云環(huán)境下圖像信息資源共享的版權(quán)保護(hù)策略研究

朱 光 張軍亮 徐 芳

(南京大學(xué)信息管理學(xué)院，江蘇南京 210093)

云環(huán)境下圖像信息資源共享的版權(quán)保護(hù)策略研究

朱 光 張軍亮 徐 芳

(南京大學(xué)信息管理學(xué)院，江蘇南京 210093)

云計(jì)算理念的提出給圖像信息資源共享的發(fā)展帶來機(jī)遇的同時(shí)也提出了諸多挑戰(zhàn)。針對(duì)云環(huán)境下圖像信息資源共享中存在的版權(quán)保護(hù)問題，在分析圖像資源共享版權(quán)保護(hù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，利用數(shù)字水印技術(shù)對(duì)其中的版權(quán)標(biāo)記和資源認(rèn)證問題提出解決思路和應(yīng)用方案，以期更好地維護(hù)用戶和服務(wù)商的合法權(quán)利，最大程度地共享圖像信息資源。

圖像信息資源；信息資源共享;云計(jì)算;版權(quán)保護(hù);數(shù)字水印

1 引言

在多媒體技術(shù)飛速發(fā)展的今天，數(shù)字圖像以其逼真、形象、具體等特點(diǎn)躋身于主要信息形式之列。隨著用戶對(duì)圖像信息資源需求的日益提高，如何合理地組織網(wǎng)絡(luò)上日益增多的圖像資源，促進(jìn)圖像信息資源共享，已成為廣大學(xué)者關(guān)注的熱門問題。作為新一代的計(jì)算模式，云計(jì)算在存儲(chǔ)模式和計(jì)算理念上的創(chuàng)新為圖像信息資源共享提供了新的思路，可以有效地提高網(wǎng)絡(luò)圖像資源共享能力，避免資源重復(fù)建設(shè)，但同時(shí)也帶來了一系列需要解決的問題（如網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、服務(wù)商利益、數(shù)據(jù)安全等）。針對(duì)云環(huán)境下圖像信息資源共享中的版權(quán)保護(hù)問題，本文探討利用數(shù)字水印技術(shù)研究圖像信息資源共享的版權(quán)保護(hù)方案，以期對(duì)云環(huán)境下的圖像信息資源共享起到促進(jìn)作用。

2 圖像信息資源共享

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的圖像信息資源共享是指在自愿、平等、互惠的基礎(chǔ)上，不同機(jī)構(gòu)、群體利用各種技術(shù)、方法、途徑，按照互利互補(bǔ)的原則開發(fā)、組織、建設(shè)圖像信息資源，以最大程度地滿足用戶的需求[1]。

應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)則可極大地提高網(wǎng)絡(luò)圖像資源共享的能力，關(guān)于云計(jì)算，目前還沒有統(tǒng)一的定義，不同機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)云計(jì)算的含義有著各自的理解和闡述[2-5]。本文從信息資源建設(shè)和共享的角度，認(rèn)為云計(jì)算構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)信息共享空間，用戶可以通過計(jì)算中心從“云”服務(wù)器集群中的其他數(shù)據(jù)中心或服務(wù)器獲取本地沒有的信息資源。

相對(duì)于傳統(tǒng)的文本信息資源，圖像信息資源共享對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件、網(wǎng)絡(luò)帶寬、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間等方面的要求更高[6]。目前，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的圖像信息資源共享方式基本上有4類：行業(yè)圖像信息管理信息系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)上的專業(yè)圖庫、政府參與的圖像資源庫建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)圖像搜索引擎[7]，它們普遍存在著耗費(fèi)高、效率低、實(shí)用性不足等缺點(diǎn)。云計(jì)算理念的提出對(duì)圖像信息資源共享的發(fā)展有著極大的促進(jìn)，主要包括以下幾個(gè)方面：（1）云計(jì)算降低了軟硬件成本。用戶利用云層提供的Web應(yīng)用程序?qū)D像信息資源進(jìn)行處理、分析，客戶端計(jì)算機(jī)不再需要傳統(tǒng)桌面軟件所要求的處理能力和存儲(chǔ)空間，顯著地降低了軟硬件成本。（2）云計(jì)算提高了數(shù)據(jù)的安全性。圖像信息資源分布在云網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)集群服務(wù)器中，不必?fù)?dān)心因?yàn)橛布p壞或者病毒入侵所帶來的數(shù)據(jù)丟失，信息安全得到了很大程度的提高。（3）云計(jì)算提高了資源共享能力。不同數(shù)據(jù)庫或服務(wù)器由于地域和經(jīng)濟(jì)條件的差異，其擁有的圖像信息資源的數(shù)量和質(zhì)量也有所不同。用戶可以通過云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)提供的接口獲取其他數(shù)據(jù)庫所擁有的優(yōu)質(zhì)圖像信息資源，而各個(gè)服務(wù)器也可以將自己的特色資源上傳至“云”，分享給不同的用戶。

