電子透かし技術―ディジタルコンテンツのセキュリティ

ディジタルコンテンツのセキュリティ 画像電 子学 会  編 小松 尚久+田中 賢一 監修

学出

大 機

京

電

U 

東

D T

版

電子透 かし技術

局

本 書 の全 部 また は 一部 を無 断で 複 写複 製(コ ピー)す る こ とは,著 作権 法 上 で の例 外 を除 き,禁 じ られ てい ます。 小局 は,著 者 か ら複 写 に係 る 権 利 の管 理 につ き委託 を受 け て い ます ので,本 書 か らの 複写 を希 望 され る場合 は,必 ず 小局(03‐5280‐3422)宛 ご連 絡 くだ さい。

まえがき

早稲田大学理工学部 小松 尚久   デ ィ ジ タル 信 号 処 理 技 術 の発 展 とイ ンタ ー ネ ッ トの普 及 に よ り,画 像 ・音 楽 な どマ ル チ メ デ ィア 情 報 の加 工 と配 信 が個 人 で も容 易 に行 え る よ う に な り ま した 。 この た め デ ィ ジ タル コ ンテ ン ツ の 著 作 権 に対 す る関 心 が 高 ま り,そ れ を保 護 す る な どの 目的 で 研 究 が 進 め られ て きた 電 子 透 か し技 術 が利 用 され て い ます 。 電 子 透 か し とは,貨 幣 経 済 に お け る紙 幣 や証 券 類 な どに 印刷 され る透 か し を デ ィ ジ タ ル コ ン テ ンツ に適 用 した 技 術 で あ り,配 信 す る コ ン テ ン ツ の 改 ざ ん の 検 出,ま た コ ン テ ン ツ 自体 の信憑 性 の確 認,さ

らに は機 密 情 報

あ るい は制 御 情 報 を コ ン テ ン ツ の 中 に含 め るな ど の応 用 が あ り ます。   電 子 透 か し に関 す る研 究 に つ い て は,こ

こ数 年 で さ ま ざ ま な発 表 が な され

る よ う に な り,活 発 な 研 究 分 野 の一 つ とな り ま した 。 今 日一 般 的 に利 用 され て い る電 子 透 か しは,画 像 情 報 に対 す る適 用 か ら研 究 が 進 め られ,基 本 的 に は画 像 情 報 の 持 つ 冗長 性 と人 間 の視 覚 特 性 を利 用 した提 案 が そ もそ もの 発端 とな って い ます 。 研 究 が 始 ま った 当初 は,冗 長 性 を圧 縮 す る こ とを 目的 とす る画 像 符 号 化 技 術 の研 究 の 方 向 性 と必 ず し も一 致 し な い こ と,ま た 適 用 で き る イ ン フ ラ が 整 備 さ れ て い な か っ た こ と もあ り,と くに 注 目度 の高 い もの で は あ りませ ん で した。 や が てMPEGやJPEGな 化 さ れ,そ

どの画像符 号化 方式が標 準

れ に伴 っ て 記録 媒 体 あ る い は イ ンタ ー ネ ッ トに よ る コ ン テ ン ツの

配 信 が行 わ れ る よ う に な りま した 。 そ して 情 報 表 現 メ デ ィア とそれ らの利 用 目的 の 多 様 化 に伴 い,さ

ま ざ ま な ア ル ゴ リズ ム と シ ス テ ム が 提 案 さ れ て き ま

した 。   こ う した 背 景 に基 づ き,画 像 電 子 学 会 で は,電 子 透 か し を実 現 す る技 術 と 実 際 の運 用 を 画 像 情 報 に 関 わ る専 門 家 の 方 々 に 理 解 し て頂 き,こ の 技 術 分 野 に関 す る研 究 開 発 を活 性 化 す る こ とを 目的 と して 技 術 解 説 を企 画 し ま した 。

こ の技 術 解 説 は,画 像 電 子 学 会 誌 の2002年3月 か し技 術 と そ の 周 辺 」 とい う テ ー マ で14編 様 々 な分 野 の 技 術 者,ま

号 か ら2003年5月

号 に 「透

が 掲 載 さ れ ま し た。 本 書 は,

た 学 生 の 方 々 に電 子 透 か し技 術 を知 っ て 頂 くた め

に,連 載 の 技術 解 説 に 平 易 か つ詳 細 な る説 明 を加 えて ま とめ た もの で す 。 す な わ ち本 書 で は,透 か し技 術 の原 点 で あ る印 刷 技 術 か ら,静 止 画 像,文 書 画 像,動 DVDな

画 像,CG,ホ

ロ グ ラ フ ィ,音 楽 な どの 様 々 な 情 報 メ デ ィ ア と と も に

どの 記録 メ デ ィ ア に 対 す る実 現 技 術,あ

用 面 を考 慮 した 技 術 の応 用,ま

るい は個 人 認 証 とい った 利

た 国 際標 準 化 に至 る まで 多 岐 に わ た る内 容 を

扱 って い ま す。 執 筆 者 は い ず れ も各 分 野 にお け る第 一 線 の 研 究 者 で あ り,電 子 透 か し技 術 の 基 礎 か ら応 用 まで を網 羅 し ま した 。   著作 権 の保 護 を実 現 す るた め に は,電 子 透 か し技 術 だ け で十 分 で あ る訳 で は あ りませ ん。 当 然 の こ とな が ら,技 術 的 な 対 策 と と も に法 規,運

用面で の

対 策 が 必 要 とな り,両 者 は 密 接 な関 連 が あ る と考 え られ ます 。 す な わ ち,技 術 を正 確 に知 る う え で は,目 的 を実 現 す る可 能 性 と同 時 に課 題 も認 識 す る必 要 が あ り,そ れ に よ っ て正 しい 運 用 が な され るか らで す 。 そ う した 意 味 にお い て も,本 書 が 今 後 の研 究 だ けで な く運 用 面 で の 問 題 意識 を啓 発 す る き っか け とな る こ とを願 っ てや み ませ ん。   末 筆 で は あ り ます が,画 像 電 子 学 会 誌 にお いて 透 か し技 術 の技 術 解 説 と と もに本 書 の 刊 行 を企 画 さ れ た 明 治 大 学 理 工 学 部 の 田 中 賢 一 先 生,ま 際 して ご尽 力 下 さ った 画 像 電 子 学 会 の福 島理 恵 子 氏,さ

た編 集 に

ら に本 書 の 企 画 に ご

賛 同下 さ り,ご 協 力 を頂 い た 東 京 電 機 大 学 出版 局 の徳 富亨 氏 に 衷 心 よ りお 礼 申 し上 げ ます 。

2003年12月

目

次

ま え が き  (小 松 尚 久) ⅲ

第1章 

電 子 透 か し と は 何 か― 使 用 形 態 と 耐 性 評 価― 

(稲 葉 宏 幸) 

1

1.1  は じ め に 

1

1.2  電 子 透 か し に 求 め ら れ る こ と 

2

1.3  電 子 透 か し の 使 用 形 態 

3

1.4  電 子 透 か し を 用 い る コ ン テ ン ツ 

7

1.5  電 子 透 か し の 耐 性 評 価 

8

1.6  む す び 

第2章 

13

本 物 の 証― 紙 の す き 入 れ(透 か し)―  (川 合 淳 郎) 

15

2.1  は じ め に 

15

2.2  透 か し の 技 術 

16

2.3  本 物 の 証 と し て の 透 か し 

20

2.4  透 か し の 品 質 と そ の 評 価 

33

2.5  む す び 

35

第3章 

文 書 画 像 へ の 電 子 透 か し  (松 井 甲 子 雄) 

37

3.1  は じ め に 

37

3.2  文 章 要 素 に よ る 透 か し 方 式 

38

3.3  背 景 パ タ ー ン に よ る 透 か し方 式 

41

3.4  多 値 画 像 の2値

43

化 に よ る 透 か し 方 式 

3.5  2値 画 像 の 多 値 化 に よ る 透 か し方 式 

47

3.6  ベ ク トル デ ー タ へ の 透 か し方 式 

49

3.7  む す び 

50

第4章 

JPEG画

像 に 対 す る電 子 透 か し  (汐 崎  陽) 

53

4.1  は じ め に 

53

4.2  JPEG圧

55

縮 処 理 と 透 か し埋 め 込 み 過 程 

4.3  透 か し情 報 の 埋 め 込 み 

59

4.4  む す び 

72

第5章 

動 画 像 電 子 透 か し  (酒 澤 茂 之) 

75

5.1  は じ め に 

75

5.2  動 画 像 電 子 透 か し に 対 す る 要 件 

76

5.3  動 画 像 電 子 透 か し 方 式 の 概 説 

79

5.4  透 か し攻 撃 ツ ー ルStirmarkの

動 画 像 適 用 に 関 し て 

5.5  む す び 

第6章 

89 92

3次 元 形 状 モ デ ル に 対 す る透 か し  (大 渕 竜 太 郎) 

95

6.1  は じ め に 

95

6.2  3次 元 形 状 モ デ ル と 透 か し 

96

6.3  メ ッ シ ュ 形 状 に 埋 め 込 む 透 か し 

98

6.4  メ ッ シ ュ の 属 性 や 動 き に 埋 め 込 む 透 か し 

107

6.5  形 状CADデ

108

6.6 

第7章 

ー タ を 対 象 と す る 透 か し 

ま と め 

108

ホ ロ グ ラ フ ィ へ の 応 用  (田 中 賢 一) 

113

7.1  は じ め に 

113

7.2  CGHの

114

合 成 手 法 

7.3  透 か し情 報 と し て のCGH 

117

7.4  署 名 デ ー タ の 再 生 

119

7.5  ア タ ッ ク 耐 性 強 化 策 

121

7.6  ま と め 

122

第8章 

音 楽 電 子 透 か しの 普 及 の 可 能 性 に つ い て  (松 尾 秀 城) 

125

8.1  は じ め に 

125

8.2  音 楽 電 子 透 か し 技 術 の 適 用 の 現 状 

126

8.3  音 楽 電 子 透 か し の 普 及 の 可 能 性 

133

8.4  結 論 

137

第9章 

DVDに

対 す る コ ンテ ン ツ保 護 と電 子 透 か し

 (田 中 賢 一,田

中  清) 

141

9.1  は じ め に 

141

9.2  DVDの

基 礎 知 識 

142

9.3  DVDの

コ ン テ ン ツ 保 護 手 段 

145

9.4 

第10章  10.1 

ま と め 

151

バ イ オ メ ト リ ク ス 本 人 認 証 技 術 と そ の 課 題  (篠 原 克 幸)  は じ め に 

153 153

10.2  認 証 に 用 い ら れ て い る生 体 特 徴 

155

10.3 

158

バ イ オ メ ト リ ク ス 個 人 認 証 技 術 の 課 題 

10.4  認 証 ア ル ゴ リ ズ ム の 新 し い 動 き 

162

10.5 

163

第11章 

む す び 

攻 撃 と そ の 対 策  (古 原 和 邦,今

井 秀 樹) 

167

11.1 

は じ め に 

167

11.2 

電 子 透 か し を 用 い て 埋 め 込 ま れ る 情 報 の 分 類 

167

11.3 

埋 め 込 ま れ た 電 子 透 か し に 対 す る 攻 撃 と対 策 

169

11.4 

透 か し の 埋 め 込 み ・抽 出 装 置 に対 す る 攻 撃 と 対 策 

171

11.5  今 後 の 課 題 

176

11.6 

178

第12章 

ま と め 

デ ィ ジ タ ル ・ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ技 術 に つ い て  (河 口 英 二,野

12.1 

は じ め に 

田 秀 樹,新

見 道 治) 

181 181

12.2 

デ ィ ジ タ ル ・ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ技 術 の 位 置 づ け 

181

12.3 

従 来 か ら の デ ィ ジ タ ル ・ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ 

184

12.4 

実 験 プ ロ グ ラ ム や 文 献 

186

12.5 

BPCS‐Steganography方

12.6 

限 定 色 カ ラ ー 画 像 へ の 適 用 

189

12.7 

ウ ェ ー ブ レ ッ ト非 可 逆 圧 縮 画 像 へ の 適 用 

192

第13章 

式 

186

電 子 透 か し に 関 す る 国 際 標 準 化 動 向  (青 木 輝 勝,安

田

浩)  1 97

13.1 

は じ め に 

197

13.2 

デ ィ ジ タ ル コ ン テ ン ツ 流 通 に 関 す る 国 際 標 準 化 機 関 ・団 体 と そ の 目 的 

197

13.3 

MPEG‐21と

13.4 

電 子 透 か し に 関 す る 耐 性 評 価 項 目 

204

13.5 

ま と め 

206

第14章 

電 子 透 か し 

今 後 の 展 望― ま と め に か え て― 

199

(田 中 賢 一) 

209

14.1  紙 幣 に 対 す る 透 か し(第2章) 

209

14.2 

文 書 画 像 へ の 応 用(第3章) 

210

14.3 

静 止 画 像 へ の 応 用(第4章) 

210

14.4 

動 画 像 へ の 応 用(第5章) 

211

14.5 

三 次 元 形 状 モ デ リ ン グ へ の 応 用(第6章) 

212

14.6 

ホ ロ グ ラ フ ィ へ の 応 用(第7章) 

212

14.7 

音 楽 情 報 に 対 す る 応 用(第8章) 

213

14.8 

DVDへ

213

14.9 

バ イ オ メ ト リ ッ ク ス 本 人 認 証 技 術(第10章) 

の 応 用(第9章) 

214

14.10 

攻 撃 と そ の 対 策(第11章) 

214

14.11 

ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ(第12章) 

215

14.12 

国 際 標 準 化 動 向(第13章) 

216

1 章

第

電子透 か しと は何 か― 使用形態と耐性評価―

京都工芸繊維大学工芸学部 稲 葉 宏幸

1.1  は じ め に   最 近,電

子 透 か し とい う言 葉 を よ く耳 に す る よ う に な っ た 。 透 か し とい う

と,一 般 的 に は紙 幣 に 入 っ て い る透 か しを連 想 す る と思 わ れ る。 言 う まで も な いが,紙

幣 の 透 か し は,紙 幣 の 真 偽 を見 分 け るた め に入 れ られ て い る。 透

か し は,文 字 どお り透 か し て見 る こ とで 誰 で も透 か しの 有 無 を確 認 で き,し か も一 般 的 な 技 術 で は 透 か しを 作成 す る こ とが難 しい とされ て い るか らで あ る。 デ ィ ジ タ ル 情 報 の場 合,こ

の よ う な 目的 の た め に は一 般 に デ ィ ジ タ ル署

名 が 用 い られ る。   よ く知 られ て い る よ う に,デ

ィ ジ タル 情 報 の大 きな 特 徴 の一 つ は,完 全 に

正 確 な複 製 を い く らで も作 成 で き る とい う こ とで あ る。 情 報 を加 工 し伝 送 す る過 程 を考 え て み る と,複 製 とい うの は情 報 を処 理 す る上 で 本 質 的 に重 要 な 操 作 で あ り,そ う い う意 味 で デ ィ ジ タル 情 報 は情 報 を扱 う上 で優 れ た 形 式 で あ る と考 え られ るの で あ る。 しか し,そ の利 便 性 が,デ 像 や 音 楽,小 説,コ

ィジタル化 された画

ン ピ ュ ー タ プ ロ グ ラ ム な どの著 作 権 を考 えた とき に大 き

な 問題 と な る。 デ ィ ジ タ ル 化 さ れ て い な い情 報,例

えば キ ャ ンバ ス に描 か れ

た 油絵 を考 え て み る と,摸 写 を して 複 製 画 を作 る か,あ

る い は写 真 を撮 る な

どの 方 法 で 複 製 を作 る こ と はで き るが,こ れ らは あ くまで 複 製 で あ っ て オ リ ジ ナ ル の 絵 とは 区 別 す る こ とが で き る。 しか し,デ

ィジ タル カ メ ラで 撮 影 し

た 写 真 は,そ の 写 真 デ ー タ を コ ピー す る こ とで,オ

リジ ナ ル と ま った く同 じ

複 製 写 真 を何 枚 で も作 る こ とが で きて し ま う。 この よ うな 状 況 は,大 量 の不

正 複 製 に よ る著 作 権 侵 害 を助 長 す るお そ れ が あ る た め,デ

ィ ジタ ル 情 報 で あ

っ て も複 製 を 区別 す る方 法 と して電 子 透 か し技術 の実 現 が希 求 され て い る の で あ る 。 つ ま り,写 真 な どの デ ィジ タル 情 報 の複 製 を作 成 す る際 に,そ の情 報 の 著 作 権 情 報 や,シ

リア ル 番 号 な どの 副 情 報 を,複 製 情 報 の 一 部 をわ ず か

に 変 更 す る こ とに よ っ て 記 録 し て お くこ とで,オ

リジ ナル 情 報 と複 製 との 区

別 を可 能 に し,著 作 権 の 管 理 を容 易 に す る とい う こ とで あ る。 以 下,電

子透

か し に つ い て も う少 し詳 し く述 べ る こ と にす る。

1.2  電子透 か しに求め られ る こと   電 子 透 か しを 実 現 す る際 に求 め られ る条 件 と して, (1)  透 か しが 記録 され た コ ン テ ン ツ の 品質 を ほ とん ど損 な わ な い こ と。 (2) 

コ ン テ ン ツ の編 集 や 圧 縮,フ

ォー マ ッ ト変 換 を含 む 各種 改 変 に対 して

透 か しが 消 え な い こ と。 (3)  透 か しの 読 み 出 し は,許 可 され た 者 の み が 可 能 で あ る こ と。 の 三 つ が重 要 で あ る。 電 子 透 か しを使 った こ とに よ っ て,コ が 大 き く劣 化 し て し ま え ば,そ

ンテ ン ツの 品 質

の コ ン テ ン ツ の 価 値 を 下 げ て し ま う か ら,

(1)の 条 件 は当 然 必 要 で あ る。 画 像 や音 声 な どの コ ン テ ン ツ の 品質 は,従 来 か らSN比 SN比

に よ り示 さ れ る こ とが 多 く,電 子 透 か し に よ る 品 質 へ の 影 響 も

に よ り表 す こ とが 多 い。SN比

とは,画 像 等 の 信 号 の 平 均 電 力 をSと

し,こ れ に加 わ って い る雑 音 信 号 の平 均 電 力 をNと

に よ り定 義 され る値 で あ るが*,電

す る と き,

子 透 か し に よ り記 録 され る信 号 は,コ

ン

テ ン ツ か ら見 れ ば一 種 の 雑 音 信 号 で あ る た め,電 子 透 か しの 評 価 に もSN 比 が 用 い られ る の で あ る。 しか しな が ら,最 近 の 電 子 透 か しア ル ゴ リズ ム で は,人 の 知 覚 特 性 を利 用 す る手 法 も多 く,こ の よ う な手 法 の場 合 に は,主 観 評 価 な ど を併 用 す る こ と も必 要 とな って くる で あ ろ う。 *画像 信 号 で は

,Sと

も多 い。

して全 画 素 の輝 度 値 が 最 大 値 を と って い る場 合 の値 を使 用 す る こ と

  また,前 述 した よ う に,デ

ィ ジタ ル 情 報 は加 工 や 編 集 を して も品質 が ほ と

ん ど劣 化 しな い の が 大 きな 特 徴 で あ る か ら,使 用 形 態 に応 じて 様 々 な 処 理 が 加 え られ る こ とが 多 い 。 ま た,あ

る コ ン テ ンツ に電 子 透 か しが 使 用 され て い

る とい う こ とが 知 られ て い れ ば,悪 意 あ る者 は その 透 か し を消 去 す るた め に 何 らか の改 変 を加 え るか も しれ ない 。 電 子 透 か し は,こ れ らの 操 作 に 対 して あ る程 度 の 耐性 を有 す る必 要 が あ る。   (3)の 条 件 は,読 み 出 し に必 要 な鍵 が設 定 され て お り,そ れ を知 っ て い る 者 だ け が透 か し を読 み 出 す こ とが で き る とい う こ とで あ る。 例 え ば,あ

るコ

ン テ ンツ の 著 作 権 者 が 誰 で あ るか を表 示 す る よ う な場 合 に は,そ の コ ン テ ン ツ の使 用者 は誰 で も透 か し の読 み出 しが 可能 で あ る必 要 が あ るが,一

般 には

透 か しの 読 み 出 しが で き れ ば そ れ を 消 去 す る こ と も可 能 で あ るか ら,1.3.2 で 述 べ る よ う に電 子 透 か しの存 在 に よ っ て 不 正 複 製 な どの 行 為 を 抑 止 し て い る場 合 に は 問 題 が あ る。 そ の よ う な場 合 に は,著 作 権 者(あ る い は そ れ に代 わ る者)の み が透 か しを読 み 出 す た め の鍵 を所 有 し て い る こ と に な る。

1.3  電子透か しの使 用形 態   電 子 透 か し に は,以 下 に 示 す よ うな様 々 な使 用 形 態 が 考 え られ て お り,そ れ ら に応 じて 透 か し と して 記 録 さ れ るべ き情 報 の種 類 も変 わ っ て くる こ と に な る。 また,電 子 透 か しに 求 め られ る技 術 的 要 件 も使 用 形 態 に よ っ て変 化 す る。 1. 3.1  著 作 権 ・使 用 条 件 の 表 示   従 来 か ら,著 作 物 に対 して〓 マ ー ク を表 示 して著 作 権 者 を 明 示 す る こ とが 行 わ れ て い る が,こ れ を電 子 透 か し に よ り実 現 す る もの で あ る。 ま た,著 作 物 に よ っ て は,教 育 目 的 や 障 害 者 の 利 用 に限 っ て複 製 を認 め る もの や,単 純 な 複 製 は認 め るが 切 り抜 き等 編 集 は認 め な い な ど,そ の使 用 に 当 た っ て 様 々 な 条 件 が 付 け られ て い る も の も多 い 。 これ らの 条 件 を著 作 物 の 使 用 の た び に い ち い ち著 作 権 者 に問 い 合 わ せ て い た ので は煩 雑 で あ る の で,こ

れ らの 使 用

条 件 を電 子 透 か し と して あ らか じめ 記 録 して お くこ と も考 え られ て い る5)。

1. 3.2  不 正 利 用 者 の 追 跡   あ る コ ン テ ンツ,例

え ば音 楽CDを

購 入 した と き,購 入 者 が 得 る権 利 は 一

般 に は そ の 音 楽 を個 人 的 に聴 く権 利 で あ っ て,他 人 に そ の 複 製 を配 布 す る権 利 は含 まれ て い な い 。 しか し,そ の よ う な複 製 行 為 を行 っ て も,も との購 入 者 の 情 報 が 消 失 した り,劣 化 す る こ と は な い の で,特

に罪 の 意 識 な く複 製 が

行 わ れ る こ と もあ る。 そ こで,購 入 者 が 得 る コ ン テ ン ツ に,そ の 購 入 者 の氏 名 な ど の情 報 を電 子 透 か し と し て記 録 す る。 購 入 者 に は,他 人 へ の 複 製 行 為 は許 可 され て い な い こ と,コ ンテ ン ツ に は電 子 透 か しが 記 録 され て お り複 製 さ れ た コ ン テ ン ツか ら氏 名 な ど を読 み 出 す こ とが 可能 で あ る こ と をあ らか じ め 伝 え て お く。 この よ う に す れ ば,購 入 者 が 安 易 に不 正 な複 製 行 為 を行 う こ と を抑 止 す る こ とが で き る。   具 体 的 な 流 れ を,図1.1に

示 す 。 まず 利 用 者 は,購 入 し よ う とす る コ ンテ

ン ツ を選 び,利 用 者 情 報 等 を著 作 権 者 に送 信 す る(①)。 著 作権 者 は,送 信 さ れ た 利 用 者 情 報 を電 子 透 か し と して記 録 した 透 か し入 り コ ンテ ン ツ を利 用 者 に送 信 す る(②)。 次 に,利 用 者 が 不 正 に 複 製 を作 成 し た とす る(③)。 著 作 権 者 は 何 らか の 方 法 で そ の複 製 を入 手 して か ら,電 子 透 か し と して 記 録 され て い る利 用 者 情 報 を復 号 し(④),該

当す る利 用 者 に 警 告 をす る と と も に場 合 に

図1.1  電 子 透 か しに よ る不 正 利 用 者 の 追跡

よ っ て は罰 則 等 を適 用 す る(⑤)。   この 方 式 で は,悪 意 あ る利 用 者 は,コ

ン テ ン ツ の複 製 を作 成 す る際 に,記

録 され て い る電 子 透 か しを 消 去 す るた め に何 等 か の 改 変 操 作 を加 え る可 能 性 が あ る か ら,電 子 透 か し は 想 定 さ れ 得 る改 変 操 作 に 耐 性 を有 す る 必 要 が あ る。   また,利 用 者 が 不 正 に作 成 した 複 製 コ ン テ ン ツ を著 作 権 者 が 入 手 す る方 法 も,実 際 の運 用 に 当 た っ て は重 要 な課 題 で あ る。 イ ン ター ネ ッ ト等 で 公 開 さ れ て い る複 製 コ ンテ ン ツ を人 手 に よ り見 い だ す こ と は効 率 的 で な い の で,自 動 的 に複 製 コ ンテ ン ツ を探 索 す る ソ フ トウ ェ ア の利 用 等 が 考 え られ て い る。   また,こ

の考 え方 を さ ら にす す め て,コ

ン テ ンツ が あ る利 用 者 か ら他 の利

用 者 へ と複 製 を作 成 され る た び ご とに,そ の 利 用 者 の情 報 を電 子 透 か し と し て 記録 し て い く方 法 も考 え られ る。 た だ し,こ の利 用 方 法 を実 現 す るた め に は,中 間 の利 用 者 に ど の よ う に して 電 子 透 か し の 記 録 をや らせ る の か,ま た,非 常 に多 くの利 用 者 を経 由 した 場 合 に で も,電 子 透 か し の記 録 領 域 を確 保 で き る のか,な

