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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Techniken zum Kennzeichnen digitaler
Daten mit Wasserzeichen und insbesondere das Kennzeichnen digitaler
Daten, wie Bilder- und Audiodaten, mit Wasserzeichen, um die Urheberschaft
zu authentifizieren.
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HINTERGRUND
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Durch
das schnelle Anwachsen des elektronischen Handels in den letzten
Jahren gewinnt die gesicherte Datenübertragung mehr und mehr an
Bedeutung. Um zu verhindern, daß nicht
autorisierte Parteien sich unbefugt elektronische Daten aneignen,
wurden kryptographische Verfahren verwendet, um digitale Daten zwischen
beteiligten Parteien zu übertragen,
um sich vor unerwünschter
Veröffentlichung
gegenüber
weiteren Parteien zu schützen.
Es können
zahlreiche Arten von Daten mittels Kryptographie übertragen
werden, um die Daten zu schützen,
beispielsweise militärische
Informationen, Finanztransaktionen, persönliche Daten, und ähnliches.
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In
dem Bereich des Schutzes von Rechten, die Original-Kunstwerke oder
literarische Werke betreffen, entstanden in der Vergangenheit die
meisten Verletzungen durch nicht autorisierte Parteien, von denen
physische Kopien autorisierter Kopien der Original-Werke (beispielsweise
urheberrechtlich geschützte)
erstellt wurden. Kopien körperlichen
künstlerischen
Materials, beispielsweise urheberrechtlich geschützte Malereien, Photographien,
Tonaufzeichnungen und analoge Audiobänder, sind üblicherweise gegenüber den
Originalen merklich verschlechtert. Die Verschlechterung der Wiedergabetreue
beim Kopierprozeß,
beispielsweise beim Photokopieren oder Photographieren, ist ein
Faktor, der davon abhält,
solches Material nicht autorisiert zu kopieren. Heutzutage werden
zahlreiche visuelle, auditive, literarische oder andere geschützte Werke
digital gespeichert und übertragen.
Solches digitale Material kann wiederholt kopiert werden, ohne daß sich die
Wiedergabetreue wesentlich verschlechtert. Das Risiko für den Eigentümer eines
originalen künstlerischen
Werks oder eines geschützten
Werks besteht darin, daß die Überprüfung, ob
die vermuteten bzw. in Frage stehenden Daten von den im Original übertragenen
Daten kopiert wurden, beispielsweise digitale Daten eines Kunstwerks, üblicherweise
unmöglich
ist, sobald die digitalen Daten übertragen
wurden, wenn Daten gefunden werden, von denen vermutet wird, daß diese
Kopien der übertragenen
Daten sind.
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In
jüngster
Zeit wurde das Kennzeichen mit digitalen Wasserzeichen (digital
watermarking) als Sicherheitstechnik entwickelt, um die Identifikation
der Quelle des digitalen Materials zu vereinfachen, um beispielsweise
Urheberrechte durchzusetzen. Das Wasserzeichen ist ein Identifikationscode,
der in den originalen digitalen Daten eingebettet ist und vorzugsweise
für den
menschlichen Betrachter eines Kunstwerks nicht erkennbar ist. Ein
Beispiel eines Schemas zum Kennzeichnen mit Wasserzeichen (watermarking)
umfaßt
das Einfügen
einer Identifikationsfolge in ein digitales Audiosignal, um die
unwesentlichen Bits zufällig
ausgewählter
Audioabtastwerte durch die Bits eines Identifikationscodes zu ersetzen.
Ein weiteres Beispiel des Kennzeichnens mit Wasserzeichen, das das
Kennzeichnen von digitalen Videowerken mit Wasserzeichen betrifft, umfaßt das Zuweisen
eines vorbestimmten Wert zu einem vorbestimmten Codierungsparameter,
der erfordert, falls dieser modifiziert wurde, daß eine Vielzahl
weiterer Parametern modifiziert werden müssen, um das Videosignal korrekt
zu decodieren. Bei einer Wasserzeichen-Technik wird jede Kopie eines
Objekts mit einem Identifikationscode markiert. Ein neueres Wasserzeichen-Schema
wurde vorgeschlagen, in dem ein zweidimensionales Spread-Spectrum-Signal
zu einem Bild hinzugefügt
wird. Um das Wasserzeichen in einem vorgegebenen Bild zu überprüfen, wird
das originale Bild von dem gegebenen Bild abgezogen und die Korrelation
des Differenzbilds mit dem Wasserzeichen-Signal wird berechnet.
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Obwohl
bei der Kennzeichnung digitaler Daten mit Wasserzeichen zahlreiche
Fortschritte erzielt wurden, weisen im allgemeinen die bekannten
Techniken zum Kennzeichnen mit Wasserzeichen eine Vielzahl von Nachteilen
auf. Es ist oft notwendig, daß das
Originalbild in Gegenwart des Wasserzeichens überprüft wird. Ein wesentliches Problem
für den Überprüfungsprozeß besteht
in manipulativen Operationen, wie das Entfernen eines Teil des Werks,
um diesen auszuschneiden, und das Skalieren, um ein Werk mit einer
größeren oder kleineren
Abmessung zu erhalten. Oftmals ist das Schema zum Kennzeichnen mit
Wasserzeichen umkehrbar, das heißt, daß ein Angreifer (oder Nachbilder)
ausgehend von dem ersten mit Wasserzeichen gekennzeichneten Bild,
jedoch ohne Wissen bezüglich
des ersten Wasserzeichens in der Lage wäre, ein zweites Bild und ein zweites
Wasserzeichen zu berechnen, so daß das Einfügen des zweiten Wasserzeichens
in das zweite Bild zu dem ersten mit Wasserzeichen gekennzeichneten
Bild führen
würde.
Solche umkehrbaren Wasserzeichen-Schemata können die Überprüfung von authentischen Kopien
eines geschützten
Werks schwierig gestalten. Ferner kann dies zu Inhaberschaftsstreitigkeiten
bezüglich
wertvoller digitaler Daten führen,
da eine skrupellose Person sich das mit Wasserzeichen gekennzeichnete
Material unbefugt aneignen könnte,
dieses von dessen eigenen Wasserzeichen trennen und behaupten könnte, daß das resultierende
Ergebnis ihr eigenes wäre.
Oftmals können
bei üblichen
Wasserzeichen-Techniken Änderungen
im Kontrast oder in der Helligkeit die Überprüfungsalgorithmen fehlleiten,
wodurch diese weniger zuverlässig
werden. Ferner bieten viele der Wasserzeichen-Schemata keinen Mechanismus,
um Wasserzeichen zu erzeugen und zu verwalten. Dies bedeutet, daß die Gefährdung der
Geheimhaltung des Wasserzeichens den Schutz aller Werke gefährden würde, wenn
das gleiche Wasserzeichen zum Schützen zahlreicher Werke verwendet
würde.