雖然云計(jì)算在圖像信息資源共享中有切實(shí)的可行性，但仍然有諸多急需解決的問題，如網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量問題、經(jīng)費(fèi)問題、版權(quán)保護(hù)問題等[8]。針對(duì)云環(huán)境下圖像信息資源共享中存在的版權(quán)保護(hù)問題，本文嘗試在云環(huán)境下，利用數(shù)字水印技術(shù)研究圖像信息資源共享的版權(quán)保護(hù)方案，尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán)，維護(hù)信息資源服務(wù)商的合法權(quán)利，使圖像信息資源能夠得到更好的共享。

3 圖像信息資源共享的版權(quán)保護(hù)

隨著多媒體技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，各種形式的多媒體數(shù)字作品紛紛以數(shù)字形式在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)表，這給用戶獲取、共享信息資源帶來了很大的便利。然而，這也使盜版者能以低廉的成本復(fù)制及傳播未經(jīng)授權(quán)的數(shù)字產(chǎn)品內(nèi)容。因此，數(shù)字產(chǎn)品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)所有者迫切需要解決版權(quán)保護(hù)問題。傳統(tǒng)密碼學(xué)的加密或置亂技術(shù)能保證數(shù)字產(chǎn)品內(nèi)容的安全傳送，但是，僅采用密碼技術(shù)的一大缺點(diǎn)是所加密的數(shù)字內(nèi)容在解密之后，就沒有有效的手段來保證其不被非法拷貝、再次傳播和盜用[9]。在此背景下，研究學(xué)者提出了數(shù)字水印的概念。

數(shù)字水印將版權(quán)所有者、發(fā)行者或使用者等信息嵌入到宿主數(shù)據(jù)中（如圖像信息資源），而且并不影響宿主數(shù)據(jù)的可用性，目的是鑒別出非法復(fù)制和盜用的數(shù)字產(chǎn)品，保護(hù)數(shù)字產(chǎn)品的合法拷貝和傳播[8]。數(shù)字水印按載體分類，可以分為圖像水印、視頻水印、音頻水印、文檔水印等；按外觀分類，可以分為可見水印和不可見水??；按加載方法分類，可以分為空間域水印和變換域水??；按水印特性分類，可以分為魯棒性水印和脆弱性水印[10]。

云環(huán)境下數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用是為圖像信息資源共享的版權(quán)保護(hù)提供技術(shù)支持，具體需實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：（1）為圖像信息資源的所有者或服務(wù)商提供方便靈活的版權(quán)注冊(cè)方式，為圖像信息資源提供數(shù)字水印保護(hù)，以防止版權(quán)偽造或惡意篡改。（2）為圖像信息資源的所有者、提供商和版權(quán)保護(hù)的工作人員提供所有權(quán)驗(yàn)證等功能。（3）為共享的圖像信息資源提供安全傳輸和存儲(chǔ)。（4）為圖像信息資源共享提供安全的使用平臺(tái)，保護(hù)版權(quán)所有者和合法用戶的權(quán)益，提供方便靈活的服務(wù)模式。

針對(duì)上述需求和目標(biāo)，云環(huán)境下圖像信息資源共享的版權(quán)保護(hù)應(yīng)包括共享圖像信息資源來源的版權(quán)標(biāo)記和共享圖像信息資源的真實(shí)性和完整性認(rèn)證兩方面內(nèi)容。因此，本文就數(shù)字水印技術(shù)在圖像信息資源共享的版權(quán)標(biāo)記和資源認(rèn)證中的應(yīng)用展開論述。

4 數(shù)字水印在版權(quán)保護(hù)中的應(yīng)用

4.1 應(yīng)用模型

圖1為云環(huán)境下數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用模型，云網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)數(shù)據(jù)中心或服務(wù)器向云端上傳、共享各自的特色圖像信息資源，為了保護(hù)信息資源提供商的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和合法權(quán)利，云端為共享的信息資源添加不同的版權(quán)標(biāo)記水印，當(dāng)用戶向云端提交圖像信息資源請(qǐng)求時(shí)，云端根據(jù)用戶的需求對(duì)共享的圖像信息資源添加內(nèi)容保護(hù)水印，以保證信息資源的真實(shí)性和完整性。下面就數(shù)字水印在圖像信息資源共享中版權(quán)標(biāo)記和資源認(rèn)證中的應(yīng)用展開論述。