ど多 くの課 題 を解 決 す る必 要 が あ る。

1.3.3  利 用 制 限 情 報 の 記 録   コ ンテ ン ツ に よ っ て は,利 用 者 に よ る複 製 を1回 だ け は認 め る もの や,あ らか じめ 定 め られ た期 限 内 の み 利 用 が可 能 で あ る もの な ど,利 用 に 際 し て一 定 の制 限 を課 して い る場 合 が あ る。 そ こで,こ

の よ うな 制 限 を制 御 す るた め

の 情 報 を電 子 透 か し と し て記 録 し て お く。 これ らの情 報 を コ ン テ ンツ の ヘ ッ ダ部 分 な どに記 録 して お い た の で は,不 正 な利 用 者 な ど に よ っ て利 用 制 限 を 回 避 され るお そ れ が あ るた め で あ る**。 この 場 合 は,利 用 に必 要 な 機 器(ビ デ オ プ レー ヤ 等)が 電 子 透 か し を読 み 出 して,必 要 な 制 限 を課 す こ とに な る (図1.2)。

した が っ て,こ れ らの機 器 の 内部 に は,透 か しの 読 み 出 し に 必 要

とな る鍵 情報 も格 納 して お く必 要 が あ る。 悪 意 あ る利 用 者 で あれ ば,機 器 の 構 造 を解 析 し て こ うい った 鍵 情 報 を盗 み と ろ う とす る可 能性 が あ るた め,簡

**1999年 の 著 作 権 法 の 改正 に よ り,こ の よ う な回 避 行 為 は法 に よ り罰 せ られ る こ とに な っ て い る(技術 的 保 護手 段 の 回 避)。 しか し,利 用 者 に よって 容 易 に回 避 され 得 る よ うな手 法 が,著 作権 法 で い う 「 技 術 的保 護 手 段 」 とは認 め られ ない 可 能性 もあ り,技 術 的 に 十分 な強 度 を有 す る手 法 を適 用 す る必 要が あ ろ う。

図1.2  電子 透 か しに よ る利 用制 限 の 実 現

単 に は解 析 で きな い よ うに,ま た,無 理 に鍵 情 報 を読 み 取 ろ う と した場 合 に は 鍵 情 報 自 体 が 自動 的 に 消 去 され る よ う に 設 計(耐 タ ンパ 性)す る必 要 が あ る。 1.3.4  コ ン テ ン ツ の 改 ざ ん 検 出   デ ィ ジ タ ル コ ンテ ン ツ は,ま っ た く痕 跡 を残 さず に変 更 を加 え る こ とが 可 能 で あ る の で,改

ざん が 行 わ れ て い な い か ど うか を調 べ る こ と は困 難 で あ

る。 そ の た め,例

え ば デ ィ ジ タル カ メ ラ で 撮 影 した 写 真 を証 拠 と して 使 う こ

とは難 しい こ とに な る。 も ち ろ ん,デ

ィ ジ タ ル署 名 を付 加 して お け ば,改 ざ

ん の有 無 を調 べ る こ とは で き るが,デ

ィ ジ タル 署 名 自体 が 除 去 され て しま う

と調 べ る こ と は で きな くな っ て し ま う。 そ こで,デ ィ ジ タ ル コ ン テ ン ツ に "こ わ れ や す い"電 子 透 か し を 入 れ て お く こ とで 改 ざ ん を検 出 す る 方 法 が 考 え られ て い る。1.2で 述 べ た よ う に,通 常 の 電 子 透 か し は,コ 変 が 行 わ れ て も消 え な い こ とが 求 め られ るが,逆

ン テ ン ツ に改

に わ ず か な改 変 が 行 わ れ て

も消 え て し ま う よ う な電 子 透 か し を用 い る こ とで,改

ざ ん を検 出 す る こ とが

で き る。 これ は例 え ば,画 像 を構 成 す る画 素 の 下 位 ビ ッ トに電 子 透 か し を記 録 す る こ と で実 現 す る こ とが で き る。 一 般 に は,改

ざん が 行 わ れ た 事 実 だ け

で な く,改 ざ ん が 行 わ れ た箇 所 や 改 ざん 内容 を知 りた い こ とが 多 い と考 え ら れ るが,こ

の よ うな 目的 の た め に は,改

ざ ん され て い な い部 分 の電 子 透 か し

か ら必 要 な 情 報 が取 りだ せ る よ うに工 夫 す る必 要 が あ る。

1.3.5  ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ(Steganography)   一 般 に,通 信 内 容 を第 三 者 に秘 密 に した い場 合 は 暗 号 が 用 い られ るが,暗 号 通 信 を行 っ て い る とい う事 実 自体 は第 三 者 に知 られ て し ま う。 例 えば,検 閲 が 行 わ れ て い る とい う状 況 下 で は,暗 号 通 信 の存 在 をカ ム フ ラ ー ジ ュ して 通 信 を行 わ な け れ ば通 信 を妨 害 され た り,他 の 通 信 文 に置 き換 え られ た りす る可 能 性 が あ る。 この よ う な手 法 は ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ と呼 ばれ て い る。 相 手 に伝 え た い 真 の情 報 を電 子 透 か し とし て他 の 適 当 な コ ンテ ン ツ に記 録 す る こ とで ス テ ガ ノ グ ラ フ ィを 実 現 す る こ とが で き る。 通 常 の 電 子 透 か し の用 途 で は,透 か し と し て記 録 す る情 報 は 副 情 報 で あ り主 情 報 で は な い が,ス

テガ ノ

グ ラ フ ィで は透 か し と して 記 録 す る情 報 が 主情 報 とな る。 した が っ て,ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ と し て利 用 をす る場 合 に は,(1)な き る こ と,(2)情

る べ く多 くの情 報 を記 録 で

報 が 記 録 され て い る こ と を,主 観 的 ・客 観 的 に検 知 さ れ な

い こ とが 必 要 で あ る。

1.4  電子透 か しを用 いる コンテ ンツ   電 子 透 か しの適 用 が 想 定 され る デ ィ ジ タル コ ンテ ン ツ に は,音 声,画 像 を は じめ と して,テ

キ ス トや コ ン ピ ュ ー タ プ ロ グ ラム な ど多 種 多様 な もの が あ

る。 また,画 像 に 限 定 し て も,静 止 画 像 と動 画 像,濃

淡 画 像 とカ ラ ー 画 像 と

い っ た 区 別 の 他 に,地 図 や フ ォ ン トな どの ベ ク トル デー タや,イ 画 な どの 線 画 像,さ

ラ ス ト,漫

ら に は ワ イ ヤ ー フ レー ム で表 現 され た 三 次 元 モ デ ル な ど

も考 え られ る。 これ らの 多 種 多様 な デ ィ ジ タル コ ンテ ン ツ に対 して,統 一 的 な 手 法 を用 い て電 子透 か しを実 現 す る こ と は困 難 で あ り,一 般 的 に は,個 々 の デ ィジ タル コ ン テ ン ツ に対 応 す る電 子 透 か しが考 え られ て い る。   音 声 や 画 像 に対 す る電 子 透 か し は比 較 的 よ く検 討 され てお り,実 際 に 用 い られ て い る もの もあ るが,テ

キ ス トや コ ン ピ ュ ー タ プ ロ グ ラ ム に対 す る電 子

透 か しの提 案 は少 な い 。 これ は,音 声 や 画 像 は冗 長 な成 分 を多 く含 み,デ ー タ に多 少 変 更 が 加 え られ て も利 用 者 が そ れ を知 覚 で きな い こ とが 多 い が,テ キ ス トや コ ン ピ ュ ー タ プ ロ グ ラ ム で は,微 小 な 変 更 で あ って も大 き な影 響 が あ る と考 え られ る か らで あ る。 例 え ば,テ キ ス トで あ れ ば句 読 点 の位 置 が 変

わ った だ けで も文 章 の 意 味 が変 わ っ て し ま う場 合 が あ り得 る し,コ

ン ピ ュー

タ プ ロ グ ラ ム の場 合 に は正 常 に動 作 しな くな っ て し ま う可 能 性 もあ る。

1.5  電子 透か しの耐性評価   1.2で 述 べ た よ う に,電 子 透 か し は,コ

ンテ ン ツ に対 す る各 種 の改 変 操 作

に対 して 耐 性 を有 す る必 要 が あ る。 どの よ う な改 変 操 作 を考 慮 しな けれ ば い け な い か は,コ よ るが,こ

ン テ ン ツ の種 類 や,1.3で

述 べ た 電 子 透 か し の使 用 形 態 に も

こで は主 に画 像 コ ンテ ン ツ の場 合 に どの よ う な改 変 操 作 を 考慮 す

る必 要 が あ る か 説 明 す る。 な お,静 止 画 像 の 電 子 透 か しの 強 度 を評 価 す るた め の ツ ー ル と し て,StirMark6),7)が 1.5.1∼1.5.4で

よ く 知 ら れ て い る。 こ れ は,

述 べ る よ うな 各 改 変 を複 合 的 に適 用 す る こ と で,電 子 透 か

しの 強 度 の 目安 を知 る こ とが で き るベ ン チ マ ー ク ソ フ トウ ェア で あ る。 しか し,こ れ らの 改 変 操 作 の組 合 せ 方 は 多 数 考 え られ る し,ま た,StirMarkが 想 定 し て い な い改 変 操 作 も あ り得 る た め,絶 対 的 な 評 価 尺 度 と は い え な い こ とに 注 意 す る必 要 が あ る。 1.5.1  圧 縮 に 対 す る 耐 性   画 像 や 音 声 等 の コ ン テ ン ツ は デー タ量 が膨 大 で あ るの で,一 た 状 態 で 伝 送,蓄

般 に圧 縮 され

積 さ れ る。 した が っ て,こ れ らの コ ン テ ン ツ を対 象 とす る

電 子 透 か し を考 え る と き,少 な く と も標 準 的 に用 い られ る圧 縮 ア ル ゴ リズ ム に対 す る耐 性 を 有 す る よ うに 設 計 す る必 要 が あ る。 静 止 画 像 に対 す る圧 縮 ア ル ゴ リズ ム と し て はJPEG方 のDCT(離

式 が 広 く使 用 さ れ て い るが,JPEGで

は画 像

散 コ サ イ ン変 換)係 数 を量 子 化 す る こ とに よ り情 報 を削 減 して お

り,こ の処 理 に よ って 透 か しが 消 去 され る可 能 性 が あ る。 そ こ で,こ の 量 子 化 の 過 程 の一 部 に 透 か し を挿 入 す る操 作 を 組 み 入 れ る こ とでJPEG圧

縮に

対 して 耐 性 を有 す る電 子 透 か しが 多 く提 案 され て い る。 最 も簡 単 な方 式 と し て,例

え ば量 子 化 した値(整 数 値)を 記 録 した い電 子 透 か し信 号 に よ っ て偶 数

か奇 数 に制 御 す る方 式(図1.3)や,異

な る二 つ の周 波 数 成 分 の 量 子 化 値 の差

分 の正 負 を制 御 す る 方式 等 が 知 られ て い る。   また,JPEGの

後 継 規 格 と して 提 案 され て い るJPEG20008)で

は ウェーブ

図1.3  量 子 化 を利 用 した 電子 透 か しの記 録

レ ッ ト変 換 が 用 い られ て お り,ウ ェ ー ブ レ ッ ト変 換 を利 用 した電 子透 か し も 多 く知 られ て い る。   動 画 像 の 場 合 に は,静 止 画 像 よ り もさ ら に高 い圧 縮 率 が 求 め られ るた め, MPEG-2な

ど の動 画 像 圧 縮 ア ル ゴ リズ ム で は フ レー ム 間 に存 在 す る相 関 を

利 用 す る こ とで高 い圧 縮 率 を実 現 して い る。 動 画 像 に対 す る電 子 透 か し は, 動 画 像 を構 成 す る各 フ レー ム に静 止 画 像 の電 子 透 か しを適 用 す れ ば実 現 が 可 能 で あ るが,MPEG-2な

ど フ レ ー ム 間 予 測 を利 用 す る方 式 の 場 合 は予 測 フ

レー ム の透 か しが 大 きな 影 響 を受 け る可 能 性 もあ り,フ レー ム 間 の 差 分 情 報 に 透 か し を記 録 す る方 法 も検 討 され て い る。例 え ば,MPEG-2で

は画 像 フ

レ ー ム を い くつ か の 小 ブ ロ ッ ク に分 け,個 々 の小 ブ ロ ッ ク を最 も よ く近 似 で き る参 照 フ レ ー ム 中 の 相 対 位 置 を伝 送 す る こ とで大 きな 圧 縮 効 果 を得 て い る が,こ

の位 置 情 報 に電 子 透 か し を記 録 す る こ とで,圧 縮効 率 を大 き く損 な う

こ とな く電 子 透 か し を実 現 で き る。   な お,こ れ らの 画 像 圧 縮 アル ゴ リズ ム は,一 般 に画 像 の 高 周 波 数 域 が知 覚 され に くい こ とを利 用 して い る の で,画 像 圧 縮 に耐 性 を有 す る電 子 透 か しで あ れ ば,一 般 的 な低 域 通 過 フ ィ ル タ に対 す る耐 性 を有 す る と考 え られ る。 1.5.2  輝 度,色

調 補 正 に対 す る 耐 性

  輝 度 や 色 調 に対 す る補 正 は画 像 情 報 に 対 して頻 繁 に行 わ れ るの で,こ れ ら の 操 作 に対 す る耐 性 も重 要 で あ る。 輝 度 値 を全 体 的 に明 る く した り,暗 く し た りす る よ う な 調 整 は,対 象 画 像 の直 流 成 分 を変 更 し て い る こ と に な るか ら,透 か し の周 波 数 成 分 が直 流側 に多 く分 布 し な い よ う にす れ ば対 策 が 可 能 で あ る。 な お,提 案 さ れ て い る多 くの 方 式 は,カ

ラー画像 が対 象 であ って

も,そ の輝 度 成 分 に の み 透 か し を記 録 す る も のが 多 い 。 これ は色 情 報 に透 か しを記 録 し て も,画 像 を白 黒 濃 淡 画 像 に 変 換 す る こ と に よ り,明

らか に透 か

しが消 えて し ま うか らで あ る と思 わ れ る。 1.5.3  切 り 取 り ・平 行 移 動 に 対 す る 耐 性   編 集 な どに よ っ て画 像 の 一 部 の み が切 り取 られ て利 用 さ れ る こ と も考 え ら れ る。 切 り取 りの 結 果,捨 る の で,切

て られ た領 域 の 情 報 は まっ た く失 わ れ る こ とに な

り取 りに対 して 耐 性 を有 す るた め に は,透 か しの情 報 を画 像 全 体

に分 散 させ る と と もに,重 複 して記 録 す る必 要 が あ る。 また,切 わ れ た 場 合,一

般 に は切 り取 っ た画 像 が,も

り取 りが 行

との 画像 の どの部 分 に相 当 す る

か は不 明 で あ るた め,透 か しの記 録 方 式 が 画 像 の座 標 軸 に依 存 し て い る場 合 に は読 み 出 しが 困 難 に な る。 つ ま り,切

り取 られ た 画 像 が も との 画 像 の どの

位 置 に相 当 す るか 調 べ るの が 困 難 で あ る場 合 に は,画 像 の 平 行 移 動 に対 して も耐性 を有 す る必 要 が あ る。   また,あ

る程 度 解 像 度 が 高 い 画 像 で あ れ ば,そ

の 走 査 線 の 一 つ を 取 り除

き,そ の後 に続 く走 査線 を順 次 移 動 させ る よ うな 改 変 操 作 を行 っ て も主観 的 に は ほ とん ど影 響 が な い 。 この よ う な改 変 は,部 分 的 な平 行 移 動 と考 え る こ とが で き る(図1.4)。   切 り取 り と は少 し異 な るが,低 ビ ッ トレ ー トにお け る動 画 像 符 号 化 方 式 の 一 つ と し て よ く用 い られ る よ う に な っ て き て い るMPEG-4方 式9)で は,人 物 な どの オ ブ ジ ェ ク トを背 景 画 像 とは独 立 して符 号 化 ・伝 送 す る こ とが 可 能 に な っ て い る。 この よ う な符 号 化 形 式 で は,オ ブ ジ ェ ク ト部 分 の み が 独 立 し

図1.4  走 査線 の抜 き取 りに よる画 像 の 改変

て 利 用 され る こ と も考 え られ る ので,オ

ブ ジ ェ ク ト単 位 に電 子 透 か し を記 録

す る こ と も必 要 とな ろ う。 一 般 に,オ ブ ジ ェ ク ト部 分 の 形 状 は矩 形 と は限 ら な い た め,画 像 の 矩 形 領 域 を対 象 と して 電 子 透 か しの 記 録,読

み 出 し を行 う

方 式 は使 え な い こ とに な る。 1.5.4  回 転 な ど ア フ ィ ン 変 換 に 対 す る 耐 性   画 像 を微 小 角度 だ け 回転 して も,多 か し,1.5.3で

も述 べ た よ うに,多

くの場 合 に主 観 的 な影 響 は 少 な い 。 し

くの 電 子 透 か し手 法 は,画 像 の 座 標 系 に

依 存 して い る た め,回 転 に よ って 座 標 系 が変 わ っ て し ま う と,そ の読 み 出 し が 困 難 に な る。 また,よ

り一 般 的 に は,ア

フ ィ ン変 換 に よ る改 変 を考 え る こ

と もで き る。 ア フ ィ ン変 換 と は,画 像 の座 標(x,y)を

に よ り,(x',y')に

変 換 す る変 換 をい う。 こ こ で,a=d=1,b=c=e=f=

0と す れ ば 恒 等 変 換 で あ るが,a∼fの

値 をわ ず か に変 化 させ て も画 像 に 与

え る主 観 的 な 影 響 は少 な い。 また,上 式 は(x,y)に 2次 以 上 の 変 換 を考 え る こ と もで き よ う。 図1.5に1次

関 す る1次 式 で あ るが, 変 換 お よ び2次 変 換

に よ る画 像 の 変 形 の様 子 を示 す 。 た だ し,図 は 変 形 の様 子 が 顕 著 に現 れ る よ う にパ ラ メ ー タ を設 定 した もの で あ る。   なお,デ

ィ ジ タ ル 画 像 を,プ

ク リー ン に 投 影 した もの は,も

リ ン タで 印 刷 した も の や,プ

ロジェクタでス

との 画 像 とわ ず か に異 な って い る が,こ れ ら

の 変 形 は近 似 的 に ア フ ィ ン変 換 で あ る と考 え る こ とが で き る。

(a) 原画 像

(b) 1次 変 換 図1.5  画 像 の変 形

(c) 2次 変 換

1.5.5  電 子 透 か しの 重 ね 書 き に 対 す る 耐 性   す で に電 子 透 か しが 記 録 され て い る コ ンテ ン ツ に対 して,別

の電 子 透 か し

を上 書 きす る と,も との 透 か しが 消 え て し ま う可 能 性 が あ る。1.2で 述 べ た よ うに,一 般 に透 か し は読 み 出 し に必 要 な鍵 を知 らな けれ ば読 み 出 す こ とが で きな い が,透

か し を記 録 す るア ル ゴ リズ ム が 公 開 さ れ て い る場 合 に は,任

意 の鍵 を設 定 し,適 当 な情 報 を透 か し と して 記録 す る こ と はで き る。 また, 透 か しの ア ル ゴ リズ ム が 非 公 開 で あ っ て も,多

くの透 か し入 りコ ンテ ン ツが

配 布 さ れ て い る よ う な状 況 で は問 題 が 生 ず る こ とが あ る。 例 え ば,ビ オ ンデ マ ン ドシ ス テ ム な どで,ビ

デ オ コ ン テ ン ツCに

デオ ・

視 聴者 の氏名 が 電子

透 か し に よ り記 録 され て か ら配 信 され て い る と し よ う。 こ こ で,視 聴 者A に は,透 か しWAが

記 録 され た コ ン テ ン ツ

が 配 信 され,視 聴 者Bに

は,透 か しWBが

が 配 信 さ れ る も の と す る 。 こ の と き,こ 2人 の ユ ー ザA,Bが

に よ り,差 分dを

協 力 す る と,互

記 録 され た コ ンテ ン ツ

れ らの ビ デ オ コ ン テ ン ツ を入 手 した

い の コ ン テ ンツ を比 較 して

計 算 す る こ とが で き る。dは

そ の値 が ゼ ロ で な い 位 置 が,ユ

ー ザAと

あ る こ とに な る。 そ こ か ら,CAあ

実 際 に は ビ ッ ト列 で あ り,

ユ ー ザBの

る い はCBの

透 か し情 報 の 相 異 点 で

該 当 す る位 置 の み を変 更 す

る こ とに よ って 透 か し を消 去 で き る可 能 性 が 高 い こ とが わ か る。 そ こで,透 か し信 号 で あ るWAやWBを

う ま く符 号 化 す る こ とに よ っ て,上 記 の よ う に

複 数 の ユ ー ザ が 結 託 した と し て も,電 子 透 か し を 消 去 で き な い よ う に,ま た,消

去 し よ う と した コ ン テ ン ツか ら,結 託 に参 加 した ユ ー ザ を 特 定 で きる

よ うに す る方 法 も考 え られ て い る。 1.5.6  著 作 権 者 の 不 正 に 対 す る 対 策   電 子 透 か し 自体 の 耐 性 とは 異 な る が,1.3.2で

述 べ た よ う な 目的 で 電 子 透

か しを 用 い る場 合 に は,利 用 者 は コ ンテ ン ツ を購 入 す る前 に,著 作 権 者,あ る い は コ ン テ ン ツ の 提 供 者 に,自 る。 そ の た め,コ

らの氏 名 等 を送 信 す る必 要 が あ る こ とに な

ン テ ン ツ提 供 者 は容 易 に利 用 者 の趣 味 ・嗜 好 に関 す る情 報

を収 集 す る こ とが で き,こ れ らの 情 報 が 著 作 権 管 理 以 外 に 流 用 され て しま う 危 険 性 が 生 じ る。 し た が って,1.3.2で 構 築 す る 際 に は,こ

述 べ た よ う な著 作 権 管 理 シ ス テ ム を

の よ うな利 用 者 の個 人 情 報 を保 護 で き る よ う十 分 な対 策

を とる必 要 が あ る。 具 体 的 な 方 法 と して は,利 用 者 の個 人 情 報 を暗 号 化 した 上 で コ ンテ ン ツ提 供 者 に送 信 し コ ン テ ンツ に記 録 して も ら うよ う にす れ ば よ い 。 この場 合,コ

ン テ ン ツ提 供 者 は送 られ て きた 情 報 が 正 しい もの か ど うか

判 断 す る こ とが で き な い の で,悪 意 あ る利 用者 は偽 の情 報 を暗 号 化 して 提 供 す るか も しれ な い 。 そ こ で,第 三 者 に利 用 者 が 真 の情 報 を暗 号 化 して い る こ とを 証 明 して も ら う方 法 も考 え られ て い る。

1.6  む

す

び

  本 章 で は,電 子 透 か しの 概 要 に つ い て 述 べ,そ

の 使 用 形 態 や 各 種 改 変 に対

す る耐 性 評 価 につ い て 述 べ た 。 本 章 で 述 べ た こ と以 外 に も多 くの考 慮 す べ き 問 題 が あ る。 例 え ば,コ

ン テ ン ツ提 供 者 自身 が 不 正 を行 い,偽

の情 報 を 電 子

透 か し と し て記 録 して し ま う危 険 性 も考 え られ よ う。   電 子 透 か し技 術 は,今 後,情

報 化 社 会 を支 え て い く上 で 重 要 な技 術 の 一 つ

と考 え られ る が,技 術 的 に は ま だ満 足 で き る状 況 で は な い。 今 後,一 層 の研 究 開 発 が 望 ま れ る と こ ろで あ る。   ま た,デ

ィ ジ タ ル コ ンテ ン ツ の著 作 権 に 関 す る種 々 の 問題 は,電 子 透 か し

な ど技 術 的 方 法 の み で 解 決 で き る問 題 で は な く,教 育 や 法 律 な ど,様 々 な体 制 の 充 実 と両 立 に よ りは じめ て 解 決 で き る問 題 で あ る こ とを認 識 す る こ とが 重 要 で あ る。

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ン テ ン ツIDフ

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概

章

2 第

本 物 の 証― 紙のすき入れ(透 か し)―

元 東京工芸大学 工学部 教授  川 合 淳 郎

2.1 

は じ め に

 透 か し(す か し)と は,物 を 明 るい 方 に 向 け て 透 か し て見 た と き模 様 が 見 え る もの で,透

か し絵 ・透 か し彫 りな どが あ る 。 しか し普 通"透

か し"と い え

ば,紙 を 明 る い方 へ 透 か す と見 え る模 様 や文 字 を指 す 。  紙 に透 か し を入 れ る こ とは,そ

の紙 の製 造 ・品 質 な ど を証 す る商 標 と した

こ とに起 源 を発 して い る。 以 降,そ

の特 長 を生 か して"本 物"で

あ る こ とを

確 認 す るた め の手 段 に使 わ れ て い る。 そ の 代 表 的 な もの が 紙 幣 い わ ゆ る お札 で あ り,そ の 他 パ ス ポ ー トな ど偽 造 され る と社 会 的 な 混 乱 を もた らす もの に 用 い られ て い る 。   最 近 の 情 報 技 術 の 著 しい 発 達 と と もに,極

め て精 細 な コ ピー を簡 単 に 作 る

こ とが で き る よ う に な っ た 。 イ ンタ ー ネ ッ トを始 め とす る情 報 媒 体 で は,各 種 の デ ィ ジ タ ル デ ー タ を容 易 に入 手 ・作 成 ・編 集 す る こ とが で き る。 そ し て,デ

