Регистрация / Вход
Прислать материал

Коды цифровых отпечатков пальцев для мультимедийного контента

Сведения об участнике
ФИО
Егорова Елена Евгеньевна
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Информационные технологии и вычислительные системы
Раздел области наук
Информационные технологии
Тема
Коды цифровых отпечатков пальцев для мультимедийного контента
Резюме
Данная работа посвящена исследованию технологии цифровых отпечатков пальцев для решения задачи разработки средств защиты информации от нелегального распространения и перепродажи. В первой части данной работы дается формальная постановка этой задачи и краткий обзор литературы по данной тематике, а частности описаны две основные модели - дискретная и непрерывная (мультимедийная). Во второй части работы дается строгая математическая формулировка мультимедийной версии задачи. В третьей части работы предложена более корректная формулировка задачи цифровых отпечатков пальцев для мультимедийного контента и представлены решения, улучшающие известные на сей день результаты.
Ключевые слова
коды цифровых отпечатков пальцев, задача поиска "(видео)пиратов", дизъюнктивные коды, канал множественного доступа, коды с идентификацией родителей (IPP-коды)
Цели и задачи
Цель работы заключается в разработке и усовершенствовании средств и методик, позволяющих предотвращать нелегальное распространение и перепродажу цифрового контента, в частности, речь пойдет о технике цифровых отпечатков пальцев. Задачи, поставленные в рамках данной работы, заключаются в следующем: анализ существующих математических моделей применения техники цифровых отпечатков пальцев для различных предположений о представлении цифрового контента; разработка новых методик, позволяющих усовершенствовать существующие результаты для мультимедийной модели.
Введение

В эру цифровых технологий остро встает проблема защиты контента от нелегальной перепродажи. Известная техника цифровых водяных знаков - внедрение в каждую копию уникальной метки - позволяет бороться только с одним видео-пиратом. Однако, уникальность марки является лишь необходимым, но недостаточным условием поимки злоумышленника в случае, когда несколько пользователей объединяются в коалицию с целью порождения новой копии контента не принадлежащей ни одному из легальных покупателей. Цель продавца тогда - разработать множество меток (цифровых отпечатков пальцев) для противостояния такого рода атакам. В работе дается обзор двух математических моделей -- дискретной и непрерывной (мультимедийной). Для последней даются новые результаты.

Методы и материалы

В дискретной модели копия продаваемого контента представляется вектором над конечным алфавитом, некоторые позиции которого отведены под уникальную метку - цифровой отпечаток. Предполагается, что участники коалиции для создания поддельной копии вычисляют позиции несовпадения копий и меняют в них значения. Задача состоит в разработке множества, называемого кодом, внедряемых меток наибольшей возможной мощности, позволяющего по поддельной копии определять хотя бы одного участника коалиции. Данная модель достаточно хорошо изучена в литературе, сформулированы и доказаны условия существования хороших кодов, позволяющих определять злоумышленников с некоторой точностью, в том числе и с абсолютной

При непрерывной (мультимедийной) постановке оригинальный контент представлен вектором над действительными числамиВнедряемые метки - это элементы линейной оболочки ортонормированной системы шумоподобных сигналовКопия контента - это сумма вектора оригинального контента и вектора-метки. Предполагается, что пользователи не имеют никакой информации о "базисе" внедряемых меток. Поддельный контент - это линейная комбинация векторов, принадлежащих пользователям из коалицииОсновная задача  аналогична дискретной модели. Данная модель относительно молодая и не так хорошо изучена, как дискретная. Опираясь на методы теории кодирования и группового тестирования - различные вариации дизъюнктивных и разделяющих кодов - в работе будут даны новые решения мультимедийной версии задачи.

Описание и обсуждение результатов

В данной работе дается формальная постановка задачи цифровых отпечатков пальцевзатем приводится описание существующих вариаций данной проблемы и соответствующие им математические модели. Также приведен краткий обзор литературы, подчеркивающий основные этапы и пути развития в решении проблемы цифровых отпечатков. В частности, дается подробное описание модели цифровых отпечатков пальцев в случае мультимедийного контента, а также формулируются задачи, возникающие в рамках данной модели. 

