基于去同步操作的合谋安全指纹方案

蔡栋栋年玉桂王永超

蔡栋栋年玉桂王永超

河南省电力公司洛阳供电公司河南洛阳471009

摘要：针对已有数字指纹方案在支持大规模用户分发方面的不足，分别提出了基于去同步操作和面向分组设计的支持大规模用户分发的抗合谋安全数字指纹方案。利用多种去同步操作的组合以及指纹嵌入支持大规模用户的分发，实验以及仿真验证了其有效性。

关键词：同步操作；数字指纹；合谋安全

数字指纹系统面临的最大威胁来自于用户的合谋攻击。根据国内外学者的研究现状，对数字指纹的研究一般围绕着提高指纹码的合谋安全性。典型的抗合谋数字指纹方案包括：去同步指纹方案[1,2]、正交数字指纹码[3,4]和编码数字指纹[5-7]方案。第一种方案利用了信号的不同步性使得合谋攻击所产生的合谋载体质量难以满足实用性。第二种和第三种方案是涉及到指纹的编码设计方法。

现有的数字指纹方案尚不能支持大规模数量用户的分发[1-7]。本文以提高指纹算法支持的用户数为目的，通过去同步技术以及指纹嵌入的组合策略，设计了一种适用于大规模用户的合谋安全数字指纹方法。

1结合去同步操作和指纹嵌入的数字指纹方案

图1给出了基于去同步操作的合谋安全数字指纹的方案。设为原始载体，为数字指纹码，和分别去同步操作的类型以及去同步参数，可以看到首先产生数字纹码，并选择去同步操作的类型以及参数，然后将指纹码嵌入到载体中。最后根据去同步操作的类型以及参数进行去同步的操作。

数字指纹的嵌入过程可以表示为：

(1)

其中数字指纹嵌入算法，为嵌入了指纹后的载体。对嵌入指纹后的载体进行去同步操作，去同步的操作可以表示为：

(2)

其中为去同步后的载体。

图2给出了基于去同步操作的合谋者检测过程，可以看到整个过程主要分为同步操作、指纹码提取和合谋者追踪的过程。

设为待检测载体，通过与原始载体的比较得到去同步操纵类型以及每种去同步操作的参数，然后利用得到的和对进行同步的操作。这两个过程可分别表示如下：

(3)

其中为经过同步操作后的载体，为比较算法。对于合谋者的检测算法，首先在中提取数字指纹码，然后根据判断合谋者的ID，过程如式(3.5)所示：

(4)

其中为指纹提取算法，为合谋者的检测算法，为检测出合谋者的ID。

2实验结果性能分析

2.1合谋安全性

本指纹方案采用了去同步操作和数字指纹嵌入相结合的方法来保证载体的合谋安全性，去同步的操作可以保证载体在信号不同步的情况下合谋出来的载体质量较差，而数字指纹码的嵌入保证了载体在信号同步下对合谋者的检测。图3给出了信号去同步情况下，图像合谋后的结果，这里为了清楚的显示结果，将原始图像与不同去同步操作合谋后的图像放大四倍显示。可以看到，接收端载体信号不同步，合谋的载体质量与原始载体相比有了较大下降，从而限制了用户合谋攻击后的超分发。

2.2支持用户数

在本节所提方案中，对于去同步的操作采用了组合方法，因此相比较于使用单一的去同步操作，在支持用户数方面有了很大的提高。如果采用某一种去同步操作，则一共有++种；如果采用了本节所提的方案，去同步的操作空间增加到++。为了保证去同步操作后的载体质量，这三种操作的范围应控制在一定程度内，如表3.2所示，对于整体旋转，旋转角度控制在内，步长为；对于垂直方向平移，平移像素点控制在，步长为1；对于水平方向平移，平移像素点控制在，步长为1。这样去同步的操作空间就有原来的53增加到803。在每个去同步的操作中，均嵌入了数字指纹码()。这样本章提出方案的支持用户数为(++)×=803×。以512维的正交Hadamard–Walsh[140]指纹码为例，则本节提出的指纹算法可以支持的用户数为803×512=411136。这使得基于去同步操作的合谋安全方案可以支持大规模用户数量。

3结论

提出了基于去同步操作的支持多用户分发的合谋安全数字指纹方案。利用多种去同步操作组合，相比较于已有的方案，所提方案可以支持更多用户。