ィ ジ タ ル デー タ は 半 永 久 的 に 劣 化 しな い た め,多

くの メ デ ィア が ア ナ

ロ グ か ら デ ィ ジ タル へ移 行 しつ つ あ る。 これ らの デ ィ ジ タ ル デ ー タ は パ ソ コ ン等 を使 用 す れ ば容 易 に同 一 の コ ピー を作 成 す る こ とが で き,紙 幣 で さ え偽 造 され る時 代 と な っ た 。 デ ィジ タ ル コ ン テ ン ツ の 著 作 権 を保 護 す るた め に, 画 像 ・動 画 ・音 声 デ ー タ の 中 に署 名 情 報 を埋 め 込 む"電 子 透 か し"*が 用 い られ る よ うに な っ た 。 *ほ か に"コ し"が

ン シ ー ル ド イ メ ー ジ""デ

一般 的 で あ る。

ジ タ ル 透 か し"な

ど と も 呼 ば れ る が,"電

子透 か

  電 子 透 か しで い う"透 か し"と は,電 子 メ デ ィア の 真 正 性 を証 明 す るた め の もの,す く,ち

な わ ち 隠 され て い る"本 物 の証(あ か し)"で あ る と い っ て も よ

ょ う ど"お 札 の 透 か し"の よ うな もの とい う こ とが で き る。 そ こで,

本 稿 で は本 来 の紙 の 透 か し に つ い て,そ ど に つ い て 述 べ る。 た だ し,作

の歴 史 ・種 類 ・作 り方 ・品 質 評 価 な

り方 につ い て は そ の性 格 上 公 開 され て い な い

部 分 が 多 い ので,十 分 な 解 説 は で きな い。

2.2  透 か しの技術 2.2.1 

「透 か し 」 と 「す き 入 れ 」

  透 か し とは 前 節 で 記 し た よ う に,物 に 反 対 側 か ら光 を当 て た と き模 様 や 文 字 が 見 え る場 合 の 一 般 語 で あ るが,普 通 透 か し と言 え ば紙 の 透 か しの こ とで あ る。紙 の 場 合 これ を特 にす き入 れ とい うが,紙

を漉(す)く とき に模 様 や文

字 を入 れ るか らで あ る。   JIS P 0001-1998(紙 ・パ ル プ用 語)に は,用 語 す き入 れ,透 か しの定 義 と し て 「紙 を透 か し て見 た とき 現 れ る模 様 。 参 考 明 る く見 え る 白す き入 れ と, 暗 く見 え る黒 す き入 れ の2種 類 が あ る。 方 法 に は,手 す き,円 網 の す き網 及 び ダ ン デ ィ ロー ル の ワ イ ヤ に希 望 の模 様 の 凹 凸 を つ けた もの で抄 造 した り, プ レ ス 部 な どで 凹 凸 模 様 の あ る ロー ル で 湿 紙 に プ レ ス す る こ と な どが あ る。」,対 応 英 語(参 考)と して"watermark"と   英 語 でwatermark,ド じが す るが,紙

定 め て あ る。

イ ツ語 で もWasserzeichenと

い ってやや奇異 な感

を漉 くに は水 が 必 要 だ か ら こ う い う言 い 方 に な った と思 わ れ

る。 紙 は植 物 繊 維(セ ル ロ ー ス)を 絡 み 合 わ せ て 平 らに した もの で,水

を仲 介

と して セ ル ロ ー ス 同 士 を 水 素 結 合**さ せ た もの で あ る。 す な わ ち,水 の 中 で パ ル プ を 離 解(解 き ほ ぐ し)・ 叩 解(こ うか い:本 来"た

た く"意 で 製 紙 工

業 的 に は 繊 維 を適 当 な長 さ に 切 断 ・圧 壊 して 繊 維 を枝 分 か れ させ る作 業)・ フ ィ ブ リル化(枝 状 分 岐)さ せ た 懸 濁 液 を,細 か い 金 網 ま た は プ ラス チ ッ ク網 で水 を漉(こ)し,乾

か して紙 が で きる 。 離 解 以 下 の 前 処 理 の条 件 で,で

**水 素 原 子 を仲 介 と した 化 学 結 合 の一 種 で 合 。 セ ル ロー ス 繊維 に は多 くのO‐H基

,O‐H…Oの

きる

… の よ うな 静 電 引 力 に よ る結

が あ り,お 互 い に結 合 し合 う。

紙 の性 質 が 左 右 さ れ る(合 成 紙 の場 合 は別 で,必 ず し も水 を必 要 と し な い)。 ま だ水 が 多 く残 っ て い る湿 紙 の 状 態 の と きパ ル プ繊 維 の 密度 の 大 小 を 形 成 さ せ,紙

に 部 分 的 な 厚 薄 を作 って 透 か しが で き る。

  この よ う に紙 に透 か しを 入 れ る の は紙 を す く(漉 く,抄 造)時

に 入 れ る の で,"す

き入 れ"と

く=抄 紙 ま た は抄

い う のが 正 式 で あ る。 しか し"透 か し"

の ほ うが 一 般 的 で あ る の で,本 稿 で は 主 に この 言 葉 を用 い る。 2.2.2  透 か しの 歴 史   紙 は 紀 元 前 約100年

に 中 国 で 発 明 さ れ た(紙 は 紀 元105年

〈Ts'ai Lun〉 が 発 明 し た と従 来 い わ れ て きた が,こ

に"蔡

倫"

の人 は紙 の完 成 ・普 及 者

とす る の が 最 近 の 定 説1))。紙 に 最 初 に 透 か し を入 れ た の は,1280年

ごろイ

タ リア の フ ァブ リア ー ノ(ロ ー マ 北 方 の アペ ニ ン 山脈 中 の 小 都 市 に あ る同 名 の 製紙 会 社 で,西 欧 に お け る紙 漉 きの 発 祥 地 と もい わ れ る)で あ る と され て い る2)。活 字 を使 う近 代 的 印 刷 術 が ドイ ツ の グー テ ンベ ル ク に よ っ て発 明 さ れ た の が15世

紀 半 ばで,そ

の2世 紀 も前 に す き入 れ 技 術 が で き て い た の は

興 味深い。   初 め の こ ろ の透 か し は極 め て簡 単 な模 様 の"白 透 か し"(紙 の 地 部 分 よ り 薄 くて 白 く見 え る 透 か し)で あ っ た が,次 第 に複 雑 な もの と な っ て各 国 で 行 わ れ る よ うに な っ た 。"黒 透 か し"(周 囲 よ り黒 く見 え る透 か し)が19世 ば に考 案 され,間

もな く"白 黒 透 か し"(白

調 透 か し)が 開 発 さ れ て,偽

紀半

と黒 と そ の 中 間 調 を もっ た 全 階

造 防 止 や 芸 術 性 の 目 的 で 紙 幣 や 美 術 紙 に用 い ら

れた。   以 上 は西 欧 に お け る 沿 革 で か な り古 い歴 史 を もつ が,東 洋(特 に 日本)で は 大 体18世

紀 以 降 の浅 い 歴 史 で あ る。 江 戸 時 代 の文 化 ・文 政(19世 紀 初 期)の

こ ろ盛 ん に行 わ れ,藩 札 な どに使 わ れ た 。 当初 単 純 な もの だ っ た の は紙 の 漉 き方 のせ い と思 わ れ るが,明 治 維 新 と と もに紙 幣 の 国 産 化 が 図 られ て独 自の 発 達 を し,西 欧 とは趣 の 異 な っ た 精 細 な透 か し を入 れ る技 術 を確 立 した 。 2.2.3  透 か し の 種 類   紙 の透 か し に は い ろい ろ あ るが,次

の よ うに 分 け る こ とが で き る3)。

(1)  見 え方 に よ る分 類   (a) 白透 か し(白 〈周 囲 よ り白 い 〉 の み 。 前 述)

 (b)  黒 透 か し(黒

〈周 囲 よ り黒 い 〉 の み 。 前 述)

 (c)  白 黒 透 か し(白

・黒 ・中 間 調 の 全 階 調 。 前 述)

(2)  製 造 法 に よ る 分 類  (a) 手 漉 きによ る方 法(け た 漉 き)  (b) 機 械 漉 きに よ る  1.  円網(ま る あ み)抄 紙 機 使 用  2.  長 網 抄 紙 機 使 用

平 ら また は円 筒 状 の金 網 に型 を付 け る(後 述)

 ①  ダ ンデ ィ ロー ル 法  ②  マ ー キ ン グ ロー ル 法  (c) 特 殊 法 (3)  透 か しの 位 置 に よ る 分 類  (a) 散 ら し模 様  (b) 定 位 置模 様 2.2.4  す き 入 れ 紙 の 製 造  透 か しを入 れ た 紙 の製 造 法 に は前 項 の(2)に

述 べ た よ う に い ろ い ろ あ り,

ま た 公 開 さ れ て い な い 方 法(前 項 の(2)‐(c))も あ るの で,簡 単 に述 べ る に と ど め る。 要 約 して い え ば,繊 維 を移 動 させ て 紙 層 に透 か しの 模 様 に合 っ た 濃 淡 を作 る もの で,繊 維 が 移 動 しや す い よ うに 比 較 的 短 い繊 維 の 長 さ に紙 料 を 調 製 し,漉

く と き は その 繊 維 が入 り込 む す き入 れ 型 を 用 意 す る ので あ る。

(1)  手 漉 き に よ る 方 法  金 網 を張 った す き げた(漉 き桁)を 使 う。 白透 か しを作 る場 合 は,そ の金 網 の 上 に模 様 どお りに作 っ た 金 属 な どの 型 を取 り付 け る か,ま た は金 網 そ の も の を直 接 模 様 ど お りに,金 属 素 地 よ り凸 状 に 高 くす る。  この よ うな 金 網 を張 っ た 漉 き桁 で紙 料 を汲 む と,凸 部 の と こ ろの 繊 維 が 逃 げ て 薄 くな り,紙 とな っ た と き 白 く透 け て 見 え る。 黒 透 か しの場 合 は そ の反 対 で,金 網 を模 様 どお りに 凹状 にへ こ ませ れ ば よ い。 (2)  円 網 抄 紙 機 に よ る 方 法  紙 層 を形 成 さ せ る シ リ ンダ ー モ ー ル ド(円網)の 金 網 の 上 に,手 漉 き に よ る 場 合 の 漉 き桁 と同様 の 加 工 を行 う。 透 か しの 出 や す い紙 料 を用 い れ ば,手 漉

(b)  網 出 し

(a) 原 型 の作 製

(c) 円網 の は ぎ合 せ作 業 写 真2.1  漉 き網 の製作

きの 透 か しに似 た 非 常 に 良 い 透 か し を作 る こ とが で き る。   写 真2.1に

イ ギ リス ・ポ ー タル ス 社(18世 紀 初 頭 創 立 の製 紙 会 社,紙

紙 の 製 造 社 と して 有 名)の,漉

幣用

き網 製 作 状 況 を示 す4)。

(3)  長 網 抄 紙 機 に よる 方 法   金 網 上 に無 地 で 抄 か れ た 湿 紙 に,す が,ダ

き入 れ 型 を押 印 して す き 入 れ を作 る

ンデ ィ ロー ル を用 い る 方法 とマ ー キ ング ロー ル を用 い る方 法 が あ る。

  (a)  ダ ンデ ィ ロー ル に よ る方 法   本 来,抄 紙 機 末 端 に 近 い 部 分 で 回転 して 湿 紙 の 表 面 を均 整 にす る金 網 を張 っ た 中 空 の ロー ル で あ るダ ン デ ィロ ー ル の そ の 金 網 に,手 漉 き ま た は 円網 の 場 合 と同 様 の 加 工 を して す き入 れ 紙 を作 る 。1820年

ご ろ考 案 さ れ 比 較 的 簡

単 な 図 柄 の 透 か しが で き るの で,現 在 一 般 に最 も広 く利 用 され て い る。   (b)  マ ー キ ン グ ロー ル に よ る方 法   まだ 可 塑 性 の 残 っ て い る湿 紙 を,す

き入 れ 型 を も った ロ ー ル と相 手 の ロ ー

ル との 間 に 通 し て す き入 れ を得 る方 法 で あ り,こ れ に よ る模 様 を プ レ スマ ー ク とい う。

2.3 

本 物 の 証 と して の 透 か し

2.3.1  透 か し の 効 用   白透 か しの紙 は比 較 的容 易 に作 る こ とが で き,便 箋 や 障子 紙 に よ く用 い ら れ て い る。 これ らは,そ の 美 的 価 値 や付 加 価 値 を高 め る た め の もので あ る。 前 述 の よ うに,紙

に透 か し を入 れ る こ とが 考 案 され て 実 際 に使 わ れ た の は,

そ の紙 の 商 標 的 な しる しだ った よ うで あ るが,次

第 に紙 の 品 質保 証 とい う性

格 を帯 び る よ う に な っ た。   透 か し の技 術 は,そ れ が 出 現 した13世 り変 化 が な か っ た が,黒

紀 以 来19世

紀 前 半 に至 る まで あ ま

透 か しが 考 案 され さ らに 複 雑 な 白黒 透 か しが19世

紀 前 半 に開 発 され て大 きな 変 革 を もた ら した 。 階 調 が 豊 富 で芸 術 性 の 高 い 白 黒 透 か し は,簡 単 に は真 似 が で き な い の で,偽 造 防 止 の 効 用 を持 つ よ う に な っ た。 そ の 目 的 で,紙

幣 ・証 券 類 ・パ ス ポ ー トの ほ か レ タ ー ペ ー パ ー な どに

も用 い られ て い る。 2.3.2  紙 幣 と 透 か し (1)  沿 革   紙 幣 に透 か しの 入 っ た 紙 を最 初 に 用 い た の は イ ン グ ラ ン ド銀 行 で あ る。 1725年 に ポ ー タ ル ス社 が 作 っ た 白透 か しの もの で,品 質 保 証 の意 味 で 用 い た が,そ

の 後 た び た び紙 幣 の 偽 造 が 出 て 多 くの犯 人 が 極 刑 に処 され て い る。

紙 ま で偽 造 した の は少 な い が,中

に は極 め て 巧 妙 な擬 透 か し紙 を作 っ て大 い

に 官 憲 を悩 ませ,逮 捕 後 そ の 秘 法 の 自 白 を代 償 に 助 命 を提 案 され た が,こ れ を 断 わ っ て 秘 法 を明 か さ ず 処 刑 さ れ た とい う,剛 の 者 も いた 。   た び 重 な る偽 造 事 件 の た め 紙 に お い て も多 くの 工 夫 が な さ れ,19世

紀前

半 に 白黒 透 か しが 考 案 され(イ ギ リス の ス ミス に よ る),こ れ が 紙 幣 用 紙 に透 か し を入 れ る こ とへ とつ な が っ た 。   フ ラ ン ス革 命 に 際 して,政 府 は 土 地 収 用 の 代 償 と し て 有 名 な ア ッ シ ニ ア (当初 国 庫 債 券,後

に紙 幣)を 発 行 した が,増 発 に次 ぐ増 発 で ア ッ シニ ア価 値

は 急 落 し,大 変 な イ ン フ レ を もた ら した 。 この 乱 れ はナ ポ レ オ ン(一 世)が 改 革 し て立 ち 直 らせ た。 この ア ッ シニ ア は表 だ け黒1色 は透 か しが 入 っ て い る(写 真2.2参

の 印刷 で あ るが,紙

に

照)。

  日本 の透 か し の始 ま りは,江 戸 時 代 に各 藩 が 藩 札 を発 行 し始 め て 間 もな い 延 宝7年(1679年)に,徳

島 藩 が 出 し た 阿 波 延 宝 札 とい わ れ る。 この 技 術 は

独 自 の 開発 と思 わ れ,そ の 後 の藩 札 に透 か し入 り札 が 多 く見 られ る。   王 政 復 古 で 明 治 新 政 府 が 生 まれ た が,徒 手 空 拳 で 天 下 を制 した 維 新 政 府 は 新 幣 制 の樹 立 に乗 り出 し,全 国 に通 用 す る紙 幣 の 自 国製 を図 り,明 治4年

に

大 蔵 省 内 に紙 幣 司(現 在 の 国 立 印 刷 局)が 発 足 した 。 印刷 と同 時 に用 紙 も 自製

表:墨1色

印刷

 裏:白(印

刷 な し)

透 か し撮 りのた め,透 か し模 様 が 見 え る。 右 図 は紙 幣 左 の透 か し(プ レ ス マー ク)部分 を斜 光 で 撮影,エ

ン ボス像 として よ く分 か る。 写 真2.2 

ア ッ シ ニ ア10リ

ー ブ ル券

透 か し撮 りの た め,表

と裏 の 印刷 が 同 時 に写 って い る。左 の部 分 が 白黒 す か しで あ る。 写真2.3  改 造壱 円券 の す か し 「桐 葉」

し始 め た が,明

治14年

に初 め て 白透 か し入 り紙 幣 が作 られ,明

治22年

には

独 自 の 白黒 す き入 れ 法 が 考 案 さ れ た5)。そ の こ ろ製 造 さ れ た 改 造 壱 円 券 の 「桐 葉 」(写 真2.3)は

白 黒 透 か し開 発 初 期 に もか か わ ら ず傑 作 とい え る。 こ

の す き入 れ 法 は そ の後 も幾 多 の改 良 が な され て い るが,階 調 豊 富 で しか もデ ィ テ ー ル ま で よ く出 た優 れ た もの で あ る。 た だ し,そ の技 術 は偽 造 防 止 の観 点 か ら秘 密(秘 訣 法)と な って 公 開 さ れ て い な い。   外 国 の 紙 幣 を 見 て も優 れ た 透 か しの 紙 を使 っ て い る国 も多 い(ド イ ツ,ス イ ス,イ

タ リア な ど)が,そ

の透 か し は前 述 の2.2.3中,(2)‐(b)の

方法 であ

り,日 本 の よ う に シ ャー プ さ は な いが 重 厚 な 陰 影 を持 った もの で あ る。   偽 造 防 止 の 目 的 で 紙 幣 に透 か しを入 れ るの は普 通 で,ほ

とん どの 国 の 紙 幣

に な ん らか の形 で 入 っ て い る。 例 外 だ っ た の が ア メ リ カ,カ ナ ダ な どで あ る が,最 近 ア メ リカ の ドル 券 に も透 か しを入 れ る よ うに な っ た(写 真2.4)。   紙 幣 の 透 か し に は人 物 の 肖像 を用 い る の が 多 い が,国

章 ・紋 章 ・建 築 物 ・

動 物 ・昆 虫 な どい ず れ も由緒 あ る模 様 を使 っ て い る。 各 国 の紙 幣 の 透 か し の 状 況 は,表2.1に

示 す と お り で あ る6)。や や 古 い が,写

(長巻 紙 印 刷 の た め)の もの,写 真2.6に

真2.5に

白黒 全 面 散 ら し模 様 の例 を示 す 。

  製 紙 技 術 と透 か し技 術 の 沿 革 を 時 系 列 的 に 示 す と,表2.2の る。

連続模様

とお り と な

右 端 に,あ ま り鮮 明 で な い第7代 大 統 領Jacksonの 写 真2.4 

ア メ リ カ20ド

顔 の透 か しが あ る。

ル 券(1996年)

表2.1  各 国紙 幣 の透 か し(1987年 現 在,※ は一部 該 当)

(2)  最 近 の 動 向   世 界 に お け る紙 幣 の透 か しの 最 近 の 動 向 は,透 か し自体 を機 械 検 知 用 に活 用 す る例 が 増 えて お り,従 来 の 白黒 透 か し の ほ か に電 気 信 号 で は っ き り捉 え や す い よ うに,単 純 な マ ー クや 額 面 金 額 を 白透 か し で入 れ た り,バ ー コ ー ド を入 れ る の が 増 え て い る。 最 近 の,優 れ た また は代 表 的 な 透 か し入 り紙 幣 の

左側 の す か し模 様 は,人 物 の縦 連続 模 様(券 取 紙 印刷 のた め)。 透 か し撮 りの た め,表 と裏 の印 刷 の ほ か に右 側 に縦 線 の セ キ ュ リテ ィス レ ッ ドが 写 っ て い る。 写 真2.5  英 国 の 旧1ポ ン ド券

白黒 すか しが全 面 に散 らば っ て入 って い る。 写 真2.6  旧 ソ連1ル ー ブル 券

例 を 示 す と,写 真2.7∼2.15の ア ・ル ー ブ ル 紙 幣 で,写 真2.6と

よ う で あ る。 この うち 写 真2.14は

  欧 州 連 合(EU)は,加

盟15カ

現 行 ロシ

比 較 す れ ば そ の 差 が わ か る。 国 の う ち12カ 国 が2002年

初 頭 か ら共 通 通 貨

の ユ ー ロ に移 行 した 。 ユ ー ロ紙 幣 に は斬 新 な デ ザ イ ン と様 々 な偽 造 防 止 対 策 が 用 い られ て い る。 紙 幣 用 紙 は ル イ ゼ ン タ ー ル社(独),ポ

ー タル ス社(英),

フ ァ ブ リア ー ノ社(伊)な どで 製 造 され て い る が,「 透 か し」 が 重 要 な 要 素 と

表2.2  製 紙 と透 か しの沿 革

〔 注 〕―

製紙 技 術 の伝 播 ―透 か し技術 の 伝 播  矢 印 は 「 現 在 まで 」を指 す

世 界 で最 もシ ャー プ な 白黒透 か し,夏 目漱 石 の 肖像 。 写真2.7 

日本 のD千

円券(1984年)

2000年 発 行,中 央 下 部 地模 様 印刷 の 下 に女 王 の透 か し。 写 真2.8 

イ ギ リス10ポ

ン ド券

して 抄 き入 れ られ て い る 。 各 券 種 と も 「建 物 また は人 物 の 白黒 透 か し」,「額 面 金 額 の数 字 」 の ほ か に,券 面 中央 や や 左 付 近 に,白 黒 透 か し に よ る棒 状 バ ー コー ドが 入 れ られ て い る。 この 「バ ー コ ー ド透 か し」 は券 種 に よっ て 形 状 が 異 な っ て お り,ATM,CD,中

央 銀 行 の 自動 監 査 機 で の 券 種 検 知 の ほ か

1992年,左

端 に 白透 か し。

写 真2.9  アル ゼ ンチ ン2ペ ソ券

1997年 発 行,左 端 空 白部 に 肖像 の 白黒 透 か し と額 面 白透 か し組 合 せ。 写 真2.10 

ドイ ツ100マ

ル ク券

1988年,左

端 に黒 透 か しの み の 珍 しい紙 幣。 黒 透 か し上 部 の 記番 号 数 字 は裏 の 印刷 。 写 真2.11 

オ ー ス ト リ ア5000シ

リング 券

1996年 発 行,右 端 に白黒 ラ イオ ン像 透 か し と機 械 検 知 用 白透 か しの組 合 せ。 写 真2.12 

シ ン ガ ポ ー ル25ド

ル券

1983年

発 行,左

端 に 肖 像 白 黒 ・マ ー ク 白 ・バ ー コ ー ド 白 黒 の3種 写 真2.13 

イ タ リア10万

の透 か しの組 合 せ 。

リラ券

左 右空 白部 分 に 白黒 透 か しが入 って い る(全 券種 共 通)。 左 端 に額 面 金額 数 字,右 端 に紙 幣 の 図柄 に使 用 して い る人 物(ま た は建 物)。 写 真2.14 

ロ シ ア の 現 行 ル ー ブ ル 紙 幣(1000ル

ー ブ ル 券)

に偽 造 券 の 識 別 の た め に も用 い られ て い る。 写 真2.15は100ユ

ー ロ券 の 例

で あ る。   紙 幣 に は流 通 中 の 汚 染 ・破 れ な どに よ る寿 命 が あ る が,そ の 耐 用 年 数 を増 す た め,紙

に似 た感 触 の プ ラ ス チ ック を使 った 紙 幣 の割 合 が 増 え て きて い る

(オ ー ス トラ リア な ど)が,こ

れ だ と紙 の よ う な透 か し は不 可 能 で あ る。 そ こ

で 擬 似 透 か し を採 用 す る こ とが 多 くな っ て い る。

左 端 空 白部 分 に表 主模 様 の バ ロ ッ ク ・ロ コ コ建 築 の 白黒 透 か し。 その す ぐ下 に100の 白透 か し,中 央 左 にバ ー コー ド白黒 透 か し。 写 真2.15 

ユ ー ロ 紙 幣(100ユ

  これ に は い ろい ろ な方 法 が あ るが,例 べ ー ス を印 刷 す るが,そ

ー ロ 券)

え ば プ ラ ス チ ッ ク素 材 の上 に 白色 の

の際 白色 イ ン キ が 印 刷 さ れ な い図 柄 を入 れ て お き,

そ の後 で 地 紋 ・模 様 を印 刷 す る と,か ざ して 見 た 時 ぼ んや りな が ら透 か しの よ うに 見 え る。 これ が 擬 似 透 か しで あ る 。   電 子 透 か しに つ い て は,カ ナ ダ や エ ス トニ ア の あ る紙 幣 に用 い た とい う情 報 もあ るが,秘

扱 い の よ うで確 認 で き て い な い。

(3)  透 か しと 取 締 り   お札 の 歴 史 は 偽 札 との戦 い の歴 史 で もあ る。 紙 に透 か し を入 れ る技 術 も そ の 中 で 発 展 して きた 。 日本 に お け る偽 造 事 件 は過 去 い ろ い ろ あ る が,紙 か ら 作 っ た例 は な い とい っ て よ い。 せ い ぜ い擬 似 透 か し と い うべ き もの で,油 系 の 物 質 で 透 か し模 様 を透 明 に 出 して 白透 か し に見 せ る とか,薄