Es ist daher wünschenswert,
eine Wasserzeichen-Technik vorzusehen, die diese Nachteile überwinden
kann. Die vorliegende Erfindung bietet eine Wasserzeichen-Technik,
die gegenüber
Beschneiden unempfindlich, nicht umkehrbar und gegenüber Helligkeits-
oder Kontraständerungen
unempfindlich ist, und die ferner andere in Beziehung stehende,
mit Wasserzeichen gekennzeichnete Werke nicht gefährdet, wenn
der Mechanismus des Kennzeichnens mit Wasserzeichen eines mit Wasserzeichen
gekennzeichneten Werk durch dieses offenbart wird.
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Die
Veröffentlichung „A Robust
Content Based Digital Signature For Image Authentication", von M. Schneider
et al., Proceedings of the 1996 IEEE International conference in
Image Processing, Band 3, 16.-19. September 1996, Seiten 227-230
(XP002090178), beschreibt ein Verfahren zum Gestalten inhaltsbasierter
Signaturen, die bestimmte Typen der Bildmodifizierung zulassen,
jedoch andere Typen verhindern. Die Veröffentlichung „Digital
watermarking", von
Delaigle, J.F. et al., Proceedings of the SPIE, Band 2659, 1. Februar 1996,
Seiten 99-110 (XP000604065), beschreibt ein Verfahren, um digitale
Bilder mit einem unsichtbaren Wasserzeichen zu markieren. Die Ermittlung
des Wasserzeichens umfaßt
einen Korrelationsprozeß.
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ABRISS DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung, wie sie in den angefügten Ansprüchen dargelegt ist, sieht eine
Technik zum Identifizieren eines digitalen Objekts mittels eines
digitalen Wasserzeichens vor. Diese Technik kann unter Verwendung
von Computern einfach implementiert werden. Die Technik umfaßt Verschlüsseln von
Daten, die von einem Satz Quelldaten eines digitalen Objekts abgeleitet
wurden, Ableiten eines Wasserzeichens von den verschlüsselten
Daten und Aufnehmen des Wasserzeichens in die Quelldaten. Vorzugsweise
werden die Quelldaten des digitalen Objekts mittels einer Hash-Funktion verarbeitet,
um eine Nachrichtenzusammenfassung (message digest) (M) des digitalen
Objekts zu erhalten, und die Nachrichtenzusammenfassung (M) wird
mit einem Signatur-Verschlüsselungsschlüssel verschlüsselt, um
eine verschlüsselte
Nachrichtenzusammenfassung (S) zu erhalten. Ferner wird die Verschlüsselung
der Nachrichtenzusammenfassung (M) vorzugsweise mit einem Verschlüsselungssystem
mit öffentlichem
Schlüssel/privaten
Schlüssel
(private key/public key) ausgeführt.
Da die bevorzugte Ausführung
darin liegt, die Quelldaten mit einer Einweg-Hash-Funktion zu verarbeiten,
um eine Nachrichtenzusammenfassung zu erreichen, wird aus Gründen der
Klarheit und der Einfachheit der zur Verschlüsselung vorgesehene Datensatz,
welcher von dem Quelldaten-Satz abgeleitet wurde, als „Nachricht" oder „Nachrichtenzusammenfassung" bezeichnet, obwohl
diese nicht notwendiger Weise mittels einer Einweg-Hash-Funktion verarbeitet
wurden. Der Satz verschlüsselter
Daten wird hier aus dem gleichen Grund „verschlüsselte Nachrichtenzusammenfassung" genannt.
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Die
vorliegende Wasserzeichen-Technik ist vielseitig und kann vorzugsweise
verwendet werden, um eine Vielzahl digitaler Objekte, einschließlich Audio-,
Video-, Bild- oder Multimediadaten, und ähnliches, mit Wasserzeichen
zu kennzeichnen. Ferner bietet die vorliegende Technik eine hohe
Sicherheit, da sie von Angreifern nicht einfach überwunden werden kann. Beispielsweise
durch Verwendung einer Hash-Funktion in Verbindung mit einer Verschlüsselung,
bei der ein privater Schlüssel
geheimgehalten bleibt, bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil,
daß sie
nicht umkehrbar ist, im Gegensatz zu vielen üblichen Wasserzeichen-Techniken.
Es ist daher für
einen Angreifer sehr schwierig, das originale Wasserzeichen aufgrund
der Veröffentlichung
unmittelbarer Information zurückzuberechnen.
Um die Sicherheit ferner zu erhöhen,
wird in einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung ein Verschlüsselungssystem mit öffentlichem
Schlüssel
(public key encryption system) verwendet. Daher kann ein vermutetes
bzw. in Frage stehendes Objekt (das heißt ein Objekt, von dem vermutet
wird, daß es
von einem Original, beispielsweise einem urheberrechtlich geschützten Objekt,
kopiert wurde) mit dem öffentlichen
Schlüssel
des Eigentümer
des originalen Objekts überprüft werden, um
zu ermitteln, ob das Wasserzeichen vorhanden ist, ohne andere mit
Wasserzeichen gekennzeichnete Objekte zu gefährden. In der Ausführung, in
welcher eine Verschlüsselungstechnik
mittels eines öffentlichen Schlüssels verwendet
wird, kann die Eigentümerschaft
eines Objekts gegenüber
einer neutralen Partei, beispielsweise ein Gericht, dargestellt
werden, indem nur der öffentliche
Schlüssel
des Eigentümer
des Objekts verwendet wird, ohne daß eine Offenlegung des privaten
Schlüssels
durch dessen Eigentümer
notwendig ist. Ferner wird das Wasserzeichen durch verlustbehaftete
Komprimierung (bei der zur Verringerung der Dateigröße Information,
die für
die Wahrnehmung weniger wichtig ist, abgetrennt wird), oder durch
Entfernen bzw. Beschneiden (cropping) (indem ein Teil des Objekts
abgeschnitten wird), nicht entfernt. In der Ausführung, in welcher der Wasserzeichenvektor
orthogonal zu demjenigen Pixelvektor ist, in den das Wasserzeichen
eingefügt
werden soll, führen Änderungen
in der Helligkeit oder im Kontrast nicht zu einer Fehleinschätzung durch den Überprüfungsalgorithmus.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegenden Figuren wurden hinzugefügt, um die Ausführungen
der Technik der vorliegenden Erfindung besser darzustellen. In diesen
Figuren werden in verschiedenen Ansichten gleiche Merkmale mit den gleichen
Bezugszeichen dargestellt.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine Ausführung
der Wasserzeichen-Technik der vorliegenden Erfindung darstellt.
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2 ist
ein Blockdiagramm, das eine Ausführung
der Wasserzeichen-Technik von 1 detaillierter darstellt.
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3 zeigt
ein Flußdiagramm
einer Ausführung
eines mit Wasserzeichen gekennzeichneten Objekts, das gemäß der vorliegenden
Erfindung aus einem digitalen Objekt erhalten wurde.
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4 zeigt
gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung, wie ein in Frage stehendes Objekt bewertet
wird, um zu ermitteln, ob es von einem mit Wasserzeichen gekennzeichneten
Objekt abgeleitet wurde.