В работе был проведен анализ существующих на сегодняшний день результатов для мультимедийной версии задачи. Было замечено, что существующие на сегодняшний день модели недостаточно точно отражают истинную ситуацию - большинство авторов, чьи работы посвящены случаю мультимедийного контента, полагают, что стратегия, которой придерживаются коалиции при порождении новых версий контента, всем известна и заключается в "усреднении" версий, принадлежащих участникам коалиции. Такое видение проблемы не является корректным, так как выбор коэффициентов "усредненной" версии является тайной  членов коалиции, и дистрибьютор должен обладать алгоритмом, способным противостоять любой такой стратегии коалиции. Поэтому, в работе исследуется более общий случай - коэффициентами линейной комбинации поддельного вектора являются произвольны неотрицательные числа, в сумме дающие единицу. Также, одним из требований продавца является то, что коды должны быть хорошими в смысле скорости, иными словами множество меток должно иметь мощность, зависящую экспоненциально от длины кода. Однако, в предыдущих работах это не было достигнуто. 

Основным результатом данной работы является отказ от усредняющей стратегии и доказательство существования кодов желаемой мощности, в частности даются оценки на порядок скорости таких кодов. Также показывается, что такие коды позволяют восстанавливать всех участников виновной коалиции, что сильно отличает мультимедийную постановку задачи от дискретной.   Ко всему прочему, было замечено, что данная постановка задачи и требуемые в ней коды, эквивалентны задаче о А-канале ограниченного множественного доступа с двумя частотами. 

Во-вторых, были даны оценки на скорость кодов, предназначенных для случая, когда от алгоритма "декодирования" требуется восстановления хотя бы одного участника виновной коалиции, а не всей коалиции. Показывается, что, в  отличии от дискретной модели, в которой двоичных кодов с аналогичным свойством не существует, это сделать возможно

Используемые источники
Chor, B., Fiat, A., Naor, M. (1994, January).
Tracing traitors. In Advances in cryptology—CRYPTO'94 (pp. 257-270). Springer Berlin Heidelberg.

K.J.R.Liu, W.Trappe, Z.J.Wang, M.Wu and H.Zhao.: Multimedia Fingerprinting Forensics for Traitor Tracing, NY: Hindawi, 2005.

W.H.Kautz and R.R.Singleton Nonrandom binary superimposed codes. IEEE Trans. Inform. Theory}, 10(4):363--377, 1964.

Sagalovich Yu.L., "Separating systems", Problems of Information Transmission, vol.30, no.2, pp. 105-123, 1994.

Chang S. C., Wolf J. K. On the T-user M-frequency noiseless multiple-access channel with and without intensity information //Information Theory, IEEE Transactions on. - 1981. - V. 27. - issue 1. - p. 41-48.

Csros M., Ruszinko M. Single-user tracing and disjointly superimposed codes //Information Theory, IEEE Transactions on. – 2005. – Т. 51. – №. 4. – С. 1606-1611.
Information about the project
Surname Name
Egorova Elena
Project title
Multimedia Digital Fingerprinting Codes
Summary of the project
The subject matter of that paper is a problem of methods aimed to prevent illegal redistribution of digital content. In particular, we investigated the techniques of digital fingerprints and the ways they can be used to allow distributor to identify the guilty users (pirates) from malicious coalitions. Firstly, we presented two main mathematical models: discrete and continuos, also called multimedia. For each model we described the current results and for the multimedia one we proposed new results and improvements. More precisely, we considered more general case which is free from some additional assumptions, such as averaging assumption, that were made in previous works. Moreover, for different types of tracing requirements we proposed good constructions which are much better than those presented in previous works.
Keywords
digital fingerprinting codes, IPP codes, multimedia digital fingerprinting codes, multiple access channel, superimposed codes, separating codes