い紙 に模 様 を

描 い た り不 透 明 な も の を挟 ん で貼 り合 わ せ て 黒 透 か し に見 せ る,な

どの 類 で

少 し気 を付 け て 見 れ ばす ぐに見 破 る こ とが で き る。   紙 に 透 か しを 入 れ る の は,図 柄 に よ っ て は比 較 的簡 単 に で きる。 しか し紙 幣 ・有 価 証 券 の 透 か し に似 た もの を作 られ る と困 る こ と に な る。 日本 で は, 紙 幣 国産 の 比 較 的初 期 か ら透 か し を用 い て きた が,白

黒 透 か しは 印刷 局 が 開

発 した 独 自 の技 術 に よ る もの で,偽 造 防 止 の 手 段 と して 極 め て重 要 な もの で

あ る(前 述)。   そ の た め,法 に よ り一 般 の製 造 を規 制 す る必 要 が あ る とし て 「漉 入 紙 製 造 取 締 規 則 」 が 制 定 され(明 治20年),こ

れ が 戦 後 改 正 され て 「す き入 れ 紙 製

造 取 締 法 」***と な っ て 公 布 さ れ た(昭 和22年

・法 律149号)。

これ に よれ

ば,黒 透 か しの ほ か 白透 か しで あ っ て も政 府 が 発 行 す る証 券 にす き入 れ て あ る文 字 ・画 紋 と同 じ また は似 て い る もの は,政 府 の許 可 を受 け た者 以 外 は製 造 で きな い こ とに な っ て い る。 2.3.3  そ の 他 の 透 か し   透 か し の入 っ た紙 す なわ ち す き入 れ紙 は,各 国 で紙 幣 の ほ か に 国 公 債 ・株 券 ・小 切 手 な どの有 価 証 券 ・パ ス ポ ー トな どに偽 造 対 抗 策 と して 用 い られ る ほ か,企 業 ・個 人 の レ タ ー ペ ー パ ー な ど品 位 ・独 自性 を もたせ るた め に も使 わ れ る。 また 欧米 で は美 術 紙 とし て 宗 教 画 に盛 ん に用 い られ て い る。 代 表 的 な す き入 れ美術 紙 を,写 真2.16と

写 真2.17に

示す。

  切 手 の紙 と して は以 前 よ く使 わ れ て いた が,小

さい 面 積 だ か ら印 刷 品質 を

第 一 と し偽 造 防 止 の 意 味 も少 な い の で,現 在 は ご く限 られ た 国 しか 用 い て い な い。 わ が 国 で も 「大 正 す か し」 「昭 和 す か し」 の 切 手 な ど,希 少 品 と さ え な っ て い る。   国 際 交 流 が盛 ん に な っ て きた 現 在 はパ ス ポ ー トの 偽 造 が 問題 に な り,印 刷 面 は もち ろん その 用 紙 に透 か しを 入 れ る こ とが 重 要 視 さ れ て い る。 日本 の パ ス ポ ー トに は全 ペ ー ジ に透 か しが 入 っ て い るが,そ

の 中 の 白黒 透 か しは 写 真

2.18の よ う に富 士 山 と桜 で あ る。

***「 黒 くす き入 れ た 紙 又 は 政府 紙 幣

,日 本 銀 行 券,公 債証 書,収 入 印 紙 そ の 他政 府 の 発

行 す る証 券 に す き入 れ て あ る文 字 若 し くは画紋 と同 一 若 し くは類似 の形 態 の 文 字若 し くは 画 紋 を 白 くす き入 れ た紙 は,政 府 又 は政 府 の許 可 を受 けた者 以 外 の者 は,こ れ を製 造 して はな らな い。   前項 の規 定 に違 反 した者 は,こ れ を六 箇 月 以下 の懲 役 又 は五 千 円以 下 の 罰 金 に処 す る。 (附則 略)」

フ ァブ リ アー ノ社(前 記 イ タ リ ア の製 紙 会 社)作 に よ る。 写 真2.16 

Edoardo

モ ナ リザ像

Chiossone(明

治 初 期,日

本

政 府 に招 か れ て来 日,紙 幣原 版 彫 刻 を は じめ本 格 的 な凹 版 ・凸版 彫 刻 技 術 を 伝 授 し本邦 印刷 技術 の 発 達 に寄 与 した イ タ リ ア人)の 肖 像 を,大 蔵 省 印 刷 局 が 特 殊 な 方 法 で 白黒 透 か しの美 術 紙 と して制 作 した もの 。 写 真2.17 

キ ヨ ソネ像

「 追 記 」 のペ ー ジだ け この 白黒透 か しで,他 のペ ー ジ は全 部 桜 の散 ら し 白透 か し(下の 逆 文 字 は裏 の 印刷 が 写 った もの)。 写 真2.18 

2.4 

日本 のパ ス ポ ー トの 白黒 透 か し

透 か しの 品 質 と そ の 評 価

  透 か し は文 字 どお り透 か して(光 に か ざ して)見 な け れ ば分 か らな い 。 した が っ て普 段 は あ ま り気 に し て い な い,と

い う こ とは 品質 は二 の次 の よ う に思

わ れ る。 しか し偽 造 防 止 の 重 要 な決 め手 で あ る の で,優 れ た 品 質 で一 定 に作 る こ とが 要 求 さ れ る。 その 評 価 は 目視 検 査 に よ る の が 一 般 で あ る が,こ

の目

視 検 査 法 は検 査 者 の個 人 的 条 件 に よ り影 響 を受 け て ば らつ きや す い。 これ を 避 け る に は物 理 特 性 に よ り客 観 的 に評 価 す る こ とが 望 ま し く,そ れ に関 す る 研 究 も行 わ れ て い る。 2.4.1 

目視 検 査

  標 準 とな る透 か し見 本 を側 に置 い て,こ れ と比 較 して 不 良 品 を取 り除 く と い う一 般 的 な や り方 で あ るが,定 位 置 す き入 れ の場 合 は そ の位 置 の 検 査 も重 要 で あ る。   紙 は製 造 過 程 で 湿 紙 か ら乾 燥 す る と き縮 むが,そ

の寸 法 の ば らつ きが 大 き

い 。 した が っ て 透 か しの位 置 も一 定 で は な い。 最 近 の紙 幣 の デ ザ イ ン は,透 か しが 見 えや す い よ う に そ こ に は 印 刷 を し な い(し て も淡 い 色― 写 真2.8参 照)の が 普 通 で あ り,そ の枠 か ら は み 出 す と著 し く品 質 を劣 化 さ せ る。 この

不良品 が案外多 い。 2.4.2  物 理 的 品 質 評 価 (1)  光 学 的 評 価 の 研 究7)   前 述 の よ うに透 か し の画 質 は 常 に優 れ た 品 質 を要 求 され て い る 。 目視 検 査 は画 質 の鮮 鋭 度 ・解 像 度 ・コ ン トラ ス ト ・階 調 表 現 な ど を主 観 的 に評 価 し て い る。 一 般 に画 質Qは,視

覚 刺 激 に よ り生 ず るn次

元 の 多 次 元 感 覚 量Di(i

=1 ,2,…,n)と,こ

れ に対 す る各 人 の価 値 体 系 で 決 ま る重 みWiの

てQ=f(Di,Wi)の

式 で 表 さ れ る。 こ の式 は画 質 の 主 観 的 評 価 は人 間 の 心 理

的 要 因 を含 む 価 値 判 断 で あ る た め,嗜(し)好

関数 とし

や経 験 の 影 響 を大 き く受 けや す

い こ と を示 して い る。   透 か し品 質 の 評 価 を安 定 させ る た め に は,主 観 的評 価 で な く画 像 の もつ物 理 特 性 に よ り客 観 的 に評 価 す る こ とが 望 ま し い。 これ に 関 す る あ る研 究 に つ い て述 べ る。   透 か しサ ン プ ル に照 射 した 光 を,レ (P‐MOS型,1024素

ンズ 系 を 用 い て 固 体 イ メ ー ジ セ ン サ

子)に 結 像 させ て光 電 変 換 し,画 像 情 報 を デ ィ ジ タ ル量

と して コ ン ピュ ー タ(4300b,64kW)に

入 力 さ せ る。 固体 イ メ ー ジ セ ン サ を

パ ル ス モ ー タ に よ り順 次 移 動 させ,全

面 を走 査 して2次

る。 装 置 の 構 成 を図2.1に

画 像 と し て入 力 す

示す。

  固 体 イ メ ー ジ セ ン サ各 素子 の 精 度 ・再 現 性 が よ く,二 次 元 画 像 情 報 を圧 縮 し て微 分 処 理 し,ま た二 次元 高 速 フー リエ 変 換 に よ る空 間 周 波 数 分 析 に よ り 画 質 評 価 が 可 能 で あ る。 す な わ ち,肖 像 の よ うな 階 調 を もつ透 か し画 像 を微

図2.1  す か し模 様 の画 像入 力 ・処理 装 置

分 処 理 す る こ と に よ り,画 質 の 数 値 化 と客 観 的 評 価 を 自動 的 に行 う こ とが 可 能 で あ る。 (2)  そ の 他 の 物 理 的 評 価   紙 の 熱 特 性 を利 用 し て透 か し を物 理 的 に測 定 す る 方 法,β‐ ラ ジオ グ ラ フ ィを 用 い て紙 の 構 造 ・透 か し を と ら えて 評 価 す る研 究8)な どが あ る。 (3)  真 偽 の 鑑 別 利 用 例   透 か し を光 学 的 に検 出 して紙 幣 の 真 偽 の鑑 別 に利 用 す る特 許 が あ る。 日本 特 許 の例 と し て は,(株)オ

ペ レ ッ ク ス の 一 連 の 特 許9),(株)富

士 通 の 特 許10)

な どが あ る。

2.5 

む

す

び

  透 か し を入 れ た 紙 す な わ ち 「す き入 れ紙 」 に は,白 透 か し ・黒 透 か し ・白 黒 透 か し の3種 が あ り,そ れ らの 歴 史 ・種 類 に つ い て 述 べ,特 る効 用 に つ い て 解 説 した 。 さ らに品 質 評 価 に つ い て 述 べ,物

に偽 造 に対 す

理的品質評価 に

つ い て も触 れ た 。   透 か し は本 物 の 確 認 手 段 と して代 表 的 な もの で あ る。 そ の 意 味 で マル チ メ デ ィア の コ ン テ ン ツ保 護 ・著 作 権 保 護 の 手 段 と し て 「電 子 透 か し」 が い ろい ろ開 発 さ れ て きた 。 そ の 言 葉 の ル ー ツ と もい え る紙 の透 か し に つ い て解 説 し た が,一 般 に紙 の透 か し ・そ の代 表 的 な お札 の 透 か しに つ い て は,身 近 す ぎ るせ い か あ ま り認 識 され て い な い こ とを痛 感 し た の で,や や 詳 細 す ぎた 記 述 に な っ た 。 紙 幣 の 透 か しの実 例 につ い て も,な る べ く多 く例 示 した つ も りで あ る。   印 刷 技 術 が 革 命 的 な進 展 を して お り,ま た カ ラ ー コ ピー 技 術 も大 きな 進 歩 を して い る現 在,ど

の 国 で も印 刷 面 で様 々 な工 夫 が な され て い る。 しか し,

「本 物 と して の 透 か し」 の重 要性 は 永 久 に続 くも の と考 え る。   終 わ りに,本 稿 を書 くに当 た っ て貴 重 な 資 料 と助 言 を賜 っ た 紙 幣 研 究 家 の 植 村 峻 氏 に厚 くお 礼 申 し上 げ る。

参 考 文献 1) 潘 吉 星 著,佐 藤 武 敏 訳:「 中 国 製 紙 技 術 史 」 平 凡 社(1980) 2) 森 本 正 和:"す

き入 れ 紙",特

3) 桑 原 淡 常:"す

き 入 れ に つ い て",紙

4) Portals,The

cylinder

mould

殊 機 能 紙2001,紙

業 タ イ ム ス 社(2001)

パ 技 協 誌,Vol.21,No.11(1966)

watermark(1977)

5) 「印 刷 局 沿 革 録 」(明 治 四 十 年 発 行)印

刷 局(1907)

6) 植 村 峻:「 世 界 の 銀 行 券 」 印 刷 局 朝 陽 会(1987) 7) 中 村 博 幸:"コ

ン ピ ュ ー タ ー に よ る す き 入 れ 画 質 評 価",印

刷 局 研 究 所 報 告 ,No.49,

pp.1∼13(1980) 8) Ove

K.Nordstrand:"Beta‐Radiographie

von

Wasser‐zeichen",Papier

Geschichte

Vol.17,[3/4],(Juni,1967) 9) オ ペ レ ッ ク ス,特

開 昭53‐94995,94996,100895:ロ

ー レ ル バ ン ク マ シ ン ,特 開 昭54‐

122198 10) 富 士 通,特

開 昭58‐39387,39389

11) 紙 の は な し 編 集 委 員 会:「 紙 の は な しⅠ 」 「同Ⅱ 」 技 報 堂(1985) 12) 川 合 淳 郎:"透

か し 一 本 物 の 証 ・紙 の す き 入 れ" ,画 像 電 子 学 会 誌,Vol.31,No.2

(2002) 13) 植 村 峻:「 国 境 を 越 え る お 札 ・ユ ー ロ 紙 幣 」(財)印

刷 朝 陽 会(2002)

,

第3章 文書画像への電子透かし

防衛大学校情報工学科 松 井 甲子 雄

3.1 

は

じ め

に

  イ ンタ ー ネ ッ トの 発 展 に と もな いマ ル チ メ デ ィア コ ン テ ン ツ の著 作 権 侵 害 問 題 が 急 浮 上 し,そ の保 護 対 策 の た め に電 子 透 か しが 有 力 な ツ ー ル にな る と 期 待 され て い る。 こ の 分 野 の 研 究 が 始 ま っ て す で に10年 余 に至 り,多 研 究 成 果 が 蓄 積 され,い

くの

くつ か の 領 域 で 実 用 化 も な さ れ て い る。 そ の 一 方

で,幾 多 の難 問 を抱 えた ま ま未 だ十 分 な適 用 もで き な い で い る領 域 もあ る。 この 解 説 で は,電 子 透 か し の埋 め込 み が 大 変 に難 し い領 域 で あ る文 書 画 像 に つ い て そ の現 状 を紹 介 す る。   本 来,電 子 透 か しで は コ ン テ ン ツの 品 質 を保 持 した ま ま,そ の冗 長 成 分 に 透 か し信 号 を埋 め込 む こ とが 目的 で あ った 。 そ の た め,濃 淡 画 像 や カ ラ ー 画 像 な どの よ う に冗 長性 の 豊 か な メ デ ィ アで は,容 易 に透 か し情 報 を秘 匿 す る こ とが 可 能 で あ っ た 。 他 方,冗 長 性 が 少 な い文 書 画 像 や2値 画 像 な どで は透 か し信 号 を包 容 す る スペ ー ス が な く,ど う して も ノ イ ズ とな っ て表 面 化 し, 目障 りに な っ て し ま う こ とが 多 い 。 この た め,透

か し を埋 め込 む対 象 ご とに

特 殊 な透 か し 方 式 を考 案 せ ざ る を得 な い実 情 に あ る。   と こ ろで,文

書 画 像 とい う名 称 は曖 昧 な 用 語 で あ る。 例 え ば,文 書 を ス キ

ャ ナ で取 り込 ん だ 画 像 な ら ば多 値 表 現 さ れ て い る こ とが 多 く,一 方,Word やExcelな

どで 作 成 した ハ ー ドコ ピー 用 の 文 書 な ら ば,テ

キ ス ト形 式 か2

値 表 現 が 多 い 。 そ こで,こ の 解 説 で は,透 か しを埋 め 込 む対 象 に分 け て そ の 方 法 を述 べ る こ とに す る。 さ らに,文 書 画 像 は 多 くの 場 合 ハ ー ドコ ピー と し

て紙 メ デ ィア で も通 用 す るた め,そ の 出 力 形 式 を 自 由 自在 に変 更 す る こ とが 多 い 。 とこ ろ が,こ の 利 便 性 が 逆 に透 か し情 報 の再 現 性 に 悪 影 響 を及 ぼ し, そ の 攻 撃 耐 性 を著 し く弱 め て し ま う。 そ の た め,文 書 画 像 に対 して どの よ う な環 境 下 で も十 分 に有 効 な機 能 を果 た す こ とが で き る透 か し シ ス テ ム を構 築 す る こ と は極 め て 困難 な 状 況 に あ る。 以 下 に述 べ る多 くの透 か し方 式 の ア イ デ ア は,こ の よ うな認 識 の も とで,不 十 分 な攻 撃 耐 性 で あ りな が ら も必 要 に 迫 られ,利 用 され て い る こ とに留 意 され た い。

3.2 

文 章 要 素 に よ る 透 か し方 式

3.2.1  英 文 へ の 電 子 透 か し   イ ン タ ー ネ ッ トを通 して 電 子 文 書 を配 送 す る と き に,複 製 防 止 の セ キ ュ リ テ ィ を確 保 す るに は暗 号 を利 用 す る こ とが 多 い。 著 作 権 者 が 原 本 か ら コ ピー を作 り契 約 者 へ1次

配 布 す る 際 に は,文 書 情 報 は暗 号 強 度 に従 っ て守 られ て

い る。 しか し,契 約 者 の 中 に不 正 利 用 者 が 潜 在 す る と,著 作 権 者 に 断 りな く 第 三 者 へ2次 配 布 す る こ とが で き る。 この場 合 に,再 配 布 を防 止 す るセ キ ュ リテ ィ を確保 す る の は 一 般 に難 しい た め,消 極 的 な対 策 と して 透 か しを文 書 に埋 め込 ん で お く こ と に な る。   文 書 画 像 に対 す る透 か し の条 件 と し て,第1に

文 書 を読 む人 に不 快 感 を与

え な い こ とが 必 要 で あ る。 第2に 不 正 も し くは 悪 意 を持 つ第 三 者 に対 して透 か し の埋 め込 み位 置 の発 見 や そ の解 読 を防 止 す る よ う な工 夫 が必 要 とな る。 また 第3に ハ ー ドコ ピ ー を作 成 して複 写 を繰 り返 して も透 か し情 報 が 失 わ れ な い よ う に して欲 し い こ とな どが 挙 げ られ る1)。   一 般 に テ キ ス ト画 像 で は 冗 長 性 が 少 な い ので,電

子透 か し文 書 に透 か し情

報 を埋 め 込 む に は テ キ ス ト形 式 の 変 換 に よ るか,テ

キ ス トの 要 素 で あ る文 字

の特 徴 を利 用 す る こ と に な る。 そ こで,ま ず 初 め に最 も簡 単 な英 文 テ キ ス ト の単 語 間 隔 を伸 縮 す る透 か し方 式 を紹 介 す る。   英 語 の 文 章 は ア ル フ ァベ ッ トの 表 音 文 字 か ら構 成 さ れ て い るの で,ワ ー ド 単 位 で読 み 書 きす る習 慣 に な っ て い る。 この た め英 文 ワ ー ドプ ロ セ ッサ の 多 くは1行 の 単 語 数 が そ の 行 に う ま く納 ま らな い と次 の行 に送 った り,字 間 を

詰 め た り す る 自 動 機 能 を 備 え て い る 。 こ れ がword

spacingやauto‐indent

と 呼 ば れ る 機 能 で あ る 。 英 文 書 を 読 み な れ た 多 く の 人 々 は,こ か ら親 し ん で い る の で,ワ こ で,こ

の機 能 に平 素

ー ド間 の ス ペ ー ス の大 小 に は あ ま り拘 らな い。 そ

の 習 慣 を 逆 手 に と っ て,ワ

ー ド と ワ ー ドの 間 の ス ペ ー ス に 次 の 方 法

で 透 か し情 報 を 埋 め 込 む こ とが 可 能 に な る 。   ま ず,図3.1(a)に

示 す よ う に 署 名 デ ー タ を 透 か し情 報 に 選 び,こ

の デー

タ を ビ ッ ト列 に 分 解 す る 。 埋 め 込 み 対 象 の 文 章 の 各 ワ ー ド に 注 目 し て,同

図

(b)の

示

よ う に そ の 前 後 の ス ペ ー ス を(p,s)で

表 す 。 こ の(p,s)を

同 図(c)に

す 方 法 で 変 更 す る。 こ こ に偏 移 度 は 文 書 ご と も し くは宛 先 ご と に異 な る もの を 利 用 で き る 。 そ の 結 果,同 か1か

図(d)に

示 す よ う にpとsと

の わ ず か の 差 で0

を判 定 す る こ とが 可 能 とな る。

  こ の 方 法 で は,電

子 文 書 の 状 態 で 透 か し情 報 を 埋 め 込 ん で い る の で,そ

ま ま の 電 子 メ デ ィ ア 形 式 で あ れ ば い つ で もword

spacing機

で き る 。 こ の 透 か し を 保 存 す る に は ハ ー ド コ ピ ー を 作 り,紙

(a) 署 名 デ ー タ(α)

(b) 原 文 章

(c) 方 法(ρ:偏

(d) 結

移 度)

果

図3.1 

Word

spacingに

よ る透か し方 式

の

能 で 容 易 に破 壊 メ デ ィ ア の状 態

に な っ て初 め て 有 効 に な る こ とに注 意 し な け れ ば な らな い。 しか し,不 正 利 用 を企 図 す る攻 撃 者 の うち 高 精 度 のOCRを

所 持 す る も の に は,こ の ハ ー ド

コ ピー か ら英 文 字 を切 り出 し文 章 を再 構 成 す る こ とが で きる。 この とき,透 か し情 報 を除 去 した り,勝 手 に 別 の 透 か し を上 書 き変 更 した り 自由 な 工 作 が 可 能 で あ る こ とに も留 意 し な け れ ば な らな い。 英 文 書 に対 す る類 似 の 透 か し 方 式 と して す で に 多 くの ものが 提 案 さ れ て い るが,そ

れ らの 攻 撃 耐 性 もや は

り大 同小 異 で あ る こ と を付 記 して お く1)。 3.2.2 

和文 へ の電 子 透 か し

  英 語 が表 音 文 字 で あ るの に対 して,漢 字 は表 意 文 字 で あ る。 多 くの場 合 一 字 一 画 に何 らか の意 味 が 込 め られ て お り,日 本 語 は そ の位 置 や 字 画 の相 互 関 係 さ え もお ろ そ か に で きな い 言 語 で あ る。 した が っ て,前 述 の 手 法 を模 倣 し て各 文 字 や 字 画 の あ い だ を勝 手 に引 き伸 ば した り短 縮 した りす る と,読 者 に 何 とな く違 和 感 を与 え て し ま う。 読 者 は 多 分 にパ ター ン と して 漢 字 を認 識 し て い る よ うに 思 わ れ る。 この よ う な人 間 の 特 性 か ら,和 文 に透 か し を埋 め込 む の は 難 し く,い まだ 良 策 は 見 当 た らな い。 わ ず か に文 字 を 回転 させ る透 か し 方 法 や 文 字 幅 を ス リム に縮 小 す る 方 法 な ど が 報 告 され て い る に過 ぎ な い1)。

  一 方,日

本 語 に は同 じ意 味 を持 つ 単 語 や 文 字 が 複 数 あ る こ とに注 目 して,

特 定 の文 字 を使 う と0を 表 し,文 意 を損 な わ ず に そ れ を他 の 文 字 に 変 更 す る か,ま

た は,平 仮 名 や 片 仮 名 で表 現 す る と1を 表 す よ うな 仕 掛 け を採 用 す る

こ と も で き る3)。この 方 法 は 古 くか らSteganographyの に使 わ れ て い た もの で あ る4)が,最 近,一

一 手段 として密 か

部の研究者 の間 で再検討 や デ ィジ

タ ル メ デ ィア へ の拡 張 が 試 み られ て い る。 これ に は あ らか じ め使 用 文 字 の 変 換 辞 書(暗 号 表)を 準 備 して お き,そ の 規 約 の も とで 透 か し情 報 に従 い適 切 な 用 語 に替 え て文 章 を再 構 成 す る こ とが 必 要 に な る。 し か し,こ の 方 法 は原 作 者 の 意 に反 した 用 語 に置 き換 え ら れ る恐 れ が あ り,良 策 とは い えな い。

3.3 

背 景 パ タ ー ン に よ る 透 か し方 式

3.3.1  ベ ク トル パ タ ー ン に よ る 電 子 透 か し   電 子 文 書 で使 う各 文 字 に は ほ とん ど冗 長 性 が な い た め,文 字 コー ドそ の も の に透 か しを埋 め 込 む可 能 性 は少 な い 。 そ こで,こ の 電 子 文 書 をハ ー ドコ ピ ー化 す る際 に何 らか の付 加 情 報 を 同 時 に印 刷 で きな い か とい うア イ デ ア が 浮 か ん で くる。 そ の よ う な発 想 の 一 つ と して,通 常 の文 書 を印 刷 す る紙 面 の上 に,さ

ら に著 作 権 情 報 や 文 書 内 容 の要 旨 を微 小 な点 集 合 で 透 か し表 現 し て背

景 に 重 ね て 印 刷 す る提 案 が あ る。   この 方 法 に よ る と,仕 上 が り文 書 が 透 か し情 報 で わ ず か に 汚 れ る た め Dirty paper方 式 とい う名 前 で 呼 ばれ る こ と もあ る。 そ の一 つ と し て位 相 差 を もっ た2種 類 の ベ ク トル 形 式 で 表 さ れ た3点