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5 zeigt
ein Bild, das ausgehend von einem digitalen Bild gedruckt wurde.
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6 zeigt
ein Bild, das ausgehend von einem digitalen Bild gedruckt wurde,
wobei in das digitale Bild von 5 ein Wasserzeichen
aufgenommen wurde.
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7 zeigt
eine Korrelationsspreizung von 6.
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8 zeigt
ein abgeschnittenes, mit dem JPEG-Verfahren komprimiertes und mit
Wasserzeichen gekennzeichneten Bild von 5, wodurch
die Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Störung
durch Kompression oder Beschneiden dargestellt wird.
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9 zeigt
eine Korrelationsspreizung von 8, wodurch
die Empfindlichkeit der Auswertung hinsichtlich des Vorliegens eines
Wasserzeichens in dem Objekt dargestellt wird, selbst wenn das Objekt
beschnitten und komprimiert wurde.
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10 zeigt
ein abgetrenntes (truncated), mit Wasserzeichen gekennzeichnetes
Bild von 5, wodurch die Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Störungen
durch Abtrennen (truncation) dargestellt wird.
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11 zeigt
eine Korrelationsspreizung von 10, wodurch
die Empfindlichkeit der Auswertung hinsichtlich des Vorliegens eines
Wasserzeichens in dem Objekt dargestellt wird, selbst wenn das Objekt
abgetrennt (truncated) wurde.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Die
vorliegende Erfindung sieht eine Technik zum Einfügen eines
digitalen Wasserzeichens in ein digitales Objekt sowie zum Auswerten
eines digitalen Objekts bezüglich
des Wasserzeichens vor. Bei der Ableitung des Wasserzeichens wird
eine Verschlüsselungstechnik
verwendet, und das Wasserzeichen wird in das digitale Objekt derart
eingefügt,
daß es
für einen
Angreifer (d.h. jemand, der die mit Wasserzeichen gekennzeichneten
Daten fälscht,
um das Wasserzeichen zu entfernen oder zu ändern) sehr schwierig wird,
das digitale Original-Objekt aus dem mit Wasserzeichen gekennzeichnete
digitale Objekt abzuleiten. Das digitale Objekt ist gegenüber Beschneiden
(cropping), Skalieren und unbeabsichtigte Störungen resistent, sowie gegen absichtliches
Entfernen oder Korrumpieren des Wasserzeichens durch einen Angreifer.
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Ein
digitales Objekt, das mit der Technik der vorliegenden Erfindung
mit Wasserzeichen gekennzeichnet werden kann, wird als „physikalisches
Objekt" bezeichnet,
da es ein digitales visuelles Bild, ein digitales Audioprogramm,
beispielsweise Musik; digitale Fühldaten,
beispielsweise Daten, die in taktile Information umgewandelt werden
können
und durch Berührung
gefühlt
werden können;
Multimedia-Daten oder einfache digitale Datenketten, die in einzelne
Segmente unterteilt werden können,
welche in Spalten und Reihen von „Pixel" angeordnet werden können, sein kann. Ein offensichtliches
Beispiel für
solche Pixel wären
bei einem Bild die Pixel der digitalen Information, welche sich
durch Einscannen einer Farbphotographie in digitale Information
ergibt, die Zeilen und Spalten mit Farbpunkten (üblicherweise im Bereich der
visuellen Anzeigetechnik als „Pixel" bekannt) darstellen
können.
Daher kann eine digitalisierte Photographie hunderte Pixelzeilen
und -spalten enthalten. Jedoch können
in dieser Offenbarung „Pixel" die diskreten Segmente
digitaler Daten für
andere Typen digitaler Information sein, beispielsweise die oben
genannten. In dem Fall der Tonaufnahme kann beispielsweise ein Tonsignal
mittels eines A/D-Umwandlers abgetastet werden, der Abtastwerte
mit Werten ausgeben würde,
die für
die Merkmale des Tonsignals zu bestimmten Zeitabschnitten repräsentativ
wäre. Die Technik
zum Erhalten von Datenpixel bezüglich
visueller Bilder, Audiosignale und anderen Datenströmen sind im
Stand der Technik gut bekannt. Jede übliche Technik zum Erhalten
von digitalen Objekten ist anwendbar. Als weiteres Beispiel kann
eine digitale Kamera oder eine Graphiksoftware, die auf einem Computer
abläuft, verwendet
werden, um digitale Bilder direkt zu erzeugen. In gleicher Weise
kann Musik mittels A/D-Umwandlern von Tonwellen in digitale Daten
umgewandelt werden. Diese digitalen Objekte sowie andere Typen digitaler
Objekte sind in de vorliegenden Erfindung anwendbar.
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Eine
Ausführung
der Wasserzeichen-Technik der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt.
Ein digitales Objekt, I(i, j) mit m Pixelzeilen und n Pixelspalten
wird mit einer Hash-Funktion 100 verarbeitet (beispielsweise
eine Einweg-Hash-Funktion
wie die MDS-Funktion), wodurch sich eine Nachrichtenzusammenfassung
M ergibt. Die Funktion der Hash-Funktion liegt darin, die Eingangsdaten
I(i, j) zu nehmen, und diese in einer Folge (Hash) mit fester Größe umzuwandeln,
vorzugsweise in eine wesentlich kürzere Folge für ein langes
Objekt der Eingangsdaten I(i, j), ähnlich wie ein Fingerabdruck.
Vorzugsweise wird der Hash so erzeugt, daß es sehr schwierig ist, aus
dem Hash, d.h. aus der Nachrichtenzusammenfassung M, die originalen
Eingangsdaten zu erzeugen. Diese Schwierigkeit der Rückberechnung
ist vorteilhaft, da ein Angreifer eventuell in der Lage wäre, das
Wasserzeichen zu entfernen oder zu ändern, wenn er ausgehend von
dem Hash die Eingangsdaten ableiten könnte. In dem Stand der Technik
sind viele Hash-Funktionen bekannt und können in der vorliegenden Technik
angewendet werden. Eine aus dem Stand der Technik bekannte anwendbare
Einweg-Hash-Funktion
(oder Nachrichtenzusammenfassung-Algorithmus bzw. message digest
algorithm) ist das MDS-Verfahren. Andere Beispiele anwendbarer Einweg-Hash-Funktionen (one-way
hash functions) umfassen die SNEFRU-Funktion, die SHA-Funktion, und die
HAVAL-Funktion (vergleiche „Applied
Cryptography" von Schneider,
B., Verlag John Wiley und Sons, 1993, Seiten 333-346 bezüglich einer
Diskussion hinsichtlich Einweg-Hash-Funktionen). Einem Fachmann
ist es bekannt, wie solche Hash-Funktionen auf ein digitales Objekt angewandt
werden. Im allgemeinen sind bei der Auswahl einer Hash-Funktion
H(F), die eine Nachricht F mit einer beliebigen Länge bearbeitet,
um einen Hash-Wert, h, mit fester Länge zu erhalten, h
= H(M),die folgenden Merkmale erwünscht: bei einem gegebenen
M ist es einfach, h zu berechnen; bei einem gegebenen h ist es schwer,
M zu berechnen; und bei einem gegebenen M ist es schwer, eine weitere
Nachricht M' mit
der gleichen Eigenschaft H(M) = H(M') zu finden. Vorzugsweise ist die Hash-Funktion
so ausgewählt,
daß sie
gegenüber Brute-Force-Angriffen
sowie gegen Birthday-Angriffe resistent ist, die darauf basieren,
daß zwei zufällige Nachrichten
auftreten, die den gleichen Wert über die gleiche Hash-Funktion zurückgeben.
