文档介绍：华中科技大学
博士学位论文
光盘版权保护系统若干关键问题的研究
姓名:刘军
申请学位级别:博士
专业:计算机系统结构
指导教师:谢长生;黄浩
20090511
华中科技大学博士学位论文
摘要
随着数字多媒体技术的飞速发展,数字版权管理系统日渐引起人们的重视。而
国内光盘应用市场的扩展,使得基于光盘的数字版权管理系统的研究已成为当前迫
切需要解决的问题。基于光盘的数字版权管理系统中,进行版权追踪的数字水印、
高效安全的数字视频加密、无状态设备的密钥管理是其三个主要研究方面。
作为一种新兴的有效处理盗版追踪的版权保护方法,数字水印技术已经成为数字
版权保护领域的一个研究热点。这里提出一种新的基于混沌加密的分块嵌入变换域
的图像数字水印方法。将二进制水印图像信息通过混沌序列进行加密,再使用 GRAY
码进一步置乱弱化水印信息,然后利用人类视觉模型特性,将置乱信号自适应地加
入到彩色载体图像蓝色分量离散余弦变换域的低频分量系数中。其次在此基础上进
一步给出一种盲水印植入算法。针对数字水印在图像中容易破坏同步信息的问题,
提出基于 SIFT 校正的水印提取方法,大大地提高了前面的水印算法的鲁棒性。最后
还给出了针对一种空域水印植入方法中同步信息破坏的问题,以 SIFT 算子来校正图
像的同步信息,并提高该空域水印算法的提取效率,增强了水印的鲁棒性。
由于音频视频数据量大,编码解码实时性要求高,如果只是简单应用基于文本
数据加密的传统加密算法会产生诸多弊端。通过深入研究了国内外视频加密算法的
发展现状,分析包括选择性加密方案在内的诸多视频加密方案的优缺点,发现为了
设计一个能满足光盘应用的视频加密方案的关键是从以下两个方面:如何减少加密
运算量开销,同时兼顾视频关键数据的安全性。为此,针对光盘版权管理应用提出
一种基于视频图像的分级安全方法。在此基础上,提出了一种新的基于 X264 编码视
频文件的 TWVEA 方案(Two-way Video Encryption Algorithm)。该算法改进 VEA 算法
选择关键数据进行加密、加密过程与视频编码相结合,这两项措施共同降低了加密
运算额外开销和冗余信息量。算法实现过程中首先研究了视频中待加密的关键数据
的选取,然后根据编码器的特点设计了视频加密最佳位置选取方案,最后用
AES(Advanced Encryption Standard)加密算法对选取的关键数据在最佳位置进行加
密,使用 VEA 算法对次关键数据进行加密,使用改进 VEA 算法对更次关键数据进
行加密。此外,通过基于视频图像的分级安全方法,提出另外一类组合是快速选择
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华中科技大学博士学位论文
性视频加密算法 CA-AES-Seal 组合加密方案。该加密方案在安全分级上,通过安全
性和加密速度的取舍,将高安全低解密速度的 AES 加密算法用于选取的关键数据的
加密,而较低安全高解密速度的 Seal 算法用次关键数据的加密,从而实现组合视频
快速加密解密。最后对基于 MPEG-2 编码视频文件的 RVEA 视频加密方案进行了分
析,发现基于视频图像的分级安全方法能够进一步改进 RVEA 视频加密方案的安全
性,同时能够兼顾视频加密运算开销,并给出了两个视频加密方案的速度对比分析。
根据无状态设备的特征,深入研究了国内外密钥管理算法的发展现状,首先介
绍了子集覆盖算法框架,并分析了完备子集和子集差分算法的具体算法描述,重点
分析了这些算法的优缺点。在此基础上,提出一种新的层次链式密钥管理方法,并
给出这种层次链式密钥管理方法的详细描述和安全性分析,最后给出几种无状态设
备密钥管理方法的仿真对比。
最后,从光盘版权管理系统的角度出发,给出一种光盘版权保护系统的框架,
给出系统版权保护中整个数据传递的密钥安全管理流程,并给出视频加密和密钥管
理方法在光盘版权保护系统中具体的应用,最后提出一种基于视频水印的追踪方法,
进一步完善整个光盘版权保护系统。
关键词:数字水印; 广播加密; 混合密码体制
II
华中科技大学博士学位论文
Abstract
With the development of digital multimedia technology, digital rights management
has e a pressing concern for the digital content business. With the widespread
applications of optical disc in China, copyrig