朱 光 張軍亮 徐 芳

(南京大學信息管理學院，江蘇南京 210093)

云環(huán)境下圖像信息資源共享的版權保護策略研究

朱 光 張軍亮 徐 芳

(南京大學信息管理學院，江蘇南京 210093)

云計算理念的提出給圖像信息資源共享的發(fā)展帶來機遇的同時也提出了諸多挑戰(zhàn)。針對云環(huán)境下圖像信息資源共享中存在的版權保護問題，在分析圖像資源共享版權保護內容的基礎上，利用數字水印技術對其中的版權標記和資源認證問題提出解決思路和應用方案，以期更好地維護用戶和服務商的合法權利，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;云計算;版權保護;數字水印

1 引言

在多媒體技術飛速發(fā)展的今天，數字圖像以其逼真、形象、具體等特點躋身于主要信息形式之列。隨著用戶對圖像信息資源需求的日益提高，如何合理地組織網絡上日益增多的圖像資源，促進圖像信息資源共享，已成為廣大學者關注的熱門問題。作為新一代的計算模式，云計算在存儲模式和計算理念上的創(chuàng)新為圖像信息資源共享提供了新的思路，可以有效地提高網絡圖像資源共享能力，避免資源重復建設，但同時也帶來了一系列需要解決的問題（如網絡質量、服務商利益、數據安全等）。針對云環(huán)境下圖像信息資源共享中的版權保護問題，本文探討利用數字水印技術研究圖像信息資源共享的版權保護方案，以期對云環(huán)境下的圖像信息資源共享起到促進作用。

2 圖像信息資源共享

網絡環(huán)境下的圖像信息資源共享是指在自愿、平等、互惠的基礎上，不同機構、群體利用各種技術、方法、途徑，按照互利互補的原則開發(fā)、組織、建設圖像信息資源，以最大程度地滿足用戶的需求[1]。

應用云計算技術則可極大地提高網絡圖像資源共享的能力，關于云計算，目前還沒有統(tǒng)一的定義，不同機構和學者對云計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和共享的角度，認為云計算構建了網絡信息共享空間，用戶可以通過計算中心從“云”服務器集群中的其他數據中心或服務器獲取本地沒有的信息資源。

相對于傳統(tǒng)的文本信息資源，圖像信息資源共享對計算機軟硬件、網絡帶寬、數據存儲空間等方面的要求更高[6]。目前，網絡環(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)、互聯網上的專業(yè)圖庫、政府參與的圖像資源庫建設、網絡圖像搜索引擎[7]，它們普遍存在著耗費高、效率低、實用性不足等缺點。云計算理念的提出對圖像信息資源共享的發(fā)展有著極大的促進，主要包括以下幾個方面：（1）云計算降低了軟硬件成本。用戶利用云層提供的Web應用程序對圖像信息資源進行處理、分析，客戶端計算機不再需要傳統(tǒng)桌面軟件所要求的處理能力和存儲空間，顯著地降低了軟硬件成本。（2）云計算提高了數據的安全性。圖像信息資源分布在云網絡中的各個集群服務器中，不必擔心因為硬件損壞或者病毒入侵所帶來的數據丟失，信息安全得到了很大程度的提高。（3）云計算提高了資源共享能力。不同數據庫或服務器由于地域和經濟條件的差異，其擁有的圖像信息資源的數量和質量也有所不同。用戶可以通過云計算網絡提供的接口獲取其他數據庫所擁有的優(yōu)質圖像信息資源，而各個服務器也可以將自己的特色資源上傳至“云”，分享給不同的用戶。

雖然云計算在圖像信息資源共享中有切實的可行性，但仍然有諸多急需解決的問題，如網絡質量問題、經費問題、版權保護問題等[8]。針對云環(huán)境下圖像信息資源共享中存在的版權保護問題，本文嘗試在云環(huán)境下，利用數字水印技術研究圖像信息資源共享的版權保護方案，尊重知識產權，維護信息資源服務商的合法權利，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保護

隨著多媒體技術和互聯網的發(fā)展，各種形式的多媒體數字作品紛紛以數字形式在網絡上發(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制及傳播未經授權的數字產品內容。因此，數字產品的知識產權所有者迫切需要解決版權保護問題。傳統(tǒng)密碼學的加密或置亂技術能保證數字產品內容的安全傳送，但是，僅采用密碼技術的一大缺點是所加密的數字內容在解密之后，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，研究學者提出了數字水印的概念。

數字水印將版權所有者、發(fā)行者或使用者等信息嵌入到宿主數據中（如圖像信息資源），而且并不影響宿主數據的可用性，目的是鑒別出非法復制和盜用的數字產品，保護數字產品的合法拷貝和傳播[8]。數字水印按載體分類，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?。话此√匦苑诸?，可以分為魯棒性水印和脆弱性水印[10]。

云環(huán)境下數字水印技術的應用是為圖像信息資源共享的版權保護提供技術支持，具體需實現以下目標：（1）為圖像信息資源的所有者或服務商提供方便靈活的版權注冊方式，為圖像信息資源提供數字水印保護，以防止版權偽造或惡意篡改。（2）為圖像信息資源的所有者、提供商和版權保護的工作人員提供所有權驗證等功能。（3）為共享的圖像信息資源提供安全傳輸和存儲。（4）為圖像信息資源共享提供安全的使用平臺，保護版權所有者和合法用戶的權益，提供方便靈活的服務模式。