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Die
Nachrichtenzusammenfassung M wird dann mit einer Signatur verschlüsselt. Der
Verschlüsselungsalgorithmus
kann entweder ein mit öffentlichem
Schlüsselprivatem
Schlüssel
(public key/private key)-System sein (asymmetrischer Datenverschlüsselungsalgorithmus),
oder kann ein System mit öffentlichem
Schlüssel
(private key) sein (symmetrischer Datenverschlüsselungsalgorithmus). Eine
solche Verschlüsselung
verleiht der Nachrichtenzusammenfassung M ein einmaliges Merkmal,
das diese verschlüsselte
Daten von anderen Daten unterscheidet, und daher so ähnlich wie
eine physikalische Signatur auf einem physikalischen Dokument wirkt.
Wenn zur Verschlüsselung
ein privater Schlüssel
alleine verwendet wird, bewahrt dieser private Schlüssel die
Geheimhaltung der originalen Nachricht und die verschlüsselte Nachrichtenzusammenfassung
ist nicht umkehrbar, das heißt,
daß ein
Angreifer aus der verschlüsselten
Nachrichtenzusammenfassung weder die Nachrichtenzusammenfassung
M noch das ursprüngliche
Objekt rückberechnen
kann. Wenn jedoch der Nachweis der Eigentümerschaft notwendig ist, beispielsweise
gegenüber
einer dritten Partei wie ein Gericht, um die Signatur des Eigentümers zu
verifizieren, müßte der
Eigentümer
diesen privaten Schlüssel
offenbaren. Mit einem offenbarten privaten Schlüssel könnten seine weiteren mit Wasserzeichen versehenen
Objekte, die mit dem gleichen oder einem ähnlichen privaten Schlüssel-Wasserzeichen
markiert sind, gefährdet
sein, da ein Angreifer in der Lage sein könnte, Zugriff auf seinen privaten
Schlüssel
zu bekommen, um diesen zum Erlangen von Information bezüglich der
Kennzeichnung von Wasserzeichen der anderen Objekte zu verwenden.
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Ein
vorteilhafterer Weg wäre,
ein Verschlüsselungssystem
mit öffentlichem
Schlüssel/privatem Schlüssel zu
verwenden (das als „System
mit öffentlichem
Schüssel" bezeichnet wird,
sofern nicht anders bezeichnet). Bei Verschlüsselung mit einem System mit öffentlichem
Schlüssel
besitzt der Benutzer ein zusammenpassendes Schlüsselpaar: einen privaten Schlüssel und
einen öffentlichen
Schlüssel.
Der private Schlüssel
wird geheimgehalten und ist nur dem Benutzer bekannt, wohingegen
der öffentliche
Schlüssel
weitgehend verteilt werden kann. Eine Nachricht, die mit einem dieser
Schlüssel
verschlüsselt
ist, kann nur mit dem anderen Schlüssel entschlüsselt werden.
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Wenn
ein Benutzer eine Nachricht mit seinem privaten Schlüssel verschlüsselt, dann
kann die Nachricht nur mit seinem öffentlichen Schlüssel entschlüsselt werden.
Da lediglich der Benutzer den privaten Schlüssel hat, kann die verschlüsselte Nachricht
nur mit seinem öffentlichen
Schlüssel
entschlüsselt
werden. Dadurch, daß der
private Schlüssel
nur der verschlüsselnden
Person bekannt ist, ist sichergestellt, daß diese die verschlüsselte Nachricht
auch besitzt und daher auch die Nachricht mit ihrer „Signatur" unterzeichnet hat, wenn
die verschlüsselte
Nachricht nur mit dem öffentlichen
Schlüssel
des Benutzers entschlüsselt
werden kann. Die Stärke
der Signatur hängt
von dem Wissen ab, daß der öffentliche
Schlüssel
des Benutzers authentisch ist. Aus diesem Grund werden öffentliche
Schlüssel
vorzugsweise beim Notar hinterlegt oder von dritten Parteien zertifiziert.
Bei dieser Erfindung wird der private Schlüssel verwendet, um die Nachricht
zu verschlüsseln,
um aus dem originalen Bild das Wasserzeichen zu erzeugen, wenn das
System mit öffentlichem
Schlüssel
verwendet wird. Wenn es notwendig ist, die Eigentümerschaft
eines Wasserzeichens nachzuweisen, kann der öffentliche Schlüssel vorgelegt
werden, beispielsweise einer verifizierenden dritten Partei, um
die Signatur des Eigentümers
zu verifizieren. Der Vorteil der Verwendung einer Verschlüsselung
mit öffentlichem
Schlüssel liegt
in dieser Erfindung darin, daß es
für einen
Angreifer unmöglich
oder sehr schwer sein wird, das Wasserzeichen aus dem mit Wasserzeichen
gekennzeichnete Objekt zu entfernen, um ein falsches Original ohne
den privaten Schlüssel
zu erzeugen, auch wenn er Zugriff auf den öffentlichen Schlüssel hätte, da
zum Erzeugen des Wasserzeichens aus dem ursprünglichen Objekt der private
Schlüssel
verwendet wird.
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In
dem Fall des Systems mit privatem Schlüssel und im Fall des Systems
mit öffentlichem
Schlüssel ist
es notwendig, den privaten Schlüssel
des Verschlüsselungsalgorithmus
aus der verschlüsselten
M zurückzuberechnen,
um die Originale M zu erhalten. Im Stand der Technik sind zahlreiche
Verschlüsselungsalgorithmen
bekannt und können
für diesen
Zweck verwendet werden. Ein gutes Beispiel ist der RSA-Algorithmus. Andere
anwendbare Verschlüsselungsalgorithmen
mit öffentlichem
Schlüssel
umfassen den ELGAMAL-Algorithmus und den DSS-Algorithmus (DSS: Digital
Signature Standard). Es sind viele weitere Verschlüsselungsalgorithmen
im Stand der Technik bekannt, beispielsweise der POHLIG-HELLMAN-Algorithmus,
der RABIN-Algorithmus und der DES-Algorithmus (DES: Data Encryption
Standard), vergleiche „Ap plied
Cryptography, supra" von
Schneider, B. Einem Fachmann ist ersichtlich, wie solche Verschlüsselungsalgorithmen
an einem digitalen Objekts anzuwenden sind.
