此加密的數(shù)據(jù)解密。
服務(wù)器S生成參數(shù)P犯盯，并用私鑰&對該參數(shù)加密(P^盯)， 加密結(jié)果發(fā)送給用戶U。 A,是服務(wù)器S，用戶U的識別特性^，內(nèi)容
V和一個時間標(biāo)記T的函數(shù)。用戶端解密才莫塊依次用H(&)，服務(wù)器公鑰《對接收到的數(shù)據(jù)解密 服務(wù)器S對要傳輸?shù)膬?nèi)容V進行分層加密<formula>formula see original document page 7</formula>按約定的格式連接^和W，結(jié)果為^，約定的格式可以是
<formula>formula see original document page 7</formula>。對^進行分層加密得到^<formula>formula see original document page 7</formula> 服務(wù)器將加密的內(nèi)容^傳給用戶U。用戶端解密模塊對^進行分層解密得到J<formula>formula see original document page 7</formula>[9]用戶端按約定的格式在^中分別讀取K和^。用戶端通過生物測定學(xué)傳感器獲得用戶此刻的生物測定學(xué)數(shù)據(jù)《， 匹配器將&與《進行比對，如果&能夠與《有一個肯定的匹配(例如，計算 ^和^之間的漢明距離。漢明距離定義為HD-^④B^/(M + iV),其中，#、 W 分別為特征模板的和^大小。當(dāng)HD在給定的閾值范圍內(nèi)，即可確定^和《
來自同一個手指，虹膜等)，執(zhí)行最終分層解密得到實際多媒體內(nèi)容。注意 到下次用戶會想要播放多媒體數(shù)據(jù)，B0U將與B2U匹配，并如此進行下去。用戶端解密模塊對^分層解密，得到<formula>formula see original document page 7</formula>)，恢復(fù) 出原始的信息V，并通過媒體播放器和播放媒體(如顯示器、音箱等)播放。
權(quán)利要求
1. 一種采用生物特征加密的數(shù)字內(nèi)容保護方法，其特征在于，包括以下步驟:(1)該方法包含兩個通信實體:服務(wù)器S與用戶U，通信開始前，雙方已經(jīng)約定以下過程中采用的對稱及非對稱密碼體制，使用的Hash函數(shù)；通信開始前用戶U端擁有的有效數(shù)據(jù)有:用戶U的識別特性IU；用戶選擇的加密解密階段的密碼PU；t＝0，1，2...是在時間t上獲取得用戶U的生物測定學(xué)數(shù)據(jù)；服務(wù)器S端擁有的有效數(shù)據(jù)有:S的公開鑰與私鑰與多媒體內(nèi)容V；(2)通信開始，用戶U端將自己的識別特性IU，選擇的多媒體加密密鑰PU，測定的生物測定學(xué)數(shù)據(jù)用服務(wù)器S的公開鑰一并加密，并將加密后的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器端；(3)服務(wù)器S用自己的私鑰對接收的加密數(shù)據(jù)解密；(4)服務(wù)器S生成參數(shù)PSUVT，并用私鑰對該參數(shù)加密，加密結(jié)果以PU的雜湊值H(PU)作為密鑰并使用約定的對稱密碼體制加密，加密結(jié)果發(fā)送給用戶U；PSUVT是服務(wù)器S，用戶U的識別特性IU，內(nèi)容V和一個時間標(biāo)記T的函數(shù)；(5)用戶端解密模塊依次用H(PU)，服務(wù)器公鑰對接收到的數(shù)據(jù)解密，得到PSUVT；(6)服務(wù)器S對要傳輸?shù)膬?nèi)容依次用參數(shù)PSUVT，PU，IU，為密鑰進行分層加密，加密采用約定的對稱密碼體制，加密結(jié)果V1；按約定的格式連接V1和結(jié)果為V2；依次用參數(shù)PSUVT，PU，IU為密鑰對V2加密，加密采用約定的對稱密碼體制，加密結(jié)果為Vf；(7)服務(wù)器將加密的內(nèi)容Vf傳給用戶U；(8)用戶端解密模塊依次用參數(shù)IU，PU，PSUVT對Vf解密，解密采用約定的對稱密碼體制，解密結(jié)果為V2；(9)用戶端按約定的格式在V2中分別讀取V1和(10)用戶端通過生物測定學(xué)傳感器獲得用戶此刻的生物測定學(xué)數(shù)據(jù)匹配器將與進行比對，如果能夠與有一個肯定的匹配，執(zhí)行最終分層解密得到實際多媒體內(nèi)容V；(11)用戶端解密模塊依次用參數(shù)IU，PU，PSUVT對V1解密，恢復(fù)出原始的信息V，并通過媒體播放器和播放媒體播放。
全文摘要
采用生物特征加密的數(shù)字內(nèi)容保護方法屬于信息安全技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用用戶的生物測定學(xué)特征加密數(shù)字多媒體內(nèi)容的保護方案，它基于用戶的生物測定學(xué)數(shù)據(jù)以及一個分層的加密解密方案，利用了對稱與非對稱密鑰系統(tǒng)的組合，通過將生物測定學(xué)數(shù)據(jù)用作密鑰以防止密鑰的非法共享。該方案包含兩個通信實體，即多媒體內(nèi)容服務(wù)器S與用戶U，U要接收并播放S中存儲的多媒體文件V。通信開始時用戶先將自己的生物測定學(xué)特征傳送給服務(wù)器，服務(wù)器利用該生物特征加密多媒體內(nèi)容發(fā)送給用戶，當(dāng)用戶的生物特征與加密密鑰匹配時才能收看該多媒體內(nèi)容，從而實現(xiàn)多媒體內(nèi)容的保護。
文檔編號H04L9/30GK101383701SQ20081022502
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者張素兵, 震 楊, 段立娟, 堅 王, 王明彥, 范科峰, 賴英旭, 雷建軍 申請人:北京工業(yè)大學(xué)