針對上述需求和目標，云環(huán)境下圖像信息資源共享的版權保護應包括共享圖像信息資源來源的版權標記和共享圖像信息資源的真實性和完整性認證兩方面內容。因此，本文就數字水印技術在圖像信息資源共享的版權標記和資源認證中的應用展開論述。

4 數字水印在版權保護中的應用

4.1 應用模型

圖1為云環(huán)境下數字水印技術的應用模型，云網絡中的各個數據中心或服務器向云端上傳、共享各自的特色圖像信息資源，為了保護信息資源提供商的知識產權和合法權利，云端為共享的信息資源添加不同的版權標記水印，當用戶向云端提交圖像信息資源請求時，云端根據用戶的需求對共享的圖像信息資源添加內容保護水印，以保證信息資源的真實性和完整性。下面就數字水印在圖像信息資源共享中版權標記和資源認證中的應用展開論述。

蘇楠很意外。按理說，楊小水已經五十多了，即使保命判無期，出來還能有幾天團聚的日子？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單了。

4.2 在版權標記中的應用

用于版權標記的數字水印要具有很強的魯棒性和安全性，圖像信息資源在云環(huán)境下傳輸、共享的過程中可能會經歷濾波、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，并能被準確甄別[11]。

圖1 云環(huán)境下數字水印技術的應用模型

魯棒水印在版權標記中的應用框架主要包括4個功能模塊：注冊模塊、水印加載模塊、水印驗證模塊和仲裁模塊。注冊驗證模塊主要完成圖像信息資源所有者或提供商對云端系統(tǒng)的身份驗證，并提出版權標記申請；水印加載模塊實現云端系統(tǒng)對版權申請的受理及數字水印信息的加載；水印驗證模塊主要實現資源擁有者對加載后的資源版權信息進行審核、驗證；仲裁模塊主要實現云端對引起版權糾紛的圖像信息資源的版權認定。

（1）注冊驗證模塊的功能實現

（a）云端系統(tǒng)向圖像信息資源服務商A簽發(fā)數字證書D，用于數據通信中的加密。

（b）A提出版權標記申請時首先需要對云端系統(tǒng)進行身份驗證，A產生一個隨機數r，利用云端系統(tǒng)的公開密鑰K對r進行公鑰加密運算，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)來的認證信息后，利用系統(tǒng)私鑰KC對S(r,K)進行解密得到隨機數r，并使用對A簽發(fā)的數字證書中的密鑰進行加密得到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行解密，得到r’。A通過比較r與r’是否相同對云端系統(tǒng)進行身份驗證。

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

（2）水印加載模塊的功能實現

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

（b）云端系統(tǒng)將服務商A的個人信息、資源信息、版權信息及水印加載算法等數據保存至云端服務器，以便檢索。

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

服務商A在收到加載水印后的資源Mw后，根據云端服務器記錄中的水印加載算法，使用相應的水印提取算法，檢測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信息不相符，可以向云端服務器提出核查申請，云端系統(tǒng)可對A的復查請求做出快速反應。

（4）仲裁模塊的功能實現

服務商A在認為版權收到侵害時，如A與B之間因為資源Mw’產生版權糾紛，則A可以向云端系統(tǒng)申請對版權進行驗證。云端系統(tǒng)檢測原始資源M和版權糾紛資源Mw’的相關信息，與數據庫中的記錄進行比對，判斷版權的歸屬。

至此，版權標記的模塊功能已全部實現。

4.3 在圖像信息資源認證中的應用

云環(huán)境下數字水印在圖像信息資源認證中的應用包括對資源真實性、完整性的保護，有兩方面的含義：一是只要圖像中的場景、對象等信息沒有被篡改，且保持較好的視覺質量，則認為圖像內容是完整的。對圖像壓縮、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、真實性保護的數字水印應具備以下特征：（1）良好的透明性和不可見性，保護原始圖像資源的使用價值。（2）具有一定的魯棒性，對一些常規(guī)的操作(如JPEG壓縮、加噪、濾波等)保持一定的魯棒性。（3）標識能力，即數字水印除了可以檢測被保護圖像中的任何非法篡改，還需要對篡改進行定位。（4）安全性。數字水印技術的安全性來源于兩方面，一是不可覺察性，二是傳統(tǒng)密碼學對信息的保護[12]。一個成熟的水印系統(tǒng)其算法應完全公開，從而安全性完全依賴于密鑰，因此算法的密鑰空間應足夠大。

圖2 云環(huán)境下水印認證的應用框架

數字水印在資源認證中的應用框架如圖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（圖像標志或序列號）轉變?yōu)樗⌒盘枺x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上傳、共享后，可能會遭受惡意的篡改或攻擊，因此需要云端系統(tǒng)通過檢測算法對其進行真實性和完整性的認證。檢測認證時，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。 在實際應用中， 為了保證安全性，可以在嵌入和檢測的過程中加入密鑰。

5 結語

云計算技術的發(fā)展及相關標準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，需要對信息資源的版權提供強有力的保護，從而尊重知識產權，保護用戶和信息資源服務商的合法權利。數字水印技術的應用是目前云環(huán)境下版權保護的可行思路，可以為圖像信息資源共享的版權標記和資源認證提供解決方案，從而能更好地促進圖像信息資源共享。

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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，南京大學信息管理學院博士研究生，研究方向：多媒體信息處理與檢索、信息安全。

2012年10月24日