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Es
ist zu bemerken, daß der
Schritt des Verschlüsselns,
entweder mittels eines Systems mit öffentlichem Schlüssel oder
mittels eines Systems mit privatem Schlüssel, verwendet werden kann,
um das digitale Objekt direkt zu verschlüsseln, ohne es mittels Hash-Funktion
zu verarbeiten, solange der private Schlüssel geheimgehalten bleibt.
Wenn jedoch das digitale Bild groß ist, sind extrem lange Rechenzeiten
notwendig. Die Hash-Funktion verringert die Größe der Daten, die verschlüsselt werden
müssen,
um das Wasserzeichen zu erzeugen.
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Nachdem
die verschlüsselte
Nachrichtenzusammenfassung S gebildet ist, wird diese verarbeitet (Block 106),
um das mit Wasserzeichen gekennzeichnete Objekt I'(i, j) abzuleiten.
In einer 2 dargestellten Ausführung wird
zum Ableiten des mit Wasserzeichen gekennzeichneten Objekts I'(i, j) die verschlüsselte Nachrichtenzusammenfassung
S moduliert, beispielsweise um die Amplitude des Signals zu modifizieren,
um dieses so auf einen hinsichtlich der Wahrnehmung wesentlichen
Bereich des Spektrums (Block 108) zu verteilen. Durch diesen
Prozeß (Block 108)
ergibt sich ein Schlüsselvektor
V, der ein Signal im physikalischen Bereich darstellt. Das Verteilen
bzw. Spreizen der Nachrichtenzusammenfassung S über einen großen Teil
des Spektrums hat den Vorteil, daß diese dadurch im wesentlichen
für das
menschliche Sinnesorgan nicht wahrnehmbar wird, für das dieses
Objekt ausgestaltet ist. Ferner bleibt das Wasserzeichen erhalten,
wenn die Daten durch Prozesse wie Komprimieren oder Abschneiden
(cropping) manipuliert werden. Beispielsweise das überlagernde
Verteilen der Nachrichtenzusammenfassung S über einen wesentlichen Teil
des Spektrums würde
einen bestimmten schmalen Bereich von Farben in einem visuellen
Bild oder einen bestimmten schmalen Bereich von Hörfrequenzen
nicht stören.
Da ein verwendbares Wasserzeichen vorzugsweise erhalten bleibt, wenn
es verlustbehaftetes Komprimieren oder durch Beschneiden (cropping)
erfährt,
wird das Wasserzeichen in dem Abschnitt des Spektrums plaziert,
welcher den hinsichtlich der Wahrnehmung wesentlichen Abschnitt der
spektralen Frequenzen darstellt. Wenn ein solches mit Wasserzeichen
markiertes Objekt beschnitten wird, um das Wasserzeichen zu entfernen
(beispielsweise von einem Angreifer), würde das Objekt ausreichend
gestört
werden, daß seine
Qualität
wesentlich geringer als die des originalen Objekts oder die des
mit Wasserzeichen versehenen Ob jekts ist. Einem Fachmann ist bekannt,
welcher Abschnitt des Spektrums hinsichtlich eines bestimmten Objekts
zu modulieren ist, ohne weitergehende Experimente durchführen zu
müssen.
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Ausgehend
von einem Schlüsselvektor
V ergibt sich (Block 110) ein Wasserzeichen-Vektor W, der
zum Einfügen
in einen ausgewählten
Abschnitt des originalen Objekts I(i, j) geeignet ist. Wie im weiteren
beschrieben ist, hängt
der Wasserzeichen-Vektor
W von dem bestimmten Abschnitt des originale Objekts I(i, j) ab,
das zum Einfügen
des Wasserzeichens ausgewählt
wurde. Nach dem Einfügen
des Wasserzeichens in das originale Objekt I(i, j) durch Kombinieren
des Wasserzeichen-Vektors W mit dem ausgewählten Abschnitt des originalen
Objekts I(i, j) ergibt sich (Block 112) das mit Wasserzeichen
versehene Objekt I'(i,
j).
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Um
die bevorzugte Ausführung
der Erfindung besser darzustellen, wird im weiteren ein Beispiel
des Kennzeichens eines visuellen Bildes mit einem Wasserzeichen
im weiteren dargestellt. Es ist verständlich, daß andere Typen physikalischer
Objekte, beispielsweise die oben genannten, zum Beispiel digitale
Audioobjekte, digitale Fühlobjekte
und ähnliches,
basierend auf der vorliegenden Offenbarung in gleicher Weise von
einem Fachmann mit Wasserzeichen versehen werden können.
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BEISPIEL
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Das
Verfahren wird allgemein in der 3 wie folgt
dargestellt:
- (1) Ein digitales Bildobjekt I(i,
j) mit m Pixelzeilen und n Pixelspalten wird erhalten. Eine Nachrichtenzusammenfassung
(message digest) der Datenbits in I(i, j) wird mittels eines üblichen
Nachrichtenalgorithmus, beispielsweise die MDS-Funktion, berechnet,
um die Nachrichtenzusammenfassung M zu erhalten.
- (2) Die Nachrichtenzusammenfassung wird signiert, um die Signatur
des Benutzers zu erzeugen, unter Verwendung von Verschlüsselungsverfahren
wie das RSA-Verfahren
oder das Elliptic-Curve-Verfahren, wodurch sich die verschlüsselte Nachrichtenzusammenfassung
S ergibt.
- (3) S seien die Bits der Signatur zum Erzeugen von Wasserzeichen.
Beispielsweise soll S 512 Bits aufweisen. Ein Vektor U mit n Einträgen wird
erzeugt, wobei n der Anzahl der Pixelspalten entspricht. Alternativ kann
der Vektor m Einträge
haben, die der Anzahl von Zeilen, m, entspricht. Wenn dies der Fall
ist, werden die folgenden Schritte, welche sich auf Zeilen beziehen,
statt dessen auf Spalten angewandt, und umgekehrt. Bei dem Erzeugen
von U in diesem Beispiel werden dem zweiten bis 65-ten Bit ein Modulationswert zugeordnet,
der davon abhängt,
ob die entsprechenden Bits (beispielsweise die ersten 64) der verschlüsselten
Nachrichtenzusammenfassung S 0 oder 1 sind. Den verbleibenden Bits
in der verschlüsselten
Nachrichtenzusammenfassung S wird der Wert 0 zugewiesen. Dem ersten
Bit von S wird der Wert 0 zugewiesen, wobei dies der Gleichanteilskomponente
der Pixel entspricht. Beispielsweise wird in dem zweiten bis 65-ten Bit
von U einem Bit ein Wert von –1
für ein
entsprechendes, zu S gehöriges
Bit von 0 zugewiesen, wobei dem Bit in U eine 1 für ein entsprechendes
Bit in S von 1 zugewiesen wird. Es ist ersichtlich, daß die Modulation
andere optionale Werte haben kann, solange diese konsistent sind
und das sich ergebende Wasserzeichen das Objekt nicht übermäßig stört. Beispielsweise
kann einem Bit in U mit einem Wert von –1 statt dessen ein Wert von
2 zugewiesen werden; und einen Bit in U von 1 kann ein Wert von –1 zugewiesen werden.