を紙 面 全 体 に 薄 く印 刷 出 力 す

る透 か し方 法 が 報 告 さ れ て い る5)。   ま ず,図3.2に

示 す2種

類 の パ タ ー ン を 考 え る。2×2ド

を点 パ タ ー ン と呼 ぶ 。 つ ぎ に この 点 パ ター ン を90度 に配 置 し た3点

ッ トか ら成 る■

に配 置 し た3点

と60度

を 準 備 し,前 者 をbit 0,後 者 をbit 1に そ れ ぞ れ 対 応 さ せ

る。 これ を要 素 パ タ ー ン と呼 ぶ 。  点 パ ター ン は紙 面 に印 刷 され る点 で あ り,こ れ が 大 き くな る に従 い視 覚 的 な ノ イ ズ が 発 生 す る。 し た が って,小

さい ほ うが望 ま しい が,小

さす ぎ る と

ス キ ャナ に よ る検 出 が 難 し くな り復 号 率 が 低 下 す る 。 要 素 パ タ ー ン は情 報 の

(a)  Bit 0

図3.2 

(b)  Bit 1

点 パ タ ー ン と要 素パ ター ンの関 係

基 本 単 位 で あ り,識 別 が容 易 で あ る こ とや黒 点 の バ ラ ン ス性 か ら90度

と60

度 の交 角 を持 つ 二 つ のベ ク トル の 概 念 を用 い て い る。 このベ ク トル パ タ ー ン を透 か し情 報 に従 っ て紙 面 上 に繰 り返 し冗 長 性 を持 た せ て 印 刷 し て お く と, 印 刷 文 書 の 改 ざ ん の有 無 や 原 本 か コ ピー か の真 偽 の 判 定 な どが 容 易 に可 能 と な る。   例 え ば,文 書 の 一 部 分 が 改 ざ ん さ れ る と透 か し情 報 に埋 め 込 まれ た パ ラ メ ー タ と不 一 致 を招 く こ とに な る。 また,こ の 原 本 か らコ ピー を作 る と透 か し が 消 去 され て し まい,透 る。Dirty

paper方

か し情 報 の 復 号 が 不 可 能 と な っ て 複 製 を発 見 で き

式 の 特 徴 と して1個

情 報 を 表 現 して い るが,2×2ド

の 要 素 パ タ ー ン が1ビ

ッ トの 透 か し

ッ ト程 度 の極 め て 微 小 な 印 字 の た め,紙 の

印 字 面 の 凹 凸紀 よ るパ タ ー ンの 欠 落 や ノ イ ズ の 発 生 に よ り検 出エ ラ ー が増 大 す る こ とに な る。 この た め,同 一 パ ター ン の繰 り返 しに よ るか な り十 分 な 冗 長 性 を持 た せ て 印 刷 す る こ とが 必 須 で あ る。   一 方,Dirty

paper方 式 の 欠点 は,作 成 時 の 出力 プ リ ンタ の解 像 度 よ り上

位 の微 細 な 解 像 度 を持 つ ス キ ャ ナ が あ る と,紙 面 か らベ ク トル パ タ ー ン を検 出 して 透 か し情 報 を解 読 す るか,そ

の ま ま他 の 紙 面 に 重 ね て 出力 す る こ とが

で き る。 した が っ て,こ の 攻 撃 耐 性 は両 者 の 優 劣 に依 存 し て決 まっ て くる こ と に注 意 しな け れ ば な ら な い。 3.3.2 

ラ ン レン グス によ る 電子 透 か し

  透 か し情 報 を点 で表 現 し印 刷 文 書 上 に撒 布 す るDirty

paper方

式 は,文 字

の 背 景 とな っ て い る空 白部 分 を汚 す 結 果 を 招 い て い る。 一 方,そ

の逆の発想

と し て空 白部 分 を 汚 さず に文 字 との 境 界 部 分 を わ ず か に利 用 す る透 か しの 埋 め 込 み法 も考 案 され て い る。 これ は,文 字 間 の スペ ー ス を走 査 線 上 の 同 一 色 の 画 素 の 継 続 長,す

な わ ち ラ ン レ ン グ ス(Run‐length)で 計 測 し た と き,そ

の 白 ま た は黒 の連 続 画 素 数 を透 か し情 報 に よ っ て変 更 させ る もの で あ る6)。   例 え ば,走 査 線 が 図3.3の(a-1)ま

た は(b-1)で 表 され て い る もの とす る。

こ の と き ラ ン レ ン グ ス が 偶 数 で,透

か し ビ ッ トが0な

し,も

し1な

ら ば1画 素 分 伸 長 し て 同 図(a-3)と す る。 ラ ン レ ン グ ス が 奇 数

の 場 合 に は,同 paper方

ら ば,同 図(a-2)と

図(b)に

従 い そ の 逆 の 処 理 を 実 行 す る 。 こ の 方 法 はDirty

式 とは 異 な り印 刷 文 書 の 空 白部 分 は き れ い に保 た れ るが,文 字 の エ

(a) 偶 ラ ン レ ン グ ス 図3.3 

(b) 奇 ラ ン レ ン グ ス Run‐lengthに

よ る 透 か し方 式

ッ ジ部 に 凹 凸 が 発 生 し,文 字 を美 し く表 現 で きな くな る欠 点 が あ る。 しか も フ ァ ク シ ミ リの よ うな走 査 線 で表 現 し得 る メ デ ィ ア の み に有 効 で あ り,キ ャ ラ ク タベ ー ス の 電 子 文 書 に は適 用 で き な い難 点 も あ る。

3.4 

多 値 画 像 の2値

化 に よ る 透 か し方 式

3.4.1  輝 度 パ タ ー ン 化 に よ る 電 子 透 か し   自然対 象 物 を カ メ ラ系 で撮 影 す る とカ ラー や 多 値 の 画 像 が 得 られ る。 これ を文 書 画 像 と と もに 白黒 の2値 で 表 現 し印 刷 出 力 す る方 法 は デ ィザ 法 と呼 ば れ,す

で に多 くの研 究 が あ る 。 本 来,こ

し た 画像 に変 形 した とき,そ

の よ うな 多値 で あ った もの を2値 化

こ に透 か し を埋 め込 む に は多 値 か ら2値 へ の変

換 時 に そ の 自 由度 を利 用 す る の が 賢 明 な 方 策 で あ る こ とが 知 られ て い る。 そ の 一 例 を図3.4に

示 す。

  い ま,多 値 画 像 の輝 度 レ ベ ル を0∼4の5段

階 で 表 示 す る。 この よ う な 明

る さ を持 つ 画 素 を2値 の 微 小 な 白 黒 の マ イ ク ロパ タ ー ンで 面積 情 報 と して 拡 が り を もっ て 表 現 す る。 こ の と き 図3.4(a)に き,輝 度1,2,3に

示 す よ う に輝 度0と4を

除

はそれ ぞれ複 数 の同 じ明 る さを持 つパ ター ンが存 在 す

る。 そ こ で,こ の 同 値 な 明 る さ を もつ パ タ ー ンに 同 図(b)の

よ うな 埋 め 込 み

ビ ッ トを対 応 させ て お く。  次 に多 値 画 像(c)か

ら各 画 素 を5段 階 に再 量 子 化 し て同 図(d)の

輝 度 レべ

(c) 原 画 像 (256レ ベ ル) ( d) パ タ ー ン選 択 (a) パ タ ー ン 表 現

(e) 合 成 デ ー タ

(f)  署 名 済 画像(2値) (b) 透 か し ビ ッ トの 割 合 図3.4 

Micro

patternに

よ る透 か し方 式

ル に階 調 数 を減 らす 。 そ の階 調 レベ ル に同 図(e)の て 同 図(b)か

合成 すべ きデータに従 っ

ら該 当 す る○ 印 のパ タ ー ン を選 定 す る 。 こ の結 果 を同(f)の2

値 画 面 上 に移 植 す る と多 値 画 像 の イ メー ジ を持 った ま ま透 か し情 報 を埋 め 込 ん だ2値 化 画 像 を得 る こ とが で き る6)。   この よ うに2値 化 した 後 の画 像 に は冗 長 性 が 失 わ れ て し ま っ て い る の で, す で に 述 べ た よ うに 多値 状 態 か ら2値 状 態 に変 換 す る 際 に 何 らか の仕 組 み を 導 入 し て透 か し ビ ッ トを埋 め込 む余 地 を発 見 す る こ とが,こ の 分 野 に お け る 電 子 透 か しの 基 本 的 な 考 え方 で あ る。 3.4.2  面 積 情 報 に よ る 電 子 透 か し   電 子 文 書 に類 似 した もの に 白黒 漫 画 が あ る。 イ ン タ ー ネ ッ ト世 界 か らダ ウ ン ロ ー ド して パ ソ コ ンや 携 帯 電 話 で 楽 し む こ とが で き るが,こ しを 入 れ る に は ど う した ら よ い で あ ろ うか 。 白黒 の2値

の 画面 に透 か

漫画 においてその特

徴 と し て手 書 き の線 画 とい う点 に着 目す る。 漫 画 で は線 分 で 囲 ま れ た領 域 の 形 状 が 情 報 を持 っ て い る。 一 方,そ

の 漫 画 を読 む 人 の感 性 で は,そ の形 状 の

正 確 さ を問 う こ とは め った に な く,曖 昧 にで も知 覚 さ え す れ ば十 分 で あ る。 この よ うな事 情 か ら画 面 上 の 対 象 物 の 輪 郭 線 の一 部 分 をわ ず か に移 動 させ て

も画 素 値 を 変 更 し た影 響 が 少 な い よ う に見 受 け られ る。 また,漫 画 で は手 書 き の た め 線 自体 に も太 い 箇 所 や 細 い 部 分 が 存 在 し,そ の 曲 率 も一 定 で は な い。 そ こ で,画 素 数 が 若 干 変化 して も読 者 の 目 に は 大 き な違 和 感 と して 映 ら な い と仮 定 して 画 素 面 積 を透 か し情 報 で 伸 縮 す る埋 め 込 み方 法 を考 え る。   1コ マ の 漫 画 をM×N画 画 像 内 の 座 標(x,y)の

画 素 値 をa(x,y)で

Aを大 き さM×N画

白画 素 数Wiを

し情 報 がdi=1の

な る よ う にBiの

求 め る。 そ こ で 図3.5に

個 数 をAi上

と

示 す よ う に,透 か な り,di=0

の黒 領 域 の周 辺 か ら表3.1に

従

け拡 大 した り,縮 小 し た りす る。 この 方 法 で 各Ai領

域

に透 か し ビ ッ トdi(i=1,2,…)を 対 応 す るBiを

埋 め 込 む こ とが で き る。 しか し,透 か し情

こ の 二 つ の 値 だ け に 限 定 す る とM×N領

分 布 が 著 し く偏 って くる の で,明

ら ば0か

域 の画素

らか に 人 為 的 な 工 作 が な さ れ て い る こ とが

察 知 され や す くな る。 そ こで,di=1な 布 し,di=0な

再 分 割 す る。 各Aiご

と き に は原 則 と し てbi=Bimodpが3p/4に

い 黒 画 素 数 をciだ

報0,1に

表 す 。 さ ら に,こ の1コ マ の 画 像

素 の 小 矩 形Ai(i=1,2,…)に

に 黒 画 素 数Biと

な らばp/4に

素 の2値 漫 画 と して メ モ リ上 に 表 現 す る。 そ の

ら ばp/2か

らpの 間 に ラ ン ダ ム に分

らp/2ま で に 同 じ くわ か らな い よ う に分 布 させ る こ

と もで き る7)。   多 値 画像 の 輝 度 レベ ル に透 か し情 報 を挿 入 す る従 来 の 手 法 に比 較 し,こ の

(a)  di=1.

(b) di=0.

図3.5  面 積情 報 に よ る透 か し方 式

表3.1  増 減 画 素数Ciの

算出

(b) m度 の 角度 で 斜 線 を引 く

(a) 輪郭 の み

(b) n度 の 角 度 で斜 線 を重 ねて引 く

(b) p度の 角 度 で斜 線 を重 ねて 引 く

図3.6  ク ロスハ ッチ ング に よる透 か し方 式

方 法 は 多値 の輝 度 レベ ル を 面 積 の大 小 に 変 換 して透 か し情 報 を埋 め込 ん で い る。 した が っ て,面 積 を変 更 す る よ うな 拡 大 縮 小 を伴 う第 三 者 の 攻 撃 に は潜 在 的 に 弱 い 欠 点 が あ る こ と に注 意 す る。 3.4.3  間 隔 情 報 に よ る 電 子 透 か し   多 値 画 像 を2値

の線 画 へ 変 換 す る過 程 に ク ロ ス ハ ッ チ ング 法 とい うペ ン画

の技 法 が あ る8)。例 え ば 図3.6に して,そ

の上 に そ れ ぞ れm,n,pの

示 す よ う に,ま ず 対 象 画 像 か ら輪 郭 を抽 出 角 度 を つ け な が ら逐 次 陰 影 を ハ ッチ し て

重 ね て い く方 法 で あ る。 斜 線 の重 な り合 っ た部 分 は濃 い影 とな っ て絵 全 体 に

図3.7  間 隔情 報 に よ る透 か しの 例

立 体 感 を 出 す こ とが で き る。 この ペ ン 画 に 透 か し信 号 を挿 入 す る に は,ま ず,m,n,pの

組 合 せ を 利 用 す る こ とが で き る。 さ ら に,各 斜 線 間 の 間 隔 の

差 異 を利 用 す る こ と も多 い。 例 えば,図3.7に

この 方 法 を用 い て 作成 した ペ

ン 画 を示 す 。3種 類 の斜 線 の 間 隔 が大 小 に微 妙 に制 御 さ れ て い る こ とが 理 解 で き るで あ ろ う。

3.5  2値 画像の多値化による透か し方式   一 般 文 書 は 白黒 の2値 が 多 く,通 常 この文 書 を電 子 化 す る に はス キ ャ ナ で 読 み 込 む方 法 が 採 用 され て い る。 そ の 際 に ス キ ャ ナ は 画 素 を 多値 表 現 で 量 子 化 す るた め に,こ

れ を直接 に2値 化 す る と閾 値 の 設 定 が 難 し く,読 み 取 り誤

差 を含 む こ と に な る。 そ こで 多 くの 場 合,誤 ン3枚 か4枚

を用 い て8値

こ こで は 便 宜 上,2値

も し くは16値

文 書 を16値

りを避 け るた め に ビ ッ トプ レ ー

レベ ル で 入 力 画 素 を表 現 して い る。

を もつ 文 書 画 像 に表 現 し た 電 子 文 書 を対

象 に す る9)。その 構 造 の 一 部 を 図3.8に

示 す。

  この 電 子 文 書 化 した 多 値 画 像 にお け る あ る領 域 の各 要 素a(x,y)をdビ トの2進

数 で 表 す 。 この と きa(x,y)はai(x,y)i=0,1,2,…,d-1を2iで

ッ

図3.8  パ リテ ィ方式 に よ る透 か し方式

図3.9 

Fragile

watermarkingの

重 み づ け た 和 で 表 現 で き る 。 よ っ て,図3.8の 1,…,d-1for

all(x,y)}の

例

各AiはAi=｛ai(x,y)￨i=0,

ビ ッ ト プ レ ー ン か ら な る こ と が わ か る 。 そ こ で,

こ の 各 ビ ッ トプ レ ー ン に 図 に 示 す よ う に 水 平 パ リ テ ィPhiと Pυiの 二 つ の 方 法 で 透 か し を 埋 め 込 む 。 た だ し,対 の 画 素 に つ い て 設 定 す る の で は な く,文 域 に の み 設 定 す る 。 例 え ば,図3.9(a)の か し を 設 定 す る 。 こ の と き,も 図(b)の

垂直 パ リテ ィ

象文書 の全領 域 のすべ て

書 画 像 上 の 重 要 な 情 報 を もつ 局 所 領 金 額 表 示 を 囲 む 領 域 に パ リ テ ィ透

し 不 正 に こ の 数 字 を 改 ざ ん す れ ば,容

よ うに透 か しの異 常 部 分 を マ ー ク表 示 す る 仕組 み で あ る。

易 に同

  通 常,こ 挿 入,削

の タ イ プ の透 か し は極 め て壊 れ や す く,わ ず か の 画 素 値 の 変 更 や

除 の 攻 撃 を受 け た だ けで も敏 感 に 反応 す る特 徴 が あ る。 この よ う な

特 徴 を利 用 す る 透 か しの 方 式 をfragile watermarkingと

呼 ん で お り4),デ

ジ タル カ メ ラの 出力 写 真 の 改 ざん の 有 無 を検 出 で き る た め,そ

の信 頼 性 を保

証 す る ツ ー ル と して 注 目 され て い る。

3.6  ベ ク トル デー タへの透 か し方式   デ ジ タ ル 地 図 や 三 次 元 コ ン ピ ュー タ グ ラ フ ィ ク ス な どの デ ー タ は,通 常, 画 像 の構 成 要 素 を座 標 値 で 表 現 し て お り,そ れ をベ ク トル 形 式 で扱 う こ とが 多 い 。 これ らの ベ ク トル デ ー タ へ の 電 子 透 か しの 研 究 もす で に始 まっ て い る が,本 質 的 にテ キ ス ト形 式 で 記 述 され て い るた め に冗 長 性 が 極 め て 少 な く, 大 変 に難 しい 分 野 で あ る。   例 え ば,ベ

ク トル デー タ の 特 徴 を利 用 した透 か しの 埋 め 込 み 方 法 と して 図

3.10に 示 す よ う な 試 み が 検 討 さ れ て い る10)。同 図(a)で 変 え る こ と な くpolyline成 分 の 位 相 方 向 でbit 0とbit る もの で あ る。 ま た,同

図(b)で

は一 つ のpolyline成

はデ ー タの形状 を 1を 識 別 し よ う とす

分 を分割 表 示 す る こ

と に よ り透 か し を入 れ る こ とが 可 能 に な る。 同 図(c)で

はpolyline成 分 の

一 部 を第 三 者 にわ か ら な い程 度 に 密 か に変 更 す る手 法 で あ る。 ま た 同 図(d) で はpolylineの 位 置,す

な わ ち座 標 値 を移 動 させ る もの で あ る 。

(a)

(b)

(c)

(d)

図3.10 

Polylineに

よる透 か し方式

  これ ら に共 通 した 問題 点 は,ア

フ ィ ン変 換 な どの 攻 撃 耐 性 に 弱 く,ベ ク ト

ル デ ー タ を文 書 画 像 と して 表 現 す る際 に,編 集 や 画 像 処 理 を加 え る と透 か し デー タ が 消 失 し た り,矛 盾 を招 い た りし て透 か しの 復 元 に大 きな影 響 を与 え る こ とで あ る。

3.7 

む

す

び

  この 章 で は文 書 画像 にお け る電 子 透 か し方 式 につ い て これ まで に開 発 され た 一 部 の 技 術 の基 本 的 な 考 え方 を簡 潔 に紹 介 した 。 文 書 情 報 は本 質 的 に2値 画 像 で あ っ て,そ れ を電 子 化 して もデ ー タ量 を増 加 せ ず に冗 長 性 を増 や す こ と は難 しい 。 それ ゆ え に透 か し情 報 を埋 め込 む 空 間 が 少 な く,効 率 的 か つ秘 匿性 の あ る良 策 は見 当 た らな い よ うで あ る。 しか も これ まで に提 案 され て い る手 法 の 多 くは,攻 撃 耐 性 を備 え て い な い こ と もた しか で あ る。 これ は,デ ー タ が1ビ

ッ トで も変 わ る と文 字 情 報 が他 の 文 字 情 報 に 変 わ

っ て し ま う とこ

ろ に 起 因 す る。 した が っ て,文 字 自体 へ の 透 か し ビ ッ トの 埋 め 込 み は難 し く,文 書 の 画 像 と して の フ レ ー ム に透 か しの埋 め込 み場 所 を探 し求 め る こ と に な る。 その 方 法 を要 約 し て簡 単 に例 示 した。 さ ら に詳 細 な 情 報 は下 記 の 参 考 文 献 か ら入 手 して い た だ きた い。   こ の よ う に電 子 文 書 を対 象 とす る透 か しの研 究 開 発 分 野 は,最

も立 ち遅 れ

た 領 域 の一 つ で あ り,い まだ そ の端 緒 につ い た ば か りで あ る。 ネ ッ トワー ク 環 境 の 充 実 に 伴 い ペ ー パ ー レス 社 会 が 到 来 した と き電 子 文 書 の信 頼 性 と著 作 権 を守 る た め に必 須 の 技 術 と して 今 後 の 画 期 的 か つ飛 躍 的 な技 術 開発 が 期 待 さ れ て い る。

参考文献 1)  松井 甲子雄:「電子透か しの基礎― マルチメデ ィアのニュー プロテ ク ト技術」森北出 版(1998). 2) 中村康弘,松井 甲子雄:"著 作権保護のための電子文書のハー ドコピーへの署名 の埋め 込み",情処論,Vol.36,No.8,pp.2057‐2062(1995). 3) 長田順行:「暗号」現代教養文庫1134,社 会思想社(1985)中 の第3章 ,pp.54‐126.

4) S.Katzenbeisser,F.A.P.Petitcolas:"Information Steganography 5) 加 納,岩

切,松

and

Digital

井:"ベ

Hiding

Watermarking",Artech

ク トル パ タ ー ン を 用 い た セ キ ュ ア プ リ ン ト技 術",暗

キ ュ リ テ ィ シ ン ポ ジ ュ ムSCIS

切,松

井:"画

for

号 と情 報 セ

2002,7D‐3,pp.463‐468(2002).

6) 松 井 甲 子 雄:「 画 像 深 層 暗 号 」 森 北 出 版(1993)中 7) 小 堀,岩

Techniques

House(2000).

素 分 布 に よ る2値

の 第4章,pp.80‐118.

漫 画 へ の 電 子 透 か し の 一 方 式",情

処 論,Vol.

42,No.3,pp.595‐604(2001). 8) 中 川,山

口,藤

本,村

岡,千

葉:"濃

淡 画 像 か ら ペ ン 画 調 画 像 へ の 変 換 法― 線 描 点 描―",

画 電 学 誌,Vol.30,No.4,pp.350‐361(2001). 9) 小 堀,岩

切,松

井:"防

護 ネ ッ トを 用 い た 電 子 文 書 改 ざ ん 検 出 の 一 手 法",映

像 情 報 メデ

ィ ア 学 会 誌Vol.54,No.5,pp.737‐739(2000). 10) 坂 本,松

浦,高

ン ポ ジ ュ ムSCIS

嶋:"地

図 デ ー タ へ の 電 子 透 か し の 一 手 法",暗

2000,D‐53(2000).