蘇楠很意外。按理說，楊小水已經(jīng)五十多了，即使保命判無期，出來還能有幾天團(tuán)聚的日子？但李嶠汝卻為母親的案子辭了職，這就不像只是讓親朋好友看到自己盡了力那么簡(jiǎn)單了。

4.2 在版權(quán)標(biāo)記中的應(yīng)用

用于版權(quán)標(biāo)記的數(shù)字水印要具有很強(qiáng)的魯棒性和安全性，圖像信息資源在云環(huán)境下傳輸、共享的過程中可能會(huì)經(jīng)歷濾波、加信道噪聲、替換、壓縮等多種有意或無意的操作，水印需要在這些處理過程中保持其完整性，并能被準(zhǔn)確甄別[11]。

圖1 云環(huán)境下數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用模型

魯棒水印在版權(quán)標(biāo)記中的應(yīng)用框架主要包括4個(gè)功能模塊：注冊(cè)模塊、水印加載模塊、水印驗(yàn)證模塊和仲裁模塊。注冊(cè)驗(yàn)證模塊主要完成圖像信息資源所有者或提供商對(duì)云端系統(tǒng)的身份驗(yàn)證，并提出版權(quán)標(biāo)記申請(qǐng)；水印加載模塊實(shí)現(xiàn)云端系統(tǒng)對(duì)版權(quán)申請(qǐng)的受理及數(shù)字水印信息的加載；水印驗(yàn)證模塊主要實(shí)現(xiàn)資源擁有者對(duì)加載后的資源版權(quán)信息進(jìn)行審核、驗(yàn)證；仲裁模塊主要實(shí)現(xiàn)云端對(duì)引起版權(quán)糾紛的圖像信息資源的版權(quán)認(rèn)定。

（1）注冊(cè)驗(yàn)證模塊的功能實(shí)現(xiàn)

（a）云端系統(tǒng)向圖像信息資源服務(wù)商A簽發(fā)數(shù)字證書D，用于數(shù)據(jù)通信中的加密。

（b）A提出版權(quán)標(biāo)記申請(qǐng)時(shí)首先需要對(duì)云端系統(tǒng)進(jìn)行身份驗(yàn)證，A產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)r，利用云端系統(tǒng)的公開密鑰K對(duì)r進(jìn)行公鑰加密運(yùn)算，得到S(r,K)，并將S(r,K)發(fā)送至云端系統(tǒng)。

（c）云端系統(tǒng)接受到A發(fā)來的認(rèn)證信息后，利用系統(tǒng)私鑰KC對(duì)S(r,K)進(jìn)行解密得到隨機(jī)數(shù)r，并使用對(duì)A簽發(fā)的數(shù)字證書中的密鑰進(jìn)行加密得到S(r,D)，并發(fā)送至A。

（d）A收到S(r,D)后使用自己的私鑰進(jìn)行解密，得到r’。A通過比較r與r’是否相同對(duì)云端系統(tǒng)進(jìn)行身份驗(yàn)證。

（e）A使用數(shù)字證書密鑰將自己的版權(quán)信息L（序列或者圖像）加密后發(fā)送至云端系統(tǒng)，云端系統(tǒng)解密后則完成版權(quán)信息的注冊(cè)驗(yàn)證。

（2）水印加載模塊的功能實(shí)現(xiàn)

（a）云端系統(tǒng)首先利用對(duì)A的申請(qǐng)時(shí)間進(jìn)行簽名，得到時(shí)間戳T，并從魯棒水印候選算法庫中選擇一個(gè)有效的算法，將[L,T]作為水印信號(hào)加載到A的圖像信息資源M上，得到Mw。

（b）云端系統(tǒng)將服務(wù)商A的個(gè)人信息、資源信息、版權(quán)信息及水印加載算法等數(shù)據(jù)保存至云端服務(wù)器，以便檢索。

（e）云端系統(tǒng)將Mw通過安全信道發(fā)送至A。（3）水印驗(yàn)證模塊的功能實(shí)現(xiàn)

服務(wù)商A在收到加載水印后的資源Mw后，根據(jù)云端服務(wù)器記錄中的水印加載算法，使用相應(yīng)的水印提取算法，檢測(cè)Mw中是否含有水印信息。如果Mw中不包含水印信息，或者水印信息與自己提供的版權(quán)信息不相符，可以向云端服務(wù)器提出核查申請(qǐng)，云端系統(tǒng)可對(duì)A的復(fù)查請(qǐng)求做出快速反應(yīng)。

（4）仲裁模塊的功能實(shí)現(xiàn)