Ferner können
die ersten Bits von U mehr oder weniger als 64 Bits aufweisen. Jedoch
würde ein längerer U
mehr Rechenleistung zum Implementieren des Wasserzeichens benötigen, und
ein kleinerer U würde
von einem Angreifer schneller geknackt werden können. Die ersten Bits von U
entsprechen den niedrigen Frequenzen, welche hinsichtlich der Wahrnehmung
des sichtbaren Bildobjekts die relevanteren Frequenzen sind. Dies
gilt ebenfalls für
digitale Audiowerke. Es ist jedoch ersichtlich, daß bei anderen
Werken, in denen die hinsichtlich der Wahrnehmung wesentlicheren
Bits in den höheren
Frequenzen liegen, die Bits von U, die den höheren Frequenzen entsprechen,
moduliert werden. Ferner müssen
die ersten Bits von U nicht auf den ersten Bits von S basieren,
sondern können
optional auch auf einigen anderen Bits basieren, solange sie konsistent
sind. Beispielsweise können
die ersten Bits von U auf den letzten Bits, den mittleren Bits oder
auf alternierenden Bits o.ä.
von S basieren. Das erste Bit in S (welches der Gleichanteilskomponente
entspricht), das einen Wert von 0 hat, führt dazu, daß das Wasserzeichen
gegenüber Änderungen der
Helligkeit oder des Kontrasts resistent ist.
- (4) U wird einer inversen Fourier-Transformation unterzogen,
um einen Schlüsselvektor
V zu erhalten. Es ist ersichtlich, daß andere Typen von Transformationen,
beispielsweise die inverse diskrete Cosinustransformation (DCT),
verwendet werden können,
um U von dem Frequenzbereich in einen physikalischen Bereich, beispielsweise
den Zeitbereich (beispielsweise für Audio- oder andere zeitvariante
Signale), oder in den Raumbereich (beispielsweise für Bilder,
Video oder andere räumlich
veränderliche
Signale) zu transformieren. Einem Fachmann ist bekannt, wie solche
Transformationen auszuwählen
und anzuwenden sind, um ausgehend von der vorliegenden Erfindung
den Schlüsselvektor
V zu erhalten, um ein Wasserzeichen abzuleiten.
- (5) Ein Abschnitt des originalen Objekts I(i, j) wird ausgewählt, beispielsweise
b aufeinanderfolgende Zeilen, und dieser Abschnitt wird gemittelt,
um einen Referenzvektor A zu erzeugen, der sich auf diese Bildpixel bezieht,
um eine Orthogonalisierungsberechnung durchzuführen. In diesem Beispiel ist
der Referenzvektor A ein gemittelter Vektor, der durch das Mitteln
von Daten berechnet wird. Abhängig
von dem Objekt kann sich auch der Wunsch ergeben, das gesamte Objekt
oder nur einen Teil davon auszuwählen,
der hinsichtlich der Wahrnehmung wichtige Details aufweist. Beispielsweise
kann b gleich 16 in dem mittleren Abschnitt des Bildes sein, wodurch
angegeben wird, daß 16
Zeilen in dem mittleren Abschnitt gemittelt werden, um A zu bilden.
Dann wird vorzugsweise der Schlüsselvektor
V bezüglich
des Referenzvektors A orthogonalisiert, um einen Wasserzeichen-Vektor
W zu erhalten, um die Gefahr zu verringern, daß der Schlüsselvektor V eine Abhängigkeit
von dem Vektor A aufweist, d.h. von der zeilenmäßigen Position der Elemente
in den b Reihen des Objekts abhängen
würde.
Die Orthogonalisierung kann mit der folgenden Gleichung dargestellt
werden: W = V – (V·Â) Â (Gleichung 1)
- Â ist
der Einheitsvektor entlang A. Der Wasserzeichen-Vektor W repräsentiert
die Frequenz und den Betrag der Daten des digitalen Wasserzeichens,
der in das ursprüngliche
Objekt I(i, j) aufgenommen werden soll.
- (6) Der Wasserzeichen-Vektor W wird in das ursprüngliche
Objekt I(i, j) aufgenommen, vorzugsweise indem dieser in den Abschnitt
von I(i, j) eingefügt
wird, von dem der Referenzvektor A abgeleitet wurde. Ein übliches
Verfahren zum Einfügen
des Wasserzeichen-Vektors W ist das Hinzufügen einer verkleinerten Version von
W zu jedem der b Zeilen, die vorher als Referenzvektor A ausgewählt wurden.
Dieses Verfahren zum Erhalten von mit Wasserzeichen gekennzeichneten
Elementen I'(i,
j) in dem Objekt kann mit der folgenden Gleichung dargestellt werden: I'(i, j) = I(i, j) + a(i, j) W(i, j) (Gleichung 2)
-
In
der Gleichung 2 ist a eine proportionale Konstante, die von den
Positionen von i oder j, falls bevorzugt, veränderlich ist.
-
In
einer bevorzugten Ausführung
ist a(i, j) = c cos
(2πi/b) (Gleichung 3).
-
Typischerweise
wird c so gewählt,
daß das
Wasserzeichen-Signal ungefähr –40 dB PSNR
(Peak Signal to Noise Ratio, Spitzensignal-zu-Rauschen-Verhältnis) ist.
Es können
auch andere Verfahren zum Einfügen
von Wasserzeichen verwendet werden. Beispielsweise können mehrere
Skalierungsfaktoren a verwendet werden, die von anderen Faktoren
abhängen.
Es können
weitere Wasserzeichen an anderen Stellen des digitalen Objekts wie
gewünscht
hinzugefügt
werden, indem die Schritte der Orthogonalisierung und des Kennzeichnens
mit Wasserzeichen wiederholt werden, wobei der gleiche Schlüsselvektor
V verwendet wird. Dem Fachmann ergeben sich aus der vorliegenden
Offenbarung alternative Verfahren zum Aufnehmen von Wasserzeichen
mittels Wasserzeichen-Faktoren (vgl. beispielsweise Cox et al. supra,
die hier bezugnehmend aufgenommen ist). In dem in 3 dargestellten
Beispiel werden die b Zeilen des ursprünglichen digitalen Objekts
durch die b Zeilen der mit Wasserzeichen gekennzeichneten Pixel
ersetzt. Daher umfaßt
das mit Wasserzeichen markierte Objekt I'(i, j) (welches die gleiche Zeilenanzahl
m und die gleiche Spaltenanzahl n wie das ursprüngliche Objekt hat) b Zeilen
von mit Wasserzeichen markierten Elementen, wobei die verbleibenden (m – b) Elementzeilen
der gleichen Zeilen des ursprünglichen
digitalen Objekts unverändert
verbleiben. Das sich ergebende Wasserzeichen ist ein ein dimensionales
Wasserzeichen, da es alle Zeilen in den Variationen von i oder j
in den Gleichungen 2 und 3, oder anderen ähnlichen Gleichungen, umfaßt. Dieses
eindimensionale Wasserzeichen ist mathematisch einfacher als ein
zweidimensionales Wasserzeichen, in dem W als Funktion der Zeilen
und der Spalten veränderlich
ist. Jedoch kann, falls gewünscht,
ein zweidimensionales Wasserzeichen erzeugt werden, so daß eine Wasserzeichenmatrix
Wm Elemente aufweist, die von dem Prozeß einer
Einweg-Hash-Funktion
und Verschlüsselung
abgeleitet sind. Beispielsweise kann Wm von
V abgeleitet werden, indem V mit zahlreichen proportionalen Konstanten
in die Elemente bei zahlreichen Spalten und Zeilen in Wm aufgenommen
werden. Die vorgenannte Beschreibung dient nur als Beispiel; einem
Fachmann ist aus der vorliegenden Offenbarung naheliegend, wie ein
zweidimensionales Wasserzeichen abzuleiten ist.