号 と情 報 セ キ ュ リ テ ィ シ

第4章 JPEG画

像 に対す る電子透 か し

大阪府立大学大学院工学研究科 汐崎  陽

4.1 

は

じ め

に

  電 子 透 か し とは,著 作 権 保 護 を 目 的 と して 著 作 者 情 報 を知 覚 さ れ な い 形 で 画 像 等 に埋 め込 む技 術 で あ る。 電 子 透 か し と同 じ よ う に何 らか の副 情 報 を知 覚 され な い 形 で画 像 等 に埋 め 込 む 技 術 と して,デ デ ー タ ハ イ デ ィ ング の 中 で,特

ー タ ハ イ デ ィ ン グ が あ る。

に秘 密情 報 を第 三 者 に わ か ら な い よ う に埋 め

込 む 手 法 を ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ とい う。 単 に副 情 報 を埋 め込 む デ ー タ ハ イ デ ィ ン グ と秘 密 情 報 を埋 め込 む ス テ ガ ノ グ ラ フ ィの 主 な 違 い は,透 か しの 抽 出 に 秘 密 の 鍵 を必 要 とす る か 否 か とい う こ と に あ り,技 術 的 に大 き な 違 い は な い 。

  電 子 透 か し と デー タハ イ デ ィ ング は,何 め 込 む とい う点 で 共 通 して い る が,埋

らか の 情 報 を知 覚 され な い形 で 埋

め込 む 情 報 の利 用 目的 が 異 な る。

  著 作 権 保 護 を 目的 とす る電 子 透 か しで は,第 三 者 に よ る透 か し削 除 の た め の 攻 撃 を想 定 し て,こ れ ら の攻 撃 に対 す る耐 性 を考 慮 しな けれ ば な らな い。 し か し埋 め 込 むべ き情 報 量 は そ う多 くは ない 。 これ に対 して,デ

ータハ イデ

ィ ング で は透 か し削 除 の た め の 攻 撃 に対 す る耐 性 は考 慮 す る必 要 は な い もの の,そ

の使 用 目 的 か ら大 量 の バ イ ナ リデ ー タ を埋 め込 め られ な くて は な らな

い。   こ こで は,何

らか の 情 報 を知 覚 さ れ な い形 で画 像 等 に埋 め込 む 技術 を電 子

透 か し と捉 え る1)。   電 子 透 か しの も う一 つ の 応 用 と して,改

ざ ん検 出 が あ る。 これ は,あ

らか

じ め決 め た パ タ ー ンな りを透 か し と して 画 像 に埋 め込 ん で お き,画 像 が改 ざ ん され る と そ の埋 め 込 んだ パ タ ー ン な りが 正 し く抽 出 で きな くな る こ とを利 用 す る もの で あ る 。 著 作 権 保 護 を 目的 と した電 子 透 か しや デ ー タハ イ デ ィ ン グ と違 っ て,"壊

れ や す い"透 か し を埋 め 込 ん で お き,透 か しが 正 し く抽 出

で きな い と画 像 が 改 ざ ん され た と判 定 す る。 どの部 分 の透 か しが 壊 れ て い る か を知 れ ば,改

ざ ん場 所 を特 定 で き る。

  どの よ う な利 用 目 的 で あ ろ う と,電 子 透 か しに求 め られ る必 須 の 要 件 は, 『透 か し情 報 を埋 め込 む こ とに よ り,元 の コ ン テ ン ツ の 品質 が 損 なわ れ な い』 こ とで あ る。 透 か し情 報 の埋 め 込 み に際 して は,こ の 必 須 要 件 を満 た し,さ ら に利 用 目的 ご との 要 件 を満 た す 手 法 を考 え る必 要 が あ る。   本 解 説 で は,対 象 をJPEG(Joint っ て,透

Photographic

Experts

Group)画 像 に 限

か し情 報 の 基 本 的 な埋 め込 み 手 法 に つ い て 述 べ る。JPEG画

象 とす る の は,静 止 画像 を伝 送 ・保 存 す る場 合,JPEG圧 扱 わ れ る こ と が 多 い か ら で あ る。JPEGで (DCT;Discrete

Cosine

Transform)し

像 を対

縮 され た形 で 取 り

は画 像 を離 散 コサ イ ン変 換

てDCT係

数 を圧 縮 処 理 して い る。

し た が っ て,透 か しの埋 め 込 み は,基 本 的 に はDCT係

数 を操 作 す る こ と に

よ り行 う。   透 か し の 埋 め 込 み 方 法 に は,DCT係 を 表 す も の2),3),特定 のDCT係

数 の偶 奇 に よ り透 か し情 報 の ビ ッ ト

数 を透 か し情 報 の ビ ッ ト と置 き 換 え る も

の4),5),周 りの ブ ロ ッ ク のDCT係

数 の 平 均 値 と の大 小 で 透 か し情 報 の ビ ッ

トを表 す もの6),隣 り合 う ブ ロ ッ クのDCT係 トを表 す もの7),ブ ロ ック 内 のDCT係

数 の大 小 で 透 か し情 報 の ビ ッ

数 の 絶 対 値 の 大 小 で 透 か し情 報 の ビ

ッ トを表 す もの8),9),ブ ロ ッ ク 内 の ゼ ロ係 数 の個 数 の 偶 奇 で 透 か しの 情 報 ビ ッ トを表 す もの10)な どが あ る。   JPEG画 JPEG圧

像 へ の 透 か しの 埋 め込 み法 を説 明 す る前 に,ま ず4.2に 縮 方 式 の 中で 最 も よ く利 用 さ れ て い る基 本DCT方

す る。 続 い て4.3で,JPEG画 埋 め込 み 法 を紹 介 す る。

お い て,

式 の 概 要 を説 明

像 へ の 透 か しの 埋 め込 み の考 え 方 と具 体 的 な

4.2 

JPEG圧

縮 処 理 と 透 か し埋 め 込 み 過 程

  図4.1に,JPEG圧 JPEGで

縮 の 処 理 の 流 れ と透 か し を 埋 め 込 む 過 程 を 示 す 。

は原 画 像 の 表 色 系 に つ い て は規 定 して い な いが,こ

色 系 と し て 説 明 す る。 まず,RGB表 に,YCbCr成

分 を それ ぞ れ8×8画

ッ ト(MCU)を

構 成 す る。MCU内

変 換(DCT)を

施 し,DCT係

色 系 をYCbCr表

こで はRGB表

色 系 に変 換 す る。 次

素 の ブ ロ ック に 区切 り,最 小 符 号 化 ユ ニ の 各 ブ ロ ッ ク に 対 し2次 元 離 散 コ サ イ ン

数 を求 め,さ

ら に そ のDCT係

  透 か し の埋 め 込 み は,こ の量 子 化 さ れ たDCT係

数 を量 子 化 す る。

数 を あ る規 則 に 従 っ て 増

減 させ る こ とに よ り行 う。 最 後 に,量 子 化 され たDCT係

数 に ラ ン レ ング ス

符 号 化 とハ フ マ ン符 号 化 を行 い,透 か し を 埋 め 込 ん だJPEG圧

縮 デー タ を

得 る。   量 子 化 後 の操 作(ラ ン レ ン グ ス 符 号 化 とパ フ マ ン符 号 化)は 可 逆 で あ る の

図4.1  JPEG圧

縮過 程 で の 透 か しの 埋 め込 み

で,JPEG圧

縮 デ ー タ をハ フ マ ン復 号 ・ラ ン レ ン グ ス復 号 す る こ とに よ り,

埋 め 込 まれ た 情 報 を完 全 に抽 出 す る こ とが で き る。   JPEG圧

縮 さ れ た 画 像 に透 か し情 報 を埋 め 込 む 場 合 に は,JPEG圧

縮 され

た 画 像 デ ー タ を一 旦 ハ フマ ン復 号 ・ラ ン レ ン グ ス復 号 し,求 め られ た量 子化 DCT係

数 に透 か し情 報 を埋 め込 み,再 度 ラ ン レ ン グ ス 符 号 化 とハ フ マ ン符

号 化 を行 っ て透 か し を 埋 め 込 ん だJPEG圧 埋 め込 む こ とに よ り量 子 化DCT係

縮 デ ー タ を得 る。 透 か し情 報 を

数 の値 が 変 化 す る の で,ラ

ン レ ン グ ス符

号 とハ フマ ン符 号 の 符 号 系 列 も変 化 す る た め,圧 縮 デ ー タ の容 量(フ ァ イル サ イ ズ)は 透 か し情 報 を埋 め込 む前 と後 で は異 な る。   以 下 にJPEG圧 4.2.1 

縮 の各 操 作 につ い て説 明 す る11)。

表色 系 の変 換

  まず,RGB表

色 系(こ こで は256階 調 とす る)で 表 され た 画 像 をYCbCr表

色 系 に変 換 す る。 こ こで,Yは YCbCr表

輝 度 成 分 を表 し,Cb,Crは

色 差 成 分 を表 す 。

色 系 に変 換 す るの は,輝 度 成 分 の 変 化 に比 べ 色 差 成 分 の 変 化 は知

覚 され に くい と い う性 質 を用 い て,画 質 の 劣 化 を極 力 抑 え て 高 い圧 縮 率 を実 現 す るた め で あ る。RGB表

色 系 か らYCbCr表

こに,R,G,B,Y,Cb,CrはR,G,B成

色 系 へ は次 式 で 変 換 す る。 こ

分 お よ びY ,Cb,Cr成

分 の値 を 示 す 。

(4.1)

 な お復 元 の 際 の,YCbCr表

色 系 か らRGB表

色 系 へ の 逆 変 換 は次 式 で 与 え

られ る。

(4.2)

4.2.2 

最 小 符 号 化 ユ ニ ッ トの構 成

  YCbCr表

色 系 で 表 さ れ た 画 像 の 各 成 分 を16×16画

り,Y,CbCr成

分 の 面 積 比 が4:1:1に

な る よ う に,Cb,Cr成

き に ダ ウ ン サ ン プ リ ン グ す る 。 次 に,16×16画 Y成

分 を8×8画

素 の ブ ロ ッ ク に 区切 分 を1画

素 お

素 の ブ ロ ッ ク に 区 切 られ た

素 の 四 つ の ブ ロ ッ ク に 区 切 り,Y,Cb,Cr成

分 の16×16画

素 の 三 つ の ブ ロ ッ ク か ら,8×8画

素 の 六 つ の ブ ロ ッ ク を取 り出 す 。 この6

個 の8×8画

素 の ブ ロ ッ ク の組(Y成

ク各1個)を

最 小 符 号 化 ユ ニ ッ ト(MCU)と

ロ ッ ク を,ダ

分 の ブ ロ ック4個,Cb,Cr成 い う。 本 来12個

ウ ン サ ン プ リ ン グ に よ り6個 の8×8画

て い るた め,こ の 時 点 で フ ァイ ル サ イ ズ は1/2に 縮 の以 下 の手 順 はMCU単 4.2.3  2次

分 のブ ロッ

の8×8画

素のブ

素の ブ ロックに変換 し

圧 縮 さ れ て い る。JPEG圧

位 で行 わ れ る。

元 離 散 コサ イ ン変 換

  MCUの8×8画

素 の 各 ブ ロ ッ ク に2次 元 離 散 コ サ イ ン変 換(DCT)を

DCT変

換 前 の 座 標(x,y)の

画 素 値 をSxy,DCT変

DCT係

数 をSuυ と す る と,8×8画

施す。

換 後 の 座 標(u,υ)の

素 の ブ ロ ッ ク は 次 式 でDCT変

換 され

る。

(4.3)

  S00を 直 流(DC;Direct Alternating   な お,逆

Current)成

Current)成

分 と呼 び,そ

の 他 の 成 分 を 交 流(AC;

分 と呼 ぶ 。

変 換 は 次 式 で 計 算 され る。

(4.4) 4.2.4  量 子 化   量 子 化 は,DCT係

数 を量 子 化 テ ー ブ ル の値 で 割 り,商 を整 数 化 す る こ と

に よ っ て行 う。 量 子 化 テー ブ ル を変 え る こ と に よ っ て,圧 縮 率 を 変 え る。 量 子 化 と逆 量 子 化 の例 を図4.2に

示 す 。 画 像 の 高 周 波 成 分 の 変 化 は視 覚 的 に 目

立 ち に くい た め,高 周 波 成 分 に相 当 す る量 子 化 テ ー ブ ル の 値 を大 き くす る こ と に よ り,高 周 波 成 分 の デ ー タ 量 を大 幅 に 削 減 す る。 逆 量 子 化 は,量 子 化 さ れ たDCT係 に はY成

数 に量 子 化 テ ー ブ ル を掛 け る こ とに よ り行 う。 量 子 化 テ ー ブ ル 分 用 とCb,Cr成

分 用 の2種 類 が あ る。 用 い た 量 子 化 テ ー ブ ル は復

号 の 際 に必 要 な た め,出 力 フ ァイ ル のヘ ッダ 部 に書 き込 んで お く。

(a) DCT係

数

(b) 量 子 化 され

(c) 量 子 化 テーブル

たDCT係 数

(d) 逆 量 子 化 され たDCT係

数

図4.2  量 子 化 と逆 量 子化 の例

4.2.5  符 号 化   DCT係

数 の直 流(DC)成

分 は,前 の ブ ロ ック のDC成

長 符 号 で 符 号 化 す る。 交 流(AC)成

分 と の差 分 値 を可 変

分 に つ い て は,量 子 化 され た 値 は 高 域 部

分 で0が 連 続 す る傾 向 が あ る の で,ま

ず ジ グ ザ グ ス キ ャ ン順 に量 子 化 値 を ラ

ン レ ン グ ス符 号 化 す る。 次 に そ の シ ン ボ ル をハ フ マ ン符 号 化 し て,DC成 と共 にJPEG圧

分

縮 画 像 デ ー タ を得 る。 ハ フマ ン符 号 化 に用 い た ハ フ マ ン符

号 表 は復 号 の 際 に必 要 な た め,出 力 フ ァイ ル の ヘ ッ ダ部 に 書 き込 ん で お く。

4.2.6  復 号   JPEG圧

縮 画 像 デ ー タ の復 号 は,符 号 化 の手 順 を逆 に た ど る こ と に よ っ て

行 わ れ る。 す な わ ち,ハ 化,逆DCT(IDCT)を

フマ ン符 号,ラ

ン レ ン グ ス 符 号 を復 号 し,逆 量 子

施 す 。 得 ら れ たCb,Cr成

る こ とで,YCbCr表

分 を ア ッ プ サ ンプ リ ン グ す

色 系 で 表 され た 画 像 を 求 め,最 後 にRGB表

色 系 に変 換

す る。

4.3  透 か し情報 の埋 め込み   透 か し情 報 の 埋 め 込 み は,量 子化 され たDCT係

数 を あ る規 則 に従 っ て 増

減 させ る こ と に よ り行 う。 当 然 の こ とな が ら,増 減 値 は 整 数 で あ る。 例 え ば,係 数 値 の 偶 奇,大 を増 減 させ るか,ど

小 関 係 で1ビ

ッ トを表 現 す る。 この と き,ど の係 数 値

れ だ け増 減 させ るか が埋 め 込 み後 の 画 質 に影 響 す る。 一

般 に,低 周 波領 域 の 変 化 は 目立 ち や す く,ま た 高 周 波 成 分 の 変 化 は 目立 ち に くい も の の,JPEGで

は高 周 波成 分 に相 当 す る量 子 化 テ ー ブル の値 を大 き く

して い る た め,量 子 化 され たDCT係

数 の わ ず か な変 化 が 逆 量 子 化 に よ っ て

大 き な 変 化 と な り,目 立 ち や す くな る。 した が っ て 画 質 の 劣 化 を 抑 え るた め,中 間 周 波 数 領 域 の 係 数 値 を増 減 させ る こ とが 多 い 。   256×256画

素,R・G・B各256階

4.3)に 対 して,図4.4に

調,圧

縮 品 質75%のJPEG画

示 す低 周 波 領 域(淡 い 網 掛 け部 分),中

像(図

間 周波数領域

の 斜線 部 分,高

周 波 領 域 の濃 い 網 掛 け部 分 の 量 子 化 され たDCT係

れ に{-2,2}の

乱 数 を加 え た 画 像 と,そ れ らの 画 像 と原 画 像(図4.3)と

分 を図4.5に

数 それ ぞ の差

示 す(差 分 値 の 絶 対 値 を 明 る さで 表 示 して い る)。

  低 周 波 領 域 に埋 め 込 ん だ 画像 は ブ ロ ック ノ イ ズ が 目立 ち,高 周 波領 域 に埋 め込 ん だ画 像 は画 質 の 劣 化 が著 しい こ とが わ か る。   図4.5で 数 個 のDCT係

は,違 い が 分 か る よ う に多 くのDCT係

数 を増 減 さ せ て い るが,

数 だ け を増 減 させ て,低 周 波 領 域 か ら中 間 周 波 数 領 域 に か け

て の部 分 に 埋 め込 め ば画 質 の劣 化 は ほ とん ど知 覚 で きな い 。   透 か し情 報 の 抽 出 は,ハ さ れ たDCT係

数 を求 め,そ

フマ ン符 号 とラ ン レ ン グ ス符 号 を復 号 して 量 子 化 の値 か ら前 もっ て定 め られ た規 則 に従 って0,1

図4.3  原 画像

図4.4  DCT係

数 の 周波 数 領域

を判 定 す る こ とに よ り行 う。 した が って 画 像 を復 元 し な くて も透 か し情 報 を 取 り出 す こ とが で き る。 4.3.1 量

子 化係 数 の 偶 奇 に よる 埋 め 込 み

  8×8サ イ ズ の各 ブ ロ ッ ク に 対 して,ブ れ たDCT係 は,DCT係

数 に 透 か し情 報1ビ 数 を量 子 化 す る 際,透

ロック内 の特定 の位 置 の量 子化 さ

ッ トを 埋 め 込 む。 透 か し情 報 の 埋 め 込 み か し情 報0か1に

従 っ て 最 も近 傍 の 偶 数

あ るい は奇 数 に量 子 化 値 を設 定 す る こ と に よ り行 う。 す な わ ち こ の 方 法 は,

(a) 低 周 波領 域 へ の埋 め込 み

(b) 中 間 周波 数 領域 へ の 埋 め込 み

(c) 高 周 波領 域 へ の埋 め込 み 図4.5  各周 波 数領 域 への 埋 め込 み の影響

量 子 化 後 のDCT係

数 の 最 下 位 ビ ッ トを透 か し情 報 の ビ ッ トで 置 き換 え る方

法 で あ る2),3)。 最 下 位 ビ ッ トが 本 来 の 量 子 化 値 と異 な る場 合 に は,逆 に よ り量 子 化 テ ー ブ ル の 値 に応 じた 画 質 劣 化 が 生 じ る。

量子 化

  埋 め 込 む位 置 を複 数 個 に す れ ば,1ブ 埋 め込 む こ とが で き るが,埋

ロ ッ ク に複 数 ビ ッ トの透 か し情 報 を

め 込 む ビ ッ ト数 を増 や せ ば,そ れ だ け埋 め 込 み

後 の 画 質 が 劣 化 す る。 この 方 法 で は,8×8サ

イ ズ の ブ ロ ッ ク数 と1ブ ロ ッ

ク 当 りの 埋 め込 み ビ ッ ト数 の積 に 等 しい ビ ッ ト数 を埋 め込 む こ とが で き る。   埋 め込 む 位 置 を可 変 に し て秘 密 に す れ ば,埋 め 込 む透 か し情 報 に秘 匿 性 を 持 た せ る こ とが で き る。   透 か し情 報 の 抽 出 は,埋 め 込 まれ た 位 置 の 量 子 化 さ れ たDCT係

数 の最下

位 ビ ッ トを取 り出せ ば よい 。   図4.3のJPEG画 転 して1024ビ

像 に,特 定 の座 標 の 量 子 化 され たDCT係

数 の 偶 奇 を反

ッ ト(1ビ ッ ト/ブ ロ ッ ク)の 透 か し情 報 を埋 め込 んだ と き,埋

め込 む 位 置(座 標)を 変 え た と き のPSNR(Peak 埋 め込 み に よ るJPEG画

Signal‐to‐Noise Ratio)と

像 の フ ァ イ ル サ イ ズ(バ イ ト数)の 増 加 率(埋 め込 み

前 の フ ァイ ル サ イ ズ に対 す る埋 め込 み に よ る フ ァイ ル サ イ ズ の 増 加 の 割 合) を表4.1に

示 す 。 こ こでPSNRは,JPEG圧

縮 デ ー タ をBMP形

式 に復号

した 画 像 に 対 して計 算 した もの で あ る。  量 子 化 テ ー ブル の値 の 大 き な位 置 に埋 め 込 む と,逆 量 子 化 に よ るDCT係

表4.1  埋 め込 み座 標 とPSNRお

ズ増加率

よ び フ ァイ ル サ イ

図4.6  DCT係

図4.7  DCT係

数 の偶 奇 に よ る埋 め込 み ビ ッ ト数 とPSNR

数 の 偶奇 に よ る埋 め 込 み ビ ッ ト数 とフ ァイ ルサ イ ズ の増 加 率

数 の 変 化 が 大 き くな り,PSNRが   図4.6,図4.7は,図4.3に DCT係

低 下 す る こ とが わ か る。 対 し てDC成

分 か ら ジグ ザ クス キ ャ ン順 に

数 の 偶 奇 を反 転 して 透 か し情 報 を埋 め 込 ん だ と きの,埋

ト数 とPSNRお

よ び 埋 め込 み に よ るJPEG画

像 の フ ァ イ ル サ イ ズ の増 加 率

の 関 係 で あ る。 グ ラ フ の 横 軸 は 量 子 化 さ れ たDCT係 ロ ッ ク に 埋 め込 む ビ ッ ト数 を表 す 。DCT係

め込 み ビ ッ

数8×8サ

イ ズ の1ブ

数 の偶 奇 の反 転 に は,係 数 の 絶

対 値 が 小 さ くな る よ うに(係 数 値 が0の 場 合 は ラ ンダ ム に1ま た は-1に)変 更 して い る の で,透 か し情 報 の埋 め 込 み に よ りフ ァイ ル サ イ ズ が 減 少 し て い る。 4.3.2  量 子 化 係 数 の 置 き 換 え に よ る 埋 め 込 み   8×8サ イ ズ の ブ ロ ッ ク 内 に透 か し情 報1ビ

ッ ト を埋 め 込 む 。 透 か し 情 報

の埋 め込 み は,各 ブ ロ ッ ク の 量 子 化 さ れ たDCT係

数 の一 つ を透 か し情 報0

か1で

置 き換 え る こ と に よ り行 う4),5)。 置 き換 え るDCT係

数 の 位 置 は,ブ

ロ ッ ク 内 の 最 高 周 波 数 成 分 に選 ぶ 。 その 理 由 は,高 域 の 係 数 は量 子 化 後 に0 に な る こ とが 多 い の で 係 数 置 き換 え に よ る 画 質 劣 化 を 低 く抑 え ら れ る こ と と,高 域 へ の 埋 め 込 み は視 覚 的 に 目立 ち に くい か らで あ る。 しか し,高 域 の 量 子 化 テ ー ブル の値 は非 常 に大 き く,置 き換 えた 値(透 か し情 報)が1の

とき

逆 量 子 化 に よ っ て 非 常 に大 きい値 に変 換 さ れ復 元 画 像 の 劣 化 が 激 し くな るの で,そ

の位 置 の 量 子 化 テー ブル の値 を量 子 化 後 に1に 書 き換 え る。 この方 法

で は,8×8サ

イ ズ の ブ ロ ック 数 に等 しい ビ ッ ト数 を埋 め 込 む こ とが で き る。

透 か し の抽 出 は,量 子 化 さ れたDCT係

数 の 最 高 周 波 数 成 分 を取 り出 せ ば よ

い。

  書 き換 え られ た 量 子 化 テ ー ブ ル はJPEG画 込 ん で お くの で,標 準 のJPEG復 の 偶 奇 で1ブ

像 フ ァ イ ル の ヘ ッ ダ部 に書 き

号 器 で も復 号 が 可 能 で あ る。 量 子 化 係 数

ロ ッ クあ た り1ビ ッ ト埋 め込 む 方 法 に比 べ て,圧 縮 率 が大 きい

場 合 に画 質 劣 化 が 少 な い4),5)。

4.3.3  周 りの ブ ロッ クの 平 均値 と の大 小 関 係 によ る 埋 め込 み   画 像 を8×8サ

イ ズ の ブ ロ ッ ク に 区切 っ た と き,ブ

ロ ッ ク 内 のDCT係

数

は 周 りの ブ ロ ック の 同 じ位 置 のDCT係

数 の 平 均 値 と高 い 相 関 を有 す る。 そ

こで,こ

の ブ ロ ッ ク(24×24DCT係

の 性 質 を 利 用 し て3×3の9個

つ の グル ー プ と して,中 央 の ブ ロ ッ ク の 量 子 化 さ れ たDCT係 ブ ロ ッ ク の 同 じ座 標 の 量 子 化 さ れ たDCT係

数)を 一

数 と,周 りの

数 の 平 均 値 との 大 小 関 係 で透 か

し情 報 を埋 め込 む6)。透 か し情 報 を埋 め込 む 中 央 の ブ ロ ッ ク の座 標 をm個 べ ば,9個

の ブ ロ ッ ク(24×24DCT係

数)当 た り透 か し情 報mビ

選

ッ トを埋 め

込 む こ とが で き る 。   中 央 の ブ ロ ッ ク のDCT係 均 値 との大 小 関 係 で1ビ プ に対 し て,中

数 と上 下 左 右 四 つ の ブ ロ ッ ク のDCT係 ッ トを埋 め 込 む場 合 の例 を 図4.8に

示 す 。各 グル ー

央 の ブ ロ ッ ク の(i0,j0)座 標 の 量 子 化 さ れ たDCT係

(i0,j0)とす る。 周 りの4個 係 数 の 平 均 値 をM(i0,j0)と M(i0,j0)と な る よ う に,埋 る よ う に,Q(i0,j0)の

数 の平

数 をQ

の ブ ロ ッ ク の(i0,j0)座 標 の 量 子 化 され たDCT す る。 埋 め 込 む ビ ッ トが1の め込 む ビ ッ トが0の

と きQ(i0,j0)＞

と きQ(i0,j0)＜M(i0,j0)と

な

値 を増 減 させ る。 視 覚 的 な 画 質 の 劣 化 を抑 え るた め,

図4.8  周 りの ブ ロ ッ クの平 均 値 との大 小 関 係 を用 いた 埋 め込 みの原 理

Q(i0,j0)の 変 更 量 は輝 度 値 の変 化 の 激 し さ に応 じ て決 め る。 透 か し情 報 を埋 め 込 む 中 央 の ブ ロ ッ ク の 座 標 をm個 係 数)当 た り透 か し情 報mビ

選 べ ば,9個

の ブ ロ ッ ク(24×24DCT

ッ トを 埋 め込 む こ とが で き る。

  透 か しの 抽 出 は,各 グ ル ー プ の 中 央 の ブ ロ ッ ク のDCT係 りの4個

の ブ ロ ッ ク の 同 じ位 置 の あ るDCT係

数Q(i0,j0)と 周

数 の 平 均 値M(i0,j0)と

の大小

関 係 を調 べ る こ と に よ り行 う。 4.3.4  隣 り 合 う ブ ロ ッ ク の 大 小 関 係 に よ る 埋 め 込 み   画 像 を8×8サ

イ ズ の ブ ロ ッ ク に 区 切 っ た と き,隣

じ座 標 のDCT係

数 は互 い に 高 い 相 関 を有 す る。 そ こで,こ

て,2個

の 性 質 を利 用 し

の ブ ロ ッ ク を一 つ の グ ル ー プ と し て,左 右 の ブ ロ ッ ク の 同 じ座 標 の

量 子 化 され たDCT係 4.9に 示 す よ う に,隣 DCT係

り合 うブ ロ ッ ク内 の 同

数 の 大 小 関 係 で 透 か し情 報 を埋 め 込 む7)。例 え ば,図 り合 う2個 の グ ル ー プ の(i0,j0)座 標 の 量 子 化 さ れ た

数 を そ れ ぞ れQ1(i0,j0),Q2(i0,j0)と

な ら ば￨Q1(i0,j0)￨-￨Q2(i0,j0)￨＞Tと

す る と き,埋

め込 む ビ ッ トが1

な る よ う に,埋 め 込 む ビ ッ トが0な

￨Q2(i0,j0)￨-￨Q1(i0,j0)￨＞Tと な る よ う に,Q1(i0,j0),Q2(i0,j0)の せ る。 こ こ に,Tは

値 を増 減 さ

透 か し の強 度 を与 え る正 定 数 で あ る。

  透 か し情 報 を埋 め 込 む ブ ロ ッ ク の座 標 をm個 ×16DCT係

らば

数)当 た り透 か し情 報mビ

選 べ ば,2個

の ブ ロ ッ ク(8

ッ トを埋 め 込 む こ とが で き る。

図4.9  隣 り合 うブ ロ ック の大 小 関係 を用 い た埋 め込 み の原 理

図4.10 

隣 り合 うブ ロ ッ クの大 小 関係 に よ り透 か し を埋 め込 ん だ画像(41.6dB)

