数字指纹概念

将数据信号介入带有白噪声特性的伪随机序列进行传输，使传输带宽较原数据所需 最小带宽大到数百、上千万倍以上，称为扩频。它可以在接收解扩后使数据解调制 判决时的信噪比降低几百甚至上千万倍以上，这一扩频倍数，一般地称为扩频处理 增益，。
编码指纹
编码指纹利用组合数学中的组合设计理论。 最早发展于上世纪八十年代早期，最具代表的是Boneh和Shaw提出的CS编码 方案。它能以较高的概率在C个叛逆者中找出一个，最大问题是码字过长，叛逆者 数量超过预设值变失去追踪功能。 Trappe等人用正交调制（调制方式的一种）改进，提出了AND-ACC码[Anticollusion Fingerprinting for Multimedia ]，编码长度较短叛逆者辨识也优于CS码。 He 和 Wu在此基础上，将编码设计与扩频调制分别在不同的层上实现，提出所谓的 TA 码[Joint coding and embedding techniques for multimedia fingerprinting ] (多媒体指纹的联合编码和嵌入是在原产品中嵌入和用户相关的信息，产品提供者（发行商）能够根据 该信息，对非法用户进行跟踪。
与数字指纹相关： 数字水印：向数字产品中嵌入版权拥有者的一些信息，当发生争议时能够有效 确认版权归属，对相同作品嵌入的版权信息是相同的。 隐写术（Steganography）:信息隐藏的一种方式。 叛逆者跟踪（Traitor Tracing）：如果合法用户泄露信息给非法用户，入侵依然 会发生，这种用户会被称为叛逆者。 指纹的概念最早由Wagner在1983年提出[Fingerprinting]，一直到1995年对数字 指纹的研究才正式开始，Cox等人提出一种基于扩频通信的DCT域水印算法，后来 的研究将数字水印和数字指纹编码技术相结合。 DCT：离散余弦变换
[合谋安全的卷积指纹信息码] 朱岩等结合卷积码和一般只问码构成一种两层链接 结构的指纹信息 [Group-Oriented and Collusion Secure Fingerprint for Digital Images](面向分组和 合谋安全的数字图像指纹) YU等构建了面向分组的指纹码，其外码采用ReedSolomon码，内码采用平衡不完全区组设计BIBD和 正交码构成的码矩阵
数字指纹体制
向拷贝中嵌入指纹并对带指纹的拷贝进行分发 数字指纹体制 实现对非法分发者进行跟踪并审判 上述两部分通过发行商、用户之间的一系列协议来实现，也可以分为： 算法：指纹的编码和解码、嵌入和提取以及拷贝的分发策略等
协议：规定了各实体之间如何进行交互以实现各种特点的拷贝分发和跟踪体制
数字指纹体制
编码指纹
在国内，陈晓苏等人提出[一种基于随机序列的数字指纹编码和跟踪算法]，从理论 上推导了算法的编码长度合谋人数以及跟踪算法错误概率之间的关系，给出了错误 概率界。在文献[一种新的两用户合谋安全的数字指纹编码算法]中，陈晓苏等从 级联码的思想出发，其内码采用基于混沌序列，外码采用IPPP码，在其共谋人数 为2时进行跟踪。 [一种二进制数字指纹编码算法] 吕述望等人通过使用伪随机序列对指纹比特的重复 嵌入进行控制。
发展方向
（5）设计较好的抗合谋攻击能力，又有较高实现效率的指纹编码方案 （6）对特殊的密码学协议进行研究 （7）将特殊的密码协议或签名体制用于匿名指纹体制的构造 （8）在视频/音频中能嵌入大量数据，又不失鲁棒性 （9）将数字指纹和数字水印技术、加密技术、数字签名技术和访问控制技术 相结合
用户J的信息 发行商获得销售记录
原拷贝P
指纹编码和 指纹嵌入
数据分发体制
用户J获得Pj
若干用户进行合谋产生P（private） 发行商发现P（private） 指纹提取 解码和跟踪 相关记录或初始信息 跟踪体制
审判
用户的参与
原拷贝P
数字指纹体制
数字指纹方案应满足以下几项基本要求： 1）保真性 指纹嵌入后和原拷贝相比，质量不应降低，这也是信息隐藏的基本要求。 2）鲁棒性 嵌入的指纹信息能抵抗受到的处理、操作或恶意攻击，要求攻击者不能 对指纹随意修改，理想目标是攻击者无法在不破坏原拷贝的情况下伪造 出一个新的可用拷贝。 3）嵌入量 嵌入的内容要实现用户攻击后能留下足够的信息使发行商进行跟踪。 4）合谋容忍性 ①合谋安全尺寸 发行商能确认出至少一个非法分发者 ②无论合谋人数是否超过合谋安全尺寸，无辜购买者不能受到指控 5）效率 带指纹拷贝的生成算法和跟踪算法的实现具有很好的效率。
上文大部分内容总结自[数字指纹综述] 吕述望等，信息安全国家重点实验室， 2003.7.18。此文的将指纹编码方案分为连续指纹和离散指纹方案进行讲述。
[数字指纹技术研究进展]，邓家青 林沛
数字指纹技术的研究重点：必须具有良好的抗合谋能力。 传统的数字指纹分为两大类：独立指纹和编码指纹
独立指纹
独立指纹采用统计上相互独立的扩频码作为独特的指纹 扩频调制的嵌入技术，其编码由独立同分布的均匀分布或高斯分布信号源产生。 在文献[Anti-collusion forensics of multimedia fingerprinting using orthogonal modulation]（使用正交调制的抗合谋取证多媒体指纹）中，采用最大值和门限检测 法的情况下，伪随机码的误码性能，并提出一种对合谋尺寸进行估计的方法。 基于扩频的指纹系统好处在于易于实现且个用户之间的辨识度高，问题在于所需 的扩频码长度和数量、接收机的复杂度都随用户的增加而线性增长。
当发行商获得盗版拷贝时，运用 一定的解码规则判断出非法分发者 的过程。
指纹编码方案的设计思想是在一定的假设下，将用户的相关信息进行编码，生成 具有一定规律性和相关码字的过程。实质是设计的指纹码字之间具有一定汉明距离 （码距），在受到合谋攻击后仍能区别于其他码字。
指纹编码的分类
确定性跟踪 根据跟踪成功的概率 概率性跟踪 随机指纹方案 码字是否随机 利用某些特殊的组合结构构造的指纹编码方案 连续指纹方案 码字的分布 离散指纹方案
发行商对用户的指纹进行编码，以增加该指纹方案的合谋容忍能力，这种编码称 为合谋容忍编码。能抵抗合谋攻击，则称该编码方案是合谋安全的（collusionsecure）。
数字指纹体制
指纹的合谋容忍编码包括两部分： 指纹的编码算法 和
指纹跟踪算法
在一定假设下，将获得的与用户 相关的信息，按一定规则进行编码， 生成具有一定抗攻击能力的码字的 过程。
发展方向
存在不足：合谋性不够全面，码字太长，容纳用户数量有限，针对性不强，不能适合 大规模网络传播方式
值得研究方向： （1）合谋者权重估计及抵御动态合谋攻击 （2）无线通信中的技术：码字设计、位移扩频、信道估计、接收机估计 （3）对数字指纹问题的若干理论问题 （4）结合数字水印技术，提出更合理的“嵌入假设”