-
Bei
einem gegebenen in Frage stehenden Bild I''(i,
j), das angeblich von dem mit Wasserzeichen gekennzeichnete Objekt
I'(i, j) abgeleitet
(beispielsweise kopiert) ist, kann das in Frage stehende Bild durch
das folgende Verfahren, welches in der 4 dargestellt
ist, bewertet werden. Für
dieses Verfahren wird der Wasserzeichen-Vektor V und der gemittelte
Zeilenvektor A benötigt.
In diesem Verfahren wird jeder Block b kontinuierlicher Zeilen in
dem Bild nacheinander ausgewertet, welches hinsichtlich des Wasserzeichens
in Frage steht. Beispielsweise können
die ersten b aufeinanderfolgenden Zeilen ausgewertet werden, dann
werden die b aufeinanderfolgenden Zeilen beginnend von der zweiten
Zeile bis zu der (1 + b)-ten Zeile ausgewertet, daraufhin werden
die dritte Zeile bis zu der (2 + b)-ten Zeile ausgewertet werden,
usw.
- (A) In jedem zu bewertenden Block werden
b Zeilen gemittelt, um einen Referenzvektor A'' zu
erhalten.
- (B) Der Vektor A'' wird bezüglich A
orthogonalisiert, um einen in Frage stehenden Wasserzeichen-Vektor
X zu erhalten. Die mathematische Verfahrensweise zum Orthogonalisieren
von A'' gleicht der des
Orthogonalisierens des Schlüsselvektors
V in Gleichung 1.
- (C) Die relative Nähe
von X zu W wird berechnet, beispielsweise durch Berechnen der Korrelation
zwischen W und X. Die Gleichung zum Berechnen der Korrelation zwischen
X und W ergibt sich wie folgt:
- (D) Schritt (C) wird wiederholt, um die relative Nähe von X
zu W für
alle Blökke
aufeinanderfolgender b Zeilen zu berechnen. Daraufhin wird das Maximum
der relativen Nähe über alle
Blocks von b genommen. Wenn diese relative Nähe über einem vorbestimmten Schwellwert
ist, dann ist anzunehmen, daß das
in Frage stehende Bild das Wasserzeichen enthält.
- (E) Wenn das in Frage stehende Bild I''(i,
j) beschnitten (cropped) oder skaliert ist, kann ein horizontales Durchsuchen
durchgeführt
werden, indem zahlreiche übereinstimmende
Stellen entlang des Referenzvektors A'' durchsucht
werden, um die beste relative Nähe
zu erhalten, d.h., um zur maximalen Korrelation des Wasserzeichens
mit dem in Frage stehenden Objekt zu erlangen. Ferner kann eine
Durchsuchung hinsichtlich Spiegelungen des digitalen Objekts entlang
der Achsen durchgeführt
werden.
- (F) Eine Anzahl zufälliger
Kandidaten-Wasserzeichen-Vektoren (beispielsweise einhundert Wasserzeichen)
mit den gleichen spektralen Eigenschaften wie V werden synthetisiert.
Die Korrelation jedes Kandidaten-Vektors mit dem in Frage stehenden
digitalen Objekt I''(i, j) wird an der
Stelle und mit der Skalierung und den Beschneidungsfaktoren berechnet,
bei der die Korrelation von W maximal war.
- (G) Die aus dem ursprünglichen
Wasserzeichen erhaltene Korrelation wird mit der Korrelation verglichen, die
für die
zufälligen
Vektoren erhalten wurde. Wenn diese Korrelationen einen großen Abstand
zueinander aufweisen, ist es wahrscheinlich, daß das in Frage stehende Objekt
I''(i, j) den Wasserzeichen-Schlüsselvektor
V enthält.
Mit anderen Worten ist es wahrscheinlich, daß das in Frage stehende Objekt
I''(i, j) das Wasserzeichen
des ursprünglichen
Objekts I(i, j) aufweist, und daher wahrscheinlich von diesem abgeleitet wurde.
-
Das
Obenstehende betrifft das Ermitteln, ob ein in Frage stehendes Objekt
von einem ursprünglichen Objekt
abgeleitet wurde. In dem Fall, daß die Eigentümerschaft
eines digitalen Objekts J(i, j), beispielsweise ein digitales Bild,
strittig ist, kann die Ei gentümerschaft
nachgewiesen werden, indem die Anwesenheit eines Wasserzeichens
durch eine neutrale dritte Partei, beispielsweise ein Richter, ermittelt
wird. Eine Person, die die Eigentümerschaft des digitalen Objekts
beansprucht, legt dem Richter ihr originales Bild I(i, j) vor, das
J(i, j) und der Signatur S des Hash-Ergebnisses des originalen digitalen
Objekts entspricht, sowie ihren öffentlichen
Schlüssel
zur Entschlüsselung.
Ferner würde
sie die Stelle in dem digitalen Objekt J(i, j) nennen, an der das
Wasserzeichen vorgefunden werden kann, sowie die Skalierungs- und
Beschneidungsfaktoren von J(i, j) bezüglich seines originalen Objekts
I(i, j). Der Richter kann dies verifizieren, indem der folgende
Prozeß verwendet
wird.
- (A) Berechnen einer Nachrichtenzusammenfassung
der Bits in I(i, j). Entschlüsseln
von S mittels des öffentlichen
Schlüssels,
der von der beanspruchenden Partei vorgelegt wurde. Die Bitfolge
für die
berechnete Nachrichtenzusammenfassung und das entschlüsselte S
sollte gleich sein, wenn die beanspruchende Partei Eigentümer von
J(i, j) ist. Anderenfalls ist der Anspruch auf Eigentümerschaft
der beanspruchenden Partei zurückzuweisen.
- (B) Aus der Signatur S wird der Wasserzeichen-Vektor V erstellt.
An der spezifizierten Stelle des Objekts J(i, j) wird die Korrelation
des Wasserzeichen-Vektors V berechnet, nachdem das Beschneiden (cropping) und
Skalieren kompensiert wurde. Der entsprechende Referenzvektor A
wird unter Verwendung des ursprünglichen
Objekts I(i, j) berechnet.