  埋 め 込 む座 標 を可 変 に して 秘 密 に す れ ば,埋 め 込 む 透 か し情 報 に秘 匿性 を 持 た せ る こ とが で き る。   透 か しの 抽 出 は,各 グ ル ー プ の左 右 の ブ ロ ッ ク の 同 じ座 標 のDCT係

数の

大 小 関 係 を調 べ る こ とに よ り行 う。   図4.3のJPEG画

像 に,1024ビ

ッ ト(2ビ ッ ト/グ ル ー プ)の 透 か し情 報

(擬 似 乱 数 系 列)を 埋 め 込 ん だ 画 像 を 図4.10に

示 す 。PSNRは41.6dBで

る。 埋 め 込 む 座 標 の組 を変 えた と きのPSNRと の フ ァイ ル サ イ ズ(バ イ ト数)の 増 加 率 を表4.2に   量 子 化 さ れ たDCT係 場 合,反

埋 め 込 み に よ るJPEG画

あ 像

示す。

数 の 大 小 関 係 を反 転 させ る よ う な埋 め込 み を行 っ た

転 させ る た め の 変 化 量 が 大 き けれ ば,量 子 化 テ ー ブ ル の 値 の 小 さい

表4.2  埋 め 込 み 座 標 の組 とPSNRお

よび ファイル

サ イ ズ増加 率

位 置 に埋 め 込 ん だ と し て も画 質 の 劣 化 は大 き くな る。 特 に,DCT係

数 の絶

対 値 を増 加 さ せ る よ うに変 化 させ る と,画 質 の 劣 化 は変 化 さ せ たDCT係

数

に対 応 す る特 有 の 模 様 と して 現 れ る。 4.3.5  ブ ロ ッ ク 内 の 係 数 の 大 小 関 係 に よ る 埋 め 込 み   4.3.4の

方 法 が,8×8サ

イ ズ の 隣 り合 う ブ ロ ッ ク 間 の量 子 化 さ れ たDCT

係 数 の 大 小 関 係 に よ り透 か し情 報0か1を は,8×8サ

表 し た の に対 し,本 節 の 方 法 で

イ ズ の 同 じ ブ ロ ック 内 のDCT係

1を 表 わ す8),9)。 同 じブ ロ ック 内 のDCT係

数 の 大 小 関係 で 透 か し情 報0か 数 に は相 関 が な い の で,二

つの係

数 の 大 小 関 係 を逆 転 させ る よ うな操 作 を行 う と,そ の係 数 に相 当 す る周 波 数 成 分 特 有 の 模 様 が 目立 つ。 こ の よ う な 特 有 の 模 様 が 目立 た な い よ う,図 4.11に 示 す よ う に 二 つ の 係 数 で グル ー プ を作 り,二 つ の グ ル ー プ に 属 す る 係 数 の 和 の 絶 対 値 の 大 小 関 係 で1ビ

ッ トを表 す 。 三 つ以 上 の 係 数 で グ ル ー プ

を作 る と埋 め 込 み後 の 画 質 劣 化 が激 し い。   一 つ の ブ ロ ック の(i,j)座 標 の量 子 化 さ れ たDCT係 … ,7;j=0,1,…,7)と

数 をQ(i,j)(i=0,1,

す る。 二 つ の 係 数 か ら成 る グ ル ー プ{Q(i1,j1),Q(i2,

j2)}と{Q(i3,j3),Q(i4,j4)}を

作 り,埋

め 込 む ビ ッ ト が1の

と き￨Q(i1,j1)

図4.11 

ブ ロ ック 内の 係 数 の大 小 関係 を用 いた 埋 め込 みの 原 理

+Q(i2,j2)￨-￨Q(i3,j3)+Q(i4,j4)￨＞Tと

な る よ う に,埋

と き￨Q(i3,j3)+Q(i4,j4)￨-￨Q(i1,j1)+Q(i2,j2)￨＞Tと Q(i2,j2),Q(i3,j3),Q(i4,j4)の

め 込 む ビ ッ トが0の な る よ う に,Q(i1,j1),

値 を 増 減 さ せ る 。 こ こ に,Tは

透 か しの 強 度 を

与 え る正 定 数 で あ る。   透 か し の 抽 出 は,各

グ ル ー プ に 属 す るDCT係

数の和 の絶対 値 の大小 関係

を 調 べ る こ と に よ り行 う 。   こ の 場 合 も,グ れ ば,埋

ル ー プ に 属 す るDCT係

数 の 選 び 方 を 可 変 に し て秘 密 に す

め 込 む 透 か し情 報 に 秘 匿 性 を 持 た せ る こ と が で き る 。

  図4.3のJPEG画

像 に,1024ビ

ッ ト(1ビ

ッ ト/ブ ロ ッ ク)の 透 か し 情 報

(擬 似 乱 数 系 列)を 埋 め 込 ん だ 画 像 を 図4.12に る 。 グ ル ー プ に 属 す るDCT係

示 す 。PSNRは40.5dBで

数 の 選 び 方 を 変 え た と き のPSNRと

み に よ る フ ァ イ ル サ イ ズ(バ イ ト数)の 増 加 率 を 表4.3に   4.3.4の 合,画

方 法 と 同 様,大

す な わ ち 原 画 に 依 存 す る 。 し か し な が ら,実

4.3.6    8×8サ

埋 め込

示す。

小 関 係 を 反 転 させ る よ う な 埋 め 込 み を行 っ た 場

質 の 劣 化 が 大 き く な る の で,PSNRは

対 し てPSNRが

あ

埋 め 込 み 前 のDCT係

数 の 値,

験 結 果 か ら は い くつ か の画 像 に

最 大 の と きの 埋 め込 み位 置 は 同 じで あ った 。

ブ ロ ック 内の ゼ ロ係 数 の 個 数 の偶 奇 によ る 埋 め 込 み イ ズ の ブ ロ ッ ク の 量 子 化 さ れ たDCT係

数 に 対 し て,図4.13に

示

図4.12 

ブ ロ ッ ク内 の係 数 の 大小 関 係 に よ り透 か し を埋 め込 んだ 画像(40.5dB)

表4.3  グル ー プ に属 す る座 標 の組 とPSNRお

よ び フ ァイ ル

サ イズ 増加 率

す よ う に低 周 波 領 域 か ら高 周 波領 域 に 直 線 をm本 Li(1〓i〓m)と

す る。 直 線Li上

の 高 周 波 領 域 に存 在 す る0の 並 び の 長 さ の

偶 奇 を 操 作 す る こ と に よ り,直 線Li上 の個 数 の 偶 奇 を逆 転 させ る場 合 は,0の -1で あ れ ば,そ い と き,あ

の非0の

引 き,そ れ ぞ れ の 直 線 を

に1ビ

ッ トの情 報 を埋 め 込 む10)。0

並 び の 左 上 の 非0の

係 数 が1ま

たは

係 数 を0に 置 き換 え る。 直 線 上 に0し か 存 在 し な

る い は 最 も低 周 波 成 分 の0の 左 上 の非0の

係 数 が2以

上 また は

図4.13 

ブロ ック内 の ゼ ロ係 数 の個 数 の偶 奇 に よ る埋 め込 みの 原理

-2以 下 で あ れ ば,最

も低 周 波 成 分 の 係 数0を1ま

これ に よ り,1ブ

ロ ッ ク 当 た りmビ

  図4.3のJPEG画

像 に,L1,L2,…

め 込 ん だ と きの,埋

め込 む ビ ッ ト数 とPSNRお

数8×8の1ブ

の 順 に 偶 奇 を反 転 して 透 か し情 報 を埋 よび 埋 め 込 み に よ る フ ァイ

方 法 に比 べ てPSNRは

  図4.3のJPEG画

示す。 ここでグ ラフの横軸 は

ロ ッ ク に埋 め 込 む ビ ッ ト数 を表 す 。 量 子

化 係 数 の 偶 奇 で埋 め 込 む 場 合 に比 べ,高 で,4.3.1の

周 波 数 成 分 に埋 め込 む こ とに な るの

低 下 し,フ

像 に1024ビ

ッ ト(直 線L1上

ァイ ル サ イ ズ は増 加 す る。 に1ビ

か し情 報(擬 似 乱 数 系 列)を 埋 め 込 ん だ 画 像 を図4.16に dBで

あ る。 変 化 さ せ るDCT係

置 き換 え る。

ッ トの 情 報 を埋 め 込 む こ とが で き る。

ル サ イ ズ の増 加 率 の 関 係 を図4.14,図4.15に 量 子 化 さ れ たDCT係

た は-1に

数 が 非0の

る よ うに 変 化 させ て い る ので,特

場 合,係

ッ ト/ブ ロ ッ ク)の 透 示 す 。PSNRは43.2

数 の 絶 対 値 が 小 さ くな

有 の模 様 が 目立 ち に くい 。

  上 記 の 埋 め込 み 法 に そ れ と干 渉 しな い 埋 め込 み 法 を併 用 す れ ば,1ブ

ロッ

ク あ た りの 埋 め込 み情 報 ビ ッ ト数 を さ らに 増 や す こ とが で き る10)。例 え ば, DC成

分 を 含 む低 周 波 成 分 のDCT係

め 込 み,そ

のDCT係

数 に は4.3.1の

数 を 除 く図4.13の

し情 報 を埋 め 込 む こ とが で き る。

方 法 で 透 か し情 報 を埋

直線 上 に本節 の 方法 で さ らに透 か

図4.14 

図4.15 

ゼ ロ係 数 の個 数 の 偶奇 に よ る埋 め込 み ビ ッ ト数 とPSNR

ゼ ロ係 数 の 個 数 の偶 奇 に よる埋 め込 み ビ ッ ト数 とフ ァイ ルサ イ ズ の増 加 率

図4.16 

ゼ ロ係 数 の個 数 の偶 奇 に よ り透 か しを埋 め込 ん だ 画像(43.2dB)

4.4 

む

  JPEG画

す

び

像 に対 す る電 子 透 か しの埋 め 込 み に つ い て基 本 的 な 考 え 方 を紹 介

し た 。 利 用 目 的 に よ っ て は,こ

れ ら の 基 本 的 な 埋 め 込 み 法 を 基 に し て,さ

ら

な る工 夫 が 必 要 で あ る。 例 え ば著 作 権 保 護 に 用 い るの で あ れ ば種 々 の 画 像 処 理 ・変 換 が 加 え ら れ て も透 か し 情 報 が 取 り 出 せ る よ う な 工 夫 が 必 要 で あ り, 改 ざ ん 検 出 に 用 い る の で あ れ ばJPEGの

再 圧 縮 に よ っ て も透 か し 情 報 が 変

化 しな い こ とが 必 要 で あ る。   ま た,埋

め 込 み に よ る 画 質 の 劣 化 を 抑 え る 工 夫 も 重 要 で あ る。 本 稿 で は 画

質 をPSNRで

例 示 し た が,視

般 に 一 致 し な い 。PSNRが

覚 に よ る 主 観 評 価 とPSNRに

高 く な く て も,視

よ る評 価 と は 一

覚 特 性 を利 用 して 透 か し情 報

の 埋 め 込 み を 目 立 た な くす る 工 夫 が な さ れ る こ と が 多 い 。 中 間 周 波 数 領 域 に 埋 め 込 む の は,高

域 成 分 ほ ど視 覚 感 度 が 低 い こ と を 利 用 し て 輪 郭 部 に 透 か し

情 報 を 埋 め 込 む た め で あ り,他

に も,輝

度 が 高 い画 素 の 近 傍 に あ る輝 度 の低

い 画 素 は 見 え に くい と い う マ ス キ ン グ 効 果 を 利 用 す る こ と も で き る 。   現 行 のJPEGで DCTの

はDCTを

用 い て 圧 縮 を 行 っ て い る が,JPEG2000で

は

代 わ り に ウ ェ ー ブ レ ッ ト変 換 を 用 い て い る 。 将 来JPEG2000が

使 わ れ る で あ ろ う こ と を 考 え れ ば,ウ JPEG2000に

広 く

ェ ー ブ レ ッ ト変 換 の 特 性 を 利 用 し た,

よ る圧縮 画 像 に対 す る電 子 透 か し の考 案 が 望 まれ る。

参 考文献 1) G.C.Langelaar,I.Setyawan,and and video data",IEEE

R.L.Lagendijk:"Watermarking

Signal Processing

digital image

Magazine,Vol.17,No.5,pp.20‐46(Sept.

2000). 2) 松 井 甲子 雄:「 画像 深 層暗 号 」森北 出版(1993). 3) 松 井 甲子 雄:「 電 子 透 か しの基礎 」森 北 出版(1998). 4) 小林 弘 幸,野 口 祥 宏,貴 家 仁 志:"JPEG符

号 化 列 へ の バ イ ナ リデ ー タ の埋 め込 み 法",

電 子情 報 通信 学会 論 文誌(D‐Ⅱ),Vol.J83‐D‐Ⅱ,No.6,pp.1469‐1476(2000年6月). 5) Y.Noguchi,H.Kobayashi,and binary data from

JPEG

H.Kiya:"A

method

bitstreams using standard

JPEG

of extracting decoder",IEICE

embeded Trans.

Fundamentals,Vol.E83‐A,No.8,pp.1582‐1588(Aug.2000). 6) Y.Choi

and K.Aizawa:"Watermarking

using inter‐block correlation:Extension

to JPEG

coded

893‐897(March

domain",IEICE

Trans.Fundamentals,Vol.E84‐A,No.3,pp.

2001).

7) 豊 川 和 治,森 本 典 繁,利 根 川 聡 子,上 條 浩 一,小 出 昭 夫:"保 険 ク レー ム処 理 グ ル ー プ ワ ー ク シ ス テ ム に お け る デ ジ タ ル 写 真 の 改 ざ ん 防 止 と 検 出 機 能" ,信 学 技 報,IE99‐38 (1999‐09). 8) 三 宅 恭 介,岩

田  基,汐

崎   陽:"JPEG画

像 へ の イ ン デ ク ス 情 報 の 埋 め 込 み 法",第24

回 情 報 理 論 と そ の 応 用 シ ン ポ ジ ウ ム 予 稿 集,pp.179‐182(2001年12月). 9) M.Iwata,K.Miyake,and index

data

into JPEG

A.Shiozaki:"Digital images",IEICE

watermarking

method

to embed

Trans.Fundamentals,Vol.E85‐A,No.10,

pp.2267‐2271(Oct.2002). 10)  三 宅 恭 介,岩

田  基,汐

崎   陽:"JPEG符

ュ ー タ セ キ ュ リテ ィ シ ン ポ ジ ウ ム2002論 11)  ケ イ ワ ー ク:「JPEG‐ (1998).

概 念 か らC++に

号 化 列 に対 す る ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ",コ

ンピ

文 集,pp.227‐232(2002年10月). よる実 装 まで」

ソ フ トバ ン ク パ ブ リ ッ シ ン グ

第5章 動画像電子透か し

KDDI研

5.1 

は

じ め

究所   酒 澤 茂 之

に

  動 画 像 は オ ー デ ィオ や テ キ ス トな どの メ デ ィア情 報 の 中 で最 も情 報 量 が 多 く,ま た,人

間 に と っ て容 易 に情 報 を受 容 で き る メ デ ィ ア で あ る。 そ の た

め,映 画 か ら教 育 や 報 道 に至 る まで 幅 広 い 産 業 と結 び つ い て お り,著 作 権 者 の 権 利 保 護 は も と よ りコ ンテ ン ツ産 業 の 発 展 のた め に も動 画 像 コ ンテ ン ツ の 権 利 保 護 は重 要 で あ る。   電 子 透 か し は,コ

ンテ ン ツ の権 利 保 護 に お い て,コ

ピー 制 御 に 用 い るパ ラメ ー タ の秘 匿,正

ピー ラ イ トの 表 示,コ

当 な 著 作 権 者 を識 別 す る た め の 情 報

の 埋 め込 み,購 入 者 情 報 の 埋 め込 み(海 賊 版 の流 出 元 の追 跡),コ

ンテ ン ツ改

ざん を検 出 す る情 報 の 埋 め 込 み な ど に 用 い られ る1)。そ れ ぞ れ の 目的 に応 じ て 備 え るべ き特 徴 が 異 な るが,本

章 で は 「見 え な い」 「取 り除 く こ とが 困 難

な 」 「デ ィ ジ タ ル 動 画 像 を対 象 と し た」 電 子 透 か し につ い て解 説 す る。 な お, 動 画 像 が 静 止 画 像 の連 続 した もの と捉 えれ ば,静 止 画 像 を対 象 と した方 式 を そ の ま ま適 用 可 能 で あ るが,演 算 量 が 過 大 とな る等 の 問題 が あ る。 そ こで, 本 章 で は特 に 動 画 像 を対 象 と した 方 式 に絞 っ て 解 説 す る。   な お,電 子 透 か し の研 究 は 企 業 や 大 学 な ど幅 広 い 機 関 で 行 わ れ て い る が, 必 ず し もす べ て の 情 報 が 公 に 入 手 可 能 な 形 で発 表 され て い るわ けで は な い。 特 に,ア ル ゴ リズ ム が 知 られ て い な い こ とは電 子 透 か し を破 る こ と を困 難 に す る た め,公

開 しな い とい う選 択 を す る こ と もあ る。 そ こで,本 章 で は論 文

誌 や シ ン ポ ジ ウ ム な ど公 な場 で発 表 さ れ た 情 報 に基 づ い て 解 説 す る。 ま た,

動 画 像 電 子 透 か し に関 して オ ー ル マ イ テ ィな 方 式 は い まだ な い た め,こ れ ま で に提 案 さ れ た代 表 的 な 方 式 を取 り上 げ て,そ れ らの 紹 介 を行 う こ とで 概 観 を得 る こ と とす る2)。

5.2 

動 画 像 電 子 透 か しに対 す る 要 件

5.2.1  動 画 像 の 特 徴   まず,透

か し を埋 め込 む対 象 で あ る動 画 像 情 報 の特 徴 に つ い て,簡 単 に ま

とめ る。 (1)  基 本 特 性   動 画 像 は,時 間 的 に連 続 し た画 像 フ レー ム の並 び に よ り構 成 され,通 常 は そ の順 序 は保 た れ て い る。 た だ し,一 般 に動 画 像 コ ン テ ン ツ は シー ン と呼 ば れ る,意 味 的 に ひ とか た ま りの画 像 フ レー ム 列 の組 合 せ に よ り制 作 さ れ て い る た め,シ

ー ン の つ な ぎ 目 で は 不 連 続 が 生 じ る こ と に な る。 シ ー ンの 中 で

は,画 像 フ レー ム の順 序 は保 た れ る。 (2)  情 報 量   通 常,動

画 像 は1秒 当 た り30フ レー ム か ら構 成 さ れ る こ と か ら,単 純 に

計 算 す る と2時 間 の 映 画 の場 合 に は静 止 画 像 の216,000倍

の情報 があ ること

に な る。 通 常 テ レ ビ ジ ョン放 送 の デ ィ ジ タル 動 画 像 の 場 合,そ 250Mbit/s。

ハ イ ビ ジ ョ ンの 場 合 に は約1.5Gbit/sに

の情 報 量 は約

も達 す る。 この た め,

伝 送 お よ び 蓄 積 に は圧 縮 技 術 が 不 可 欠 と な る 。 ほ と ん ど の場 合,圧 MPEG3),4)も

し く はそ れ に類 す る圧 縮 技 術 が 用 い られ る。

(3)  MPEGに   MPEGで

縮には

よる圧縮

は,い わ ゆ るMC+DCT符

号 化 方 式 が 採 用 さ れ て い る。 そ の 原

理 を簡 単 に紹 介 す る。   まず,隣

接 す る動 画 像 フ レー ム は高 い類 似 度 を持 っ て い る。 そ こで,そ

の

間 で予 測 を行 う こ とに よ り大 幅 な情 報 量 の 削 減 が 可 能 と な る。 この と き,画 面 中 で の 物 体 の 移 動 を 図5.1に

示 す動 ベ ク トル で 追 跡 す る こ とに よ り,予 測

精 度 を 高 め る工 夫 が 行 わ れ て い る。 これ を動 き補 償(MC:Motion )予 測 と呼 ぶ 。MPEGの

Compensation

符号 化 プ ロセ ス で は,画 像 フ レ ー ム を ブ ロ ッ

図5.1  動画 像圧 縮 にお ける動 き補償 の仕 組 み

図5.2 

MC+DCT符

号 化 方 式(エ ン コ ー ダ)の ブ ロ ッ ク 図

ク に 区 切 り,ブ ロ ッ ク 単 位 で 予 測 を 行 い,予 化,符

号 化 す る。 図5.2に

レ ー ム メ モ リ,MCは を利 用 して,次

お い て,Qは

測 残 差 をDCT変

量 子 化,Q-1は

動 き補 償 部 で あ る。 こ こで,現

換 し,量 子

逆 量 子 化,FMは

フ

フ レ ー ム の符 号 化 結 果

フ レ ー ム の 予 測 を行 うた め,帰 還 ル ー プが あ る こ とに注 意 す

る。 最 終 的 に,MPEGス

ト リー ム は,動 ベ ク トル とDCT係

数値がブロッ

ク単 位 で繰 り返 され る形 で 表 現 され る。 そ し て,そ れ らは可 変 長 符 号 に よ り 表 現 され,あ

る 約 束 事(シ ン タ ッ ク ス)に 基 づ い て ビ ッ ト列 に 組 み 立 て ら れ

る。 5.2.2  動 画 像 電 子 透 か し の 要 件 (1)  一 般 的 な 要 件   静 止 画 像 へ の 電 子 透 か し と も共 通 す る要 件 と して,ま ず,電 在 が 気 づ か れ な い,あ

子 透 か しの 存

る い は 画 質 を損 な わ な い こ と(不 可 視 性)が 挙 げ られ

る。 次 に,圧 縮 や 伝 送 に 伴 う処 理 あ る い は意 図 的 な 攻 撃 を受 け て も読 み 出 し が 可 能 で あ る こ と(攻 撃 耐 性)が 必 要 で あ る。 また,少

な く と も数 十 ビ ッ トの

埋 め込 み が可 能 で あ る こ と(十 分 な埋 め 込 み 容 量)が 望 ま しい 。 さ らに,正 当 な ユ ー ザ の み が 透 か しの 読 み書 きが 可 能 で あ る こ と(情 報 ア ク セ ス 制 御)も 望 ま しい特 性 で あ る1)。 (2)  動 画 像 特 有 の 要 件   動 画像 を対 象 とす る場 合 に は,5.2.1で に留 意 が 必 要 とな る。 まず,動

述 べ た 動 画 像 の特 徴 か ら以 下 の点

画 像 は 時 間 的 に連 続 した フ レ ー ム 系 列 で あ る

た め,特 定 の フ レー ム の み性 質 が 変 化 す る と視 覚 的 に 劣 化 と し て検 知 さ れ る。 特 に,周 期 的 に それ が生 じ る と フ リッ カ(ち らつ き)と な り,主 観 画 質 が 著 し く劣 化 す る 。 次 に,動 画 像 の情 報 量 が(圧 縮 した 場 合 で も)莫 大 で あ る こ とか ら,透 か しの 埋 め込 み と検 出 は で き るだ け計 算 量 の 少 な い 方 式 が 好 ま し い 。 そ のた め,圧 縮 形 式 の ま ま取 り扱 え る こ と,す な わ ちMPEG圧 リー ム に直 接 埋 め込 み を行 い,検 出 もMPEGを が 望 まれ る。 また,透

縮ス ト

復 号 せ ず に可 能 で あ る こ と

か し検 出 に 原 画 像 を必 要 と し な い こ と は,検 査 対 象 の

動 画 像 と原 画像 の 自動 的 なマ ッ ピ ン グが 困難 で あ る こ とか ら,ほ ぼ必 須 条 件 で あ ろ う。 (3)  動 画 像 特 有 の 攻 撃 法 へ の 耐 性   上 で述 べ た 留 意 事 項 に加 え て,動 画 像 特 有 の 攻 撃 へ の耐 性 も必 須 で あ る。 まず,画 像 フ レ ー ム を意 図 的 に ドロ ップ して も,視 覚 的 に は ほ とん ど判 別 さ れ な い た め,こ

の攻 撃 に対 す る耐 性 は必 須 で あ る。 文 献 に よ っ て は,フ

レー

ム 順 序 の 入 れ 替 え につ い て も言 及 して い る も のが あ るが,こ れ は視 覚 的 に違 和 感 の あ る画 像 とな るた め,有 効 な攻 撃 方 法 で は な い と思 わ れ る。 ま た,編 集 に よ り,あ る シー ンが 別 の 動 画 像 シー ン と組 み合 わ され て用 い られ る こ と が あ るた め,シ ー ン単 位 で検 出 が 可 能 で あ る こ とが望 ま しい2)。

5.3  動画像電子透か し方式の概説   上 で も述 べ た よ う に,動 画 像 は圧 縮 を無 視 して は語 る こ とが で き な い た め,透 か し埋 め 込 み ・検 出 に当 た っ て圧 縮 プ ロ セ ス そ の もの の利 用 や 圧 縮 形 式 で の取 り扱 い を意 識 した 方 式 とそ うで な い方 式 に分 け て解 説 す る。 5.3.1  MC+DCT圧