服務(wù)商A在認(rèn)為版權(quán)收到侵害時(shí)，如A與B之間因?yàn)橘Y源Mw’產(chǎn)生版權(quán)糾紛，則A可以向云端系統(tǒng)申請(qǐng)對(duì)版權(quán)進(jìn)行驗(yàn)證。云端系統(tǒng)檢測(cè)原始資源M和版權(quán)糾紛資源Mw’的相關(guān)信息，與數(shù)據(jù)庫中的記錄進(jìn)行比對(duì)，判斷版權(quán)的歸屬。

至此，版權(quán)標(biāo)記的模塊功能已全部實(shí)現(xiàn)。

4.3 在圖像信息資源認(rèn)證中的應(yīng)用

云環(huán)境下數(shù)字水印在圖像信息資源認(rèn)證中的應(yīng)用包括對(duì)資源真實(shí)性、完整性的保護(hù)，有兩方面的含義：一是只要圖像中的場(chǎng)景、對(duì)象等信息沒有被篡改，且保持較好的視覺質(zhì)量，則認(rèn)為圖像內(nèi)容是完整的。對(duì)圖像壓縮、傳輸過程中的噪聲干擾等造成的圖像像素的變化是允許的。二是不僅需要判斷圖像是否被篡改，還需要確定被篡改的位置，從而推斷篡改者的意圖。因此，用于圖像信息資源完整性、真實(shí)性保護(hù)的數(shù)字水印應(yīng)具備以下特征：（1）良好的透明性和不可見性，保護(hù)原始圖像資源的使用價(jià)值。（2）具有一定的魯棒性，對(duì)一些常規(guī)的操作(如JPEG壓縮、加噪、濾波等)保持一定的魯棒性。（3）標(biāo)識(shí)能力，即數(shù)字水印除了可以檢測(cè)被保護(hù)圖像中的任何非法篡改，還需要對(duì)篡改進(jìn)行定位。（4）安全性。數(shù)字水印技術(shù)的安全性來源于兩方面，一是不可覺察性，二是傳統(tǒng)密碼學(xué)對(duì)信息的保護(hù)[12]。一個(gè)成熟的水印系統(tǒng)其算法應(yīng)完全公開，從而安全性完全依賴于密鑰，因此算法的密鑰空間應(yīng)足夠大。

圖2 云環(huán)境下水印認(rèn)證的應(yīng)用框架

數(shù)字水印在資源認(rèn)證中的應(yīng)用框架如圖2所示。云端系統(tǒng)首先將圖像資源的特征信息或自定義信息（圖像標(biāo)志或序列號(hào)）轉(zhuǎn)變?yōu)樗⌒盘?hào)，選擇合適的嵌入算法嵌入原始圖像中。嵌入水印后的圖像資源經(jīng)上傳、共享后，可能會(huì)遭受惡意的篡改或攻擊，因此需要云端系統(tǒng)通過檢測(cè)算法對(duì)其進(jìn)行真實(shí)性和完整性的認(rèn)證。檢測(cè)認(rèn)證時(shí)，不需要原始圖像，只是通過可能遭篡改的圖像，或者再加上水印信息，即可判斷圖像是否遭到篡改。 在實(shí)際應(yīng)用中， 為了保證安全性，可以在嵌入和檢測(cè)的過程中加入密鑰。

5 結(jié)語

云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的成熟極大地提高了圖像信息資源共享的能力。在云環(huán)境下，充分享用圖像信息資源的同時(shí)，需要對(duì)信息資源的版權(quán)提供強(qiáng)有力的保護(hù)，從而尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán)，保護(hù)用戶和信息資源服務(wù)商的合法權(quán)利。數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用是目前云環(huán)境下版權(quán)保護(hù)的可行思路，可以為圖像信息資源共享的版權(quán)標(biāo)記和資源認(rèn)證提供解決方案，從而能更好地促進(jìn)圖像信息資源共享。

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Research on the Copyrigh t Protection Strategy of Im age In form ation Resource Sharing in Cloud Environment

Zhu Guang, Zhang Junliang, Xu Fang
(School of Information Management, Nanjing University, Nanjing 210093)

The concept of cloud computing has brought opportunities as well as challenges to the development of im age information resource sharing. Based on the analysis of copyright protection content for image resource sharing, this paper proposes train of thought and scheme that are the digital watermark solutions to the copyright signature and resource certification problem s of image in form ation resource sharing, aim ed at protecting the legitimate rights of users and providers and sharing image information resource better.

image information resource, cloud computing, copyright protection, digital watermark

G252

：ADOI：10.3772/j.issn.1674-1544.2013.01.018

朱光（1986- ），男，南京大學(xué)信息管理學(xué)院博士研究生，研究方向：多媒體信息處理與檢索、信息安全。

2012年10月24日