- (C) Zufällige
Kandidaten-Wasserzeichen mit den gleichen spektralen Eigenschaften
wie V werden synthetisiert. Die Korrelation jedes Kandidaten-Vektors
mit dem Objekt J(i, j) wird berechnet, und die sich ergebende Korrelation
mit V wird mit der Korrelation verglichen, die sich mit den zufälligen Kandidaten-Vektoren ergab,
wie in dem oben genannten Verfahren zum Detektieren des Vorliegens
eines Wasserzeichens in einem in Frage stehenden digitalen Objekt
ebenfalls beschrieben wurde. Wenn die zwei Korrelationstypen weit
auseinanderliegen, dann ist es wahrscheinlich, daß das Objekt
J(i, j) den Wasserzeichen-Vektor V enthält, d.h. das Wasserzeichen
des Objekts I(i, j) enthält,
welches von der beanspruchten Partei vorgelegt wurde.
-
In
diesem Beispiel wurde ein digitales Bild bewertet. Das originale
Bildobjekt, welches in diesem darstellenden Beispiel verwendet wurde,
ist in dem Bild von 5 dargestellt. Das originale
Bildobjekt hat 256 × 384
(m Zeilen × n
Spalten) Pixel. Das mit Wasserzeichen gekennzeichnete Bild ist in
der 6 dargestellt. Die Stärke des Wasserzeichens beträgt –45 dB PSNR.
Ein Vergleich von 5 mit 6 zeigt,
daß es
keinen wahrnehmbaren Unterschied gibt, der für das menschliche Auge eine
Unterscheidung darstellen würde.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, was von den menschlichen
Sinnesorganen, beispielsweise das Auge, unterschieden werden kann,
ohne weiterführende
Experimente durchführen
zu müssen.
Die 7 zeigt die Korrelationsspreizung, die sich durch
einen Verifikationsalgorithmus für
das mit Wasserzeichen gekennzeichnete Bild von 6 ergibt,
wobei das oben genannte Korrelationsverfahren verwendet wurde. In
der 7 zeigt die Abszisse die zahlreichen falschen
Wasserzeichen mit den gleichen spektralen Eigenschaften wie das
in dem Bild eingebettete echte Wasserzeichen. Die falschen Wasserzeichen
wurden von dem Verifikationsalgorithmus synthetisiert. Die Spitze „sp" in der Mitte der
Figur entspricht der Korrelation, wenn das Bild mit dem echten Wasserzeichen
verwendet wird, wohingegen der Rest der Darstellung die Korrelation
zeigt, wenn zufällig
erzeugte Wasserzeichen und das echte Wasserzeichen mit der gleichen
spektralen Bandbreite verwendet werden.
-
Um
die Robustheit des Wasserzeichens bezüglich seiner Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Störung durch
Beschneiden (cropping) und Komprimieren zu bewerten, wurde das digitale
Objekt von 5 auf 176 × 274 Pixel beschnitten und
mit dem JPEG-Verfahren
bei erheblichem Verlust komprimiert, wodurch sich ein Kompressionsverhältnis von
28,6 ergab (JPEG ist ein verlustbehaftetes Standard-Komprimierungsverfahren, vgl. „Image
and Video compression standards",
von Bhaskaran und Konstantinides, Kluwer Publishers). Das beschnittene
(cropped) und komprimierte Bild wurde dekomprimiert und ergab das
in 8 dargestellte Bild. Die 9 zeigt
die Korrelationsspreizung für
das Bild von 8. Eine hohe Spitze „spc" kann klar in der
Mitte der Spreizung erkannt werden, wodurch die Anwesenheit des
Wasserzeichens angezeigt wird und damit angibt, daß das Bild
von 9 von dem Bild von 5 abgeleitet
wurde. In gleicher Weise ergibt das Erstellen einer verkleinerten
Version des Bildes von 5 und das Berechnen der Korrelationsspreizung
des verkleinerten Bildes (nicht in den Figuren dargestellt), daß das Kennzeichnen
mit Wasserzeichen nach dem Verkleinern verifizierbar war, wodurch
nachgewiesen wurde, daß das
Wasserzeichen gegenüber
Skalieren resistent ist. Ferner zeigt die 10 die
Wiedergabe des Bilds von 5, nachdem die fünf geringstwertigen
Bits jedes 8-Bit-Pixels
in dem mit Wasserzeichen gekennzeichneten Bild von 6 abgetrennt
(truncated) und auf Null gesetzt wurden. Die 11 zeigt
die Korrelationsspreizung, die sich durch die Verarbeitung des Bilds
von 10 mittels des Detektionsverfahrens ergab. Hier
ist ebenfalls eine klare Spitze „spt" in der Korrelationsspreizung zu erkennen.
Daher zeigt diese Auswertung hinsichtlich des Abtrennens (truncation),
daß das
Wasserzeichen gegenüber
Abtrennen resistent ist.
-
Die
Technik des Kennzeichnens eines digitalen Objekts mit Wasserzeichen
und des Auswertens eines in Frage stehenden digitalen Objekts hinsichtlich
der Anwesenheit des Wasserzeichens gemäß der vorliegenden Erfindung
kann mit digitalen Elektronikeinrichtungen implementiert werden,
die eingerichtet sind, Datenmanipulationen und Berechnungen basierend
auf den oben beschriebenen Gleichungen durchzuführen. Solche geeignete digitale
Elektronikeinrichtungen umfassen Mikroprozessoren und Computer,
beispielsweise Personalcomputer, Kleincomputer und Mainframe-Computer.
Ferner können
die Algorithmen für
die Datenmanipulation und Berechnung in digitalen Speichereinrichtungen
gespeichert werden, beispielsweise CDs, Floppy-Disks, Festplatten,
Magnetbänder,
und ähnliches,
die dann in die Mikroprozessoren oder Computer geladen werden können, oder
von diesen gelesen werden können,
um die Prozesse des Kennzeichnens mit Wasserzeichen und des Auswertens
bzw. Evaluierens zu implementieren. Solche digitalen Speichereinrichtungen sind üblicherweise
Herstellungserzeugnisse mit einem geeigneten digitalen Speichermedium,
das von den Mikroprozessoren oder Computern gelesen werden kann.
Es ist ferner zu bemerken, daß zahlreiche
Computer mittels Netze verbunden werden können, so daß die digitalen Objekte zwischen
Computern übertragen
werden können,
um mit Wasserzeichen gekennzeichnet oder hinsichtlich Wasserzeichen
bewertet zu werden. Es ist ferner ersichtlich, daß zahlreiche
Schritte in dem oben beschriebenen Verfahren zum Kennzeichnen mit Wasserzeichen
getrennt von verschiedenen Computern und Prozessoren durchgeführt werden
können,
und daß die
Ergebnisse kombiniert werden können,
um die Gesamtfunktion des Kennzeichnens mit Wasserzeichen oder der
Auswertung bezüglich
des Vorliegens von Wasserzeichen, sowie für beides, zu erreichen.