縮 を 前 提 と した方 式

  これ らの 方 式 の 中 で も特 にMPEGの

符 号 化 プ ロセ ス や シ ン タ ッ ク ス に 依

存 した 方 式 と,も う少 し一 般 的 な方 式 に分 類 で き る。 (1)  MPEGシ

ンタ ックスを利用

  最 も単 純 な 方 式 と し て は,MPEGシ

ンタ ッ ク ス 中 の ユ ー ザ デ ー タ 領 域 に

任 意 の情 報 を格 納 す る 方 式 で あ るが,こ れ は容 易 に除 去 す る こ とが 可 能 で あ る の で,こ

こで は触 れ な い 。

(a)  動 ベ ク トル の 利 用   Jordan5)ら は,す

で に圧 縮 済 み のMPEGス

ト リー ム に対 し て,平 坦 領 域

を 指 して い る動 ベ ク トル を操 作 す る こ とに よ り埋 め込 み を行 う方 式 を提 案 し て い る。MPEGス

ト リー ム 中 の 動 ベ ク トル の み を操 作 し,DCT係

数 を更 新

しな い と,符 号 化 側 と復 号 側 で 予 測 ル ー プ 内 の ミスマ ッチ が 生 じて 画 質 劣 化 に つ な が る。 平 坦 領 域 で あ れ ば,動 ベ ク トル をわ ず か に ず らせ て も予 測 残 差 へ の影 響 は比 較 的 小 さい た め,こ の 方 式 で は操 作 す る動 ベ ク トル を平 坦 領 域 に 限 定 して い る。 図5.3に 示 す よ う に,動 ベ ク トル の指 す 領 域 を"0"用 と "1"用 に分 け て お き ,動 ベ ク トル 位 置 を い ず れ か に な る よ う に変 更 す る。   検 出 は,MPEGス 領 域 が"0"か"1"か

ト リー ム の状 態 で は非 常 に簡 単 で,動

ベ ク トル が 指 す

を判 定 す るだ け で よ い。 また,MPEG復

号 後 の ビデ

オ デ ー タ に つ い て は,再 符 号 化 す る こ とに よ り得 られ る動 ベ ク トル が,あ

る

程 度 の 確 率 で 埋 め込 み 結 果 と同 じ に な る た め,統 計 的 に判 定 す る こ とで 回復 可 能 とな る と主 張 さ れ て い る。 (b)  GOP構

造 の利 用

  Linnartzら6)は,MPEGのGOP構 MPEGで

は,フ

造 を 用 い た 方 式 を 提 案 し て い る。

レ ー ム 間 予 測 符 号 化 の 適 用 に関 して3通

りの モ ー ド を持 っ

て い る。Iモ ー ドで は,画 像 フ レ ー ム 間 で の 予 測 を 用 い な い で 符 号 化 を 行

図5.3  動 ベ ク トル 位 置 の量 子 化

図5.4  GOP構

う 。Pモ

ー ドで は,Iモ

ー ド も し く はPモ

造

ー ドで 符 号 化 さ れ た 時 間 的 に 過 去

の フ レ ー ム か ら 予 測 し て 符 号 化 を 行 う 。Bモ

ー ドで は,Iモ

ー ド も し く はP

モ ー ドで符 号 化 さ れ た 過 去 の フ レ ー ム お よ び未 来 の フ レー ム を用 い て双 方 向 か ら 予 測 符 号 化 を 行 う 。 そ し て,Iフ (Group

of Pictures)と

の プ ロ セ ス の 中 で,固

呼 ぶ(図5.4)。Linnartzら 定 長GOPの

選 択 の 自 由 度 を 利 用 し て,埋 例 え ば,GOP周 た はBタ

レ ー ム か ら 次 のIフ

期 が12フ

レ ー ム ま で をGOP

の 方 式 は,MPEG符

号化

中 で フ レ ー ム に適 用 す る符 号 化 タ イ プ の

め 込 む 情 報 に 応 じ て 符 号 化 タ イ プ を 変 更 す る。 レ ー ム で あ れ ば,11個

イ プ を 割 り 当 て る 方 法 は211通

の フ レ ー ム に 対 し てPま

り あ る 。 こ の 方 式 は,MPEGデ

ー

タ の 上 で は容 易 に透 か し を検 出 す る こ とが 可 能 で あ る が,攻 撃 耐 性 の 面 で 問 題 が 多 い 。 また,各

フ レ ー ム に適 用 され る符 号 化 タ イ プ が,符 号 化 効 率 とは

無 関 係 に選 ばれ るた め,圧 縮 に よ る画 質 劣 化 が 大 き くな る恐 れ もあ る。 (2)  DCTべ

ースの方 式

 (a)  ス ペ ク トル拡 散 法 の応 用   Hartungら7)は,MC+DCT符

号 化 方 式 で 圧 縮 さ れ た デ ー タ に 対 し て,

画 像 に復 号 す る こ とな く透 か しを埋 め 込 む方 式 を提 案 して い る。 ス ペ ク トル 拡 散 に基 づ く代 表 的 な 方 式 で あ る。   まず,図5.5の

左 下 に 示 す よ うな 原 画 像 と同 じ大 き さ のPN(擬

似 乱 数)系

列 か ら な る 画像 を作 る。 つ い で,そ れ を 埋 め込 み ビ ッ ト列(図5.5で ッ ト)で変 調 す る。 変 調 はPN画

は4ビ

像 を い くつ か の領 域 に分 け,そ の 領 域 ご と

に2値 変 調 を行 う。 埋 め込 む ビ ッ トが"1"の

と き は そ の ま まで,"-1"の

と きは符 号 を反 転 す る方 法 を と る こ とが一 般 的 で あ る。 画 像 領 域 に て 透 か し 埋 め込 み を行 う場 合 に は,変 調 した 透 か し信 号 に対 して埋 め 込 み強 度 を制 御 しな が ら原 画 像 フ レー ム に加 算 す る。   これ を圧 縮 領 域 に お い て行 う方 法 は 次 の とお りで あ る。 変 調 した 透 か し信 号 を作 る と こ ろ まで は 同 じで あ る。 こ の透 か し信 号 を8×8画

図5.5 

Visualization of

watermark

embedding[文

献7)よ

素 ブロ ック に

り]

分 割 し,そ れ ぞ れDCT変

換 を行 い,図5.2の

出 力 信 号 のDCT係

数 値 に加

算 す る こ とで 埋 め込 み を行 う(加 算 の前 に逆 量 子 化 が 必 要 で あ る)。 これ に よ り,原 画 像 が 圧 縮 され て い る場 合 で も,そ れ を画 像 に復 号 す る こ とな く透 か しの 埋 め込 み が 可 能 とな る。   と こ ろ で,5.2.1で

も指 摘 した よ う に,MPEG符

号 化 で はエ ン コーダ 内

部 に 帰 還 ル ー プが あ り,こ れ が デ コ ー ダ 内 の帰 還 ル ー プ と同 じ振 る舞 い を す る必 要 が あ る。 しか しな が ら,上 で 述 べ たDCT領 プ の 外 側 で 行 わ れ る た め,エ

ン コ ー ダ ・デ コ ー ダ 間 で ミス マ ッチ(ド リフ ト)

が 生 じて し ま う。 そ こで,Hartungら トル を 用 い て動 き補 償 を行 い,ド で,こ

後 にDCT変

数 が 入 力 され,そ

は 図5.6に

示 す よ う に,元

の動ベ ク

リフ トを打 ち消 す成 分 を さ らに加 え る こ と

の 問 題 を 解 決 して い る。 図5.6に

たDCT係

域 にお け る加 算 は,ル ー

れ がEC-1に

お い て,左 上 か ら可 変 長 符 号 化 され よ り可 変 長 復 号 され,逆 量 子 化 の

換 さ れ た 透 か し信 号 が 加 算 さ れ て い る。 一 方,ド

リ フ ト成 分 を

補 償 す る た め に,透 か し信 号 の重 畳 が な い と きの 帰 還 信 号 と,重 畳 が あ る と きの 帰 還 信 号 の差 分 を計 算 し,DCT領

域 で加 算 して い る。 こ の ブ ロ ッ ク 図

を見 る と,実 質 的 に は再 符 号 化 を行 うの とあ ま り変 わ らな い が,下 半 分 の ブ ロ ッ ク で 行 って い る処 理 は 共 通 化 で き る こ とがHartungら

図5.6 

ドリフ ト補 償付 きDCT領

に よ り示 され て

域 に お け る透 か し埋 め込 み 方式[文献7)よ

り]

い る 。 ビ ッ ト埋 め 込 み 能 力 と し て は,50bit/sの

情 報 レ ー トでwatermark

を入 れ られ る。   検 出 は,MPEG復 PN画

号 し て 得 ら れ た 透 か し 入 り画 像 デ ー タ に 対 し て,元

像 を 用 い て 相 関 検 出 す る こ と に よ り,埋

の

め 込 み ビ ッ ト列 を 回 復 す る こ

と が で き る。   圧 縮 や フ ィ ル タ 処 理 な ど の 標 準 的 な 信 号 処 理 に 対 し て は,耐 何 学 歪 攻 撃(シ フ ト,ズ

ー ム,回

転)に つ い て は,あ

性 が ある。幾

る程 度 まで 耐 え る こ とが

で き る。   (b) 

DCT高

次 係 数 の操 作

  一 方,Langelaar8)ら

も,MPEGス

トリー ム に対 して埋 め 込 む こ とが 可 能

な 方 式 を提 案 して い る。   埋 め 込 む1ビ

ッ ト ご と にn個

の8×8DCTブ

ロ ッ ク を 画 像 フ レー ム 中 か

ら所 定 の 規 則 に 従 っ て 選 択 す る 。 そ し て,n/2ず 基 づ い て 分 離 し,そ

の 集 合 間 で 高 周 波 エ ネ ル ギ ー に 差 が つ く よ う に,一

高 周 波 係 数 を 削 除 す る 。 図5.7に ク を ま ず 取 得 し,そ る 。 そ し て,そ と す れ ば,ビ

例 を 示 す 。 こ こ で は,16個

の 上 半 分 を グ ル ー プA,下

れ ぞ れ の グ ル ー プ のDCT高 ッ ト"0"を

図5.7  DCT高

つの部分集合 に ある規則 に 方の

の8×8ブ

半 分 を グ ル ー プBと

ロ ッ してい

周 波 係 数 の エ ネ ル ギ ー をEA,EB

埋 め 込 む と き は,EA＞EBと

な るよ うに グル ー プ

周 波係 数 の打 ち切 りに よ る透 か し埋 め込 み方 式[文献8)よ

り]

Bの 高 周 波 係 数 を 削 除 し,ビ ッ ト"1"を よ う に グ ル ー プAの

埋 め 込 む と き は,EA＜EBと

なる

高 周 波 係 数 を 削 除 す る。 こ の と き,高 周 波 係 数 の 削 除

は ジ グザ グ ス キ ャ ンの途 中 打 ち切 りで 実 現 で き る た め,可 変 長 符 号 の部 分 的 な復 号 とEOB(End

of Block)コ ー ドの挿 入 が 必 要 な だ けで,逆 量 子 化 処 理

も必 要 な い。   この と き,n個

の8×8ブ

ロ ッ ク の選 択 が 秘 密 鍵 とな る。 す な わ ち,検 出

側 に お い て 同 じ集 合 を構 成 しな い 限 り,グ ル ー プAと

グ ル ー プBの

間 に有

意 な差 を 導 く こ とが で き ず,埋 め 込 まれ て い るデ ー タ を抽 出 す る こ とが で き ない。   検 出 は,秘 密 鍵 に 基 づ い て ブ ロ ッ ク を選 択 し,グ ル ー プA,B間

の高周

波 エ ネ ル ギ ー を比 較 す る こ とで 実 現 さ れ る。 埋 め 込 み レ ー トは400bit/sで ある。   攻 撃 耐 性 に 関 して は,DCT高

次 係 数 が 大 き く変 化 す る よ う な処 理 に よ っ

て 透 か し情 報 が 破 壊 さ れ る。 特 に フ レ ー ム の 符 号 化 タ イ プ(1,P され る と,MPEGビ

ッ トス ト リー ム 上 のDCT高

,B)を

変更

次 係 数 が 大 き く変 化 す る

た め に,検 出 の誤 り率 が上 昇 す る。   (c)  時 間 分 散 型 の 埋 め 込 み方 式   Sakazawaら9)もDCT係

数 を操 作 す る 方 式 を提 案 し て い る。 原 画 像 の16

×16画 素 領 域 を さ ら に8×8ブ

ロ ッ ク に 分 割 し,そ れ ら のDCT低

操 作 す る。 この と き,左 上 の8×8ブ

次 係数 を

ロ ック と左 下 の8×8ブ

ロ ッ ク をペ ア と

し,ビ ッ ト"1"を

埋 め 込 む と き に は左 上 ブ ロ ッ ク のDCT係

数値 を大 き く

し,ビ

埋 め 込 む場 合 に は左 下 ブ ロ ッ ク のDCT係

数 値 を大 き く

ッ ト"0"を

し て い る。 特 に,イ

ン タ レー ス画 像 を対 象 と す る場 合 に は,MPEG‐2に

け る フ ィ ー ル ド/フ レー ム適 応 型DCT演

お

算 が 適 用 さ れ る こ とに 鑑 み て,図

5.8に 示 す よ う に,画 像 の フ ィー ル ド構 造 で のDCT係

数 も同 時 に操 作 して

い る。   Sakazawaら

の 方 式 の も う一 つ の 特 徴 は,上 記 の 操 作 を行 うn個

の16×

16画 素(マ ク ロ ブ ロ ック)を 所 定 の規 則 に従 っ て 動 画 像 か ら分 散 的 に選 択 し, そ のnマ

ク ロ ブ ロ ッ ク の 集 合 に対 して 同 一 ビ ッ トを埋 め 込 む 点 に あ る。 そ

し て,そ

う した 集 合 を複 数 構 成 す る こ とで,複 数 ビ ッ トの埋 め 込 み を可 能 に

図5.8  イ ンター レース 画像 に お け るDCT係

数操 作 方 式

し て い る。   この 方 式 で は 原 画 像 のDCT低 め,MPEG符

次 係 数 を大 き くす る操 作 が 行 わ れ て い るた

号 化 を行 っ た 際 に,そ のDCT係

数値 の フレーム 間予測 に残

差 を 生 じ る こ と に な る。 し た が っ て,MPEGのPお DCT係

数 を観 測 した と き,そ の 被 操 作DCT係

高 くな る。 そ こで,上 記 のnマ み 用 と ビ ッ ト"1"埋 ビ ッ トが"0"ま

数 が 非0の

レー ム の

値 を持 つ 確 率 が

ク ロ ブ ロ ッ ク の 集 合 か ら ビ ッ ト"0"埋

め込 み 用 のDCT係

た は"1"の

よ びBフ

数 を 統 計 的 に比 較 して,埋

め込 め込 み

いず れ で あ るか を判 定 す る。 した が って,透

か

し の 入 っ て い るMPEGデ

ー タ が あ る と き に,画 像 に復 号 す る こ とな く,

MPEGデ

数 か ら直 接 検 出 す る こ とが可 能 とな っ て い る。

ー タ 中 のDCT係

  こ の 方式 で は,動 画 像 中 か ら分 散 的 に マ ク ロ ブ ロ ック を選 択 す る方 法 が秘 密 鍵 とな る。 秘 密鍵 が 不 明 な場 合 に,無 作 為 にマ ク ロ ブ ロ ッ ク を選 択 して, そ の 中 のDCT係 が 現 れ ず,透

数 を統 計 的 に観 測 して も,ビ

ッ ト"0"と"1"で

有意 な差

か し情 報 を読 み 出 す こ とは で き な い。

  また,動 画 像 の場 合,作 為 的 に フ レー ム を ドロ ップ させ る こ とで,上 記 の 秘 密 鍵 に よ る マ ク ロ ブ ロ ッ ク選 択 パ タ ー ンの 同期 を 乱 す 攻 撃 が考 え られ る。 こ れ に 対 して,図5.9に

示 す よ う に,1st

Stepの 分 類 の た め に フ レー ム 種 別

コ ー ドを埋 め 込 ん で お き,そ れ に従 っ て 集 合 を構 成 した 後 で統 計 的検 出 を行 う こ とで 対 抗 して い る。 5.3.2 

MPEGを

  MPEG型 い,そ

前 提 と しな い 方 式

の圧 縮 を前 提 と し な い 方 式 で は,原 画 像 に対 して 埋 め 込 み を行

れ が伝 送 や 画 像 処 理 な どの外 乱 を受 け た後 の 画 像 か ら検 出 を行 う こ と

に な る。 空 間 領 域 で の 直 接 処 理 や,周 波 数 領 域 で の 埋 め 込 み につ い て,い

く

図5.9  動 画 像 フ レー ム分 散 型埋 め込 み

図5.10 

埋 め込 み 用 タ イル 画像 の生成

つ か の代 表 例 を紹 介 す る。 (1)  空 間 領 域 で の 埋 め 込 み   Kalker10)ら は,空 間 領 域 で 埋 め 込 む 方 式 を提 案 し て い る。 ま ず,128× 128画 素 の 透 か し信 号 を 白色 ガ ウ ス 分 布 に 従 う乱 数 か ら作 成 し,図5.10に 示 す よ う に そ の位 置 を埋 め 込 む 情 報 に よ って 巡 回的 に ず ら し,元 の 乱 数 画 像 に 重 畳 す る こ とで,埋

め込 み 用 の タ イ ル 画 像 を生 成 す る。

  生 成 さ れ た128×128画

素 の 画 像 を,原 画 像 の 上 に タ イ ル状 に敷 き詰 め て

図5.11  埋 め 込 み に用 い る動 画像 処 理 単位

足 し合 わせ る こ とで 埋 め込 み を行 う。 この と き,視 覚 的悪 影 響 を最 低 限 に抑 え るた め に,画 素 ご とに局 所 ア クテ ィ ビ テ ィ に応 じて ス ケ ー リン グ す る。 こ れ を 図5.11に

示 す よ う に複 数 フ レ ー ム に対 し て繰 り返 す 。 こ こで,情 報 埋

め 込 み単 位 の フ レー ム グ ル ー プ の 中 で は 同一 の情 報 を埋 め 込 み,次 の情 報 埋 め 込 み単 位 で は異 な る情 報 を埋 め込 ん で い る。 ま た,検 出 は い くつ か の フ レ ー ム を ま と め て タ イ ル画 像 を多 数 観 測 す る こ とで 検 出 精 度 を上 げ て い る。 こ の と きの検 出 単 位 は,情 報 埋 め込 み単 位 よ り も小 さ くして お き,い

くつ か の

検 出単 位 で 検 出 を行 う こ とで,情 報 埋 め 込 み 単 位 の切 り替 わ りを検 知 す る こ とを可 能 と して い る。   検 出 の 原 理 は,タ

イ ル 画 像 に お け る元 の 乱 数 値 画 像 と位 置 変 調 した 乱 数 値

画 像 の 相 対 的 な位 置 の差 に よ っ て い る。 また,原 め 込 ん で い る た め,任 意 の 位 置 か ら128×128画

画 像 に対 して タ イ ル 状 に埋 素 ブ ロ ッ ク を 取 り出 せ ば,

相 対 差 を検 出 す る こ とが 可 能 とな る。 この 理 由 に よ り,本 方 式 は平 行 移 動 や 画 像 の 一 部 切 り出 しに対 す る耐 性 を持 つ 。 検 出 は相 関 検 出器 に よ る。35∼50 bit/sの 埋 め込 み が 可 能 。 (2)  周 波 数 領 域 で の 埋 め 込 み   動 画 像 な らで は の 周 波 数 領 域 の 電 子 透 か し方式 と して,三 次 元 周 波 数 変 換 を 用 い た 方 式 を紹 介 す る。   Deguillaumeら11)は,原

画 像 に対 して 三 次 元DFTを

行 い,透 か し信 号 を

埋 め 込 む方 式 を提 案 し て い る。 三 次 元DFTを

行 う領 域 は,空 間 的 に は全 画

面 領 域(CIF画

間 的 に は15フ

像 で あ れ ば352×288画

して い る。 そ し て,空

素),時

レ ー ム程 度 と

間周 波 数 的 に は視 覚 的 影 響 が 少 な く,か つ容 易 に は 削

図5.12  三 次 元 周波 数領 域 に お け る透 か し埋 め込 み領 域kx,kyは 周 波 数 の軸 であ る[文献11)よ

空 間 周 波 数,kzは

時間

り]

除 され な い 中 域 の 周 波 数 領 域 を選 ぶ。 また,時

間 周 波 数 的 に は低 域 は静 止 し

て い る要 素 を 示 し,高 域 は 動 い て い る要 素 を示 す こ とか ら,こ れ も中 域 の周 波 数 領 域 を埋 め 込 み対 象 とす る(図5.12参 数 を変 調 し たwatermarkを た め,そ

照)。 この 領 域 に対 し て,擬 似 乱

加 算 す る。 こ の と きDFT係

数 は複 素 数 で あ る

の 絶 対 値 を操 作 す る こ とに な る。 上 記 の操 作 を15フ

ー プ ご と に適 用 して ,同

レー ム の グル

じ透 か し を 動 画 像 シ ー ケ ン ス 全 体 に埋 め込 ん で お

く。   電 子 透 か しの検 出 は,元 の擬 似 乱 数 を 用 い た 相 関 検 出 に よ る。 この と き, フ ー リエ 変 換 の絶 対 値 に は シ フ ト不 変 性 が あ るた め に,任 意 の 連 続 した15 フ レ ー ム を用 い て三 次 元DFTを

行 う こ とで検 出 が 可 能 とな る。

  この 方 式 で は さ らに,幾 何 学 的 改 変 が 行 わ れ た 画 像 か ら電 子 透 か し を検 出 す る た め に,位 置 ず れ を補 正 す る た め の テ ンプ レー トを電 子 透 か し とは 独 立 に埋 め込 ん で い る。 テ ンプ レ ー トは,あ

る決 ま ったDFT係

数 の セ ッ トで あ

り,こ の絶 対 値 を増 大 させ て埋 め込 み を行 っ て い る。 補 正 に 当 た っ て は,検 出 対 象 の 画像 に対 してDFTを

適 用 し,大 き な絶 対 値 を 持 つ係 数 の 周 波 数 軸

上 の 座 標 位 置 を取 得 す る。 そ して座 標 系 をlogあ

る い は極 座 標 系 に 変 換 し,

回 転 や ス ケ ー リン グ を検 出 す る。 時 間 方 向 の ス ケ ー リン グ とは,フ ー トの 変 換 を 意 味 す る。

レーム レ

5.4 

透 か し 攻 撃 ツ ー ルStirmarkの

  本 章 で は,電

動 画 像 適 用 に 関 し て

子 透 か し を 攻 撃 す る た め の 代 表 的 な ツ ー ル で あ るStirmark

12)を 動 画 像 に 適 用 す る 際 の 留 意 点 を 挙 げ る 画 像 用 の 攻 撃 ツ ー ル で あ る た め,動 にStirmarkで

。Stirmarkは

元 来 が静止

画 像 に 適 用 す る に は,画

像 フ レー ム ご と

個 別 に 処 理 を す る 必 要 が あ る 。 こ の と き,時

間 方 向 の相 関 性

を 考慮 して い な い こ とに起 因 す る 問題 が い くつか 生 じ る。 5.4.1 

Shaking

  こ れ は よ く知 ら れ て い る 問 題 で,Stirmarkの て い る も の で あ る 。Stirmarkを 次 適 用 し た と き,動 Stirmarkで

は,静

ホ ー ム ペ ー ジ に も記 載 さ れ

単 純 に動 画 像 シ ー ケ ン ス の 各 フ レ ー ム に順

画 像 と し て み る と画 面 全 体 が 震 え る よ う に 感 じ ら れ る 。 止 画 像 で は 感 知 で き な い 程 度 の 歪 み を 与 え て い る が,こ

の 歪 み の 逆 処 理 を 困 難 に す る 目 的 で,乱

数 を 用 い てStirmarkの

適 用 ご とに

歪 み 方 を 変 化 さ せ て い る 。 こ の 歪 み を 動 画 像 と し て 見 る と,画 と に オ ブ ジ ェ ク トの 輪 郭 や 位 置 が 変 化 す る た め に,手 画 像 の よ う な 印 象 を 与 え,非   そ こ で,Stirmarkで

像 フ レー ム ご

ブ レ を起 こ した カ メ ラ

常 に 見 づ ら い 動 画 像 と な る。

は 上 記 の 乱 数 を 固 定 化 し,全

画 像 フ レー ム に 同 じ歪

み を 与 え る た め の オ プ シ ョ ン が 用 意 さ れ て い る 。Stirmark3.1の Usage:stirmark[options][＜input で あ る 。 こ こ で,input fileは

file＞[＜output

攻 撃 対 象 の1フ

で 保 存 し た フ ァ イ ル,output fileは

利用法 は file＞]]

レ ー ム 分 の 画 像 をPPM形

攻 撃 後 の 画 像 をPPM形

式

式 で 出力 す る際

の フ ァ イ ル 名 で あ る 。 ま ず, command＞stirmark-PS+parmeter.dat＜input と し て,最

初 の 画 像 に 対 し てStirmarkを

の パ ラ メ ー タ をparameter.datに

file＞ ＜output 適 用 す る と 同 時 に,上

の 画 像 に 対 し て,同

file＞ ＜output

じ パ ラ メ ー タ でStirmarkを

の フ レ ー ム に つ い て も す べ て-PL+parameter.datオ と で,固

記 の乱 数等

保 存 す る 。 次 に,

command＞stirmark-PL+parameter.dat＜input と し て,次

file＞

定 パ ラ メ ー タ に よ るStirmark攻

file＞

適 用 す る。 後 続 プ シ ョ ン を付 け る こ

撃 が 適 用 され る。

5.4.2  Judder   Sakazawaら13)は,イ

ン タ レー ス 画 像 へ のStirmark適

用 時 に,平 行 移 動

す る垂 直 線 の 動 きが 不 連 続 とな る現 象 が発 生 す る こ と を指 摘 して い る。 これ は,フ

レー ム 画 像 に幾 何 学 攻 撃 を適 用 す る と,画 素 の 所 属 す る フ ィー ル ド画

像 が 変 化 し,イ

ンタ レー ス モ ニ タ で 表 示 す る際 に表 示 順 序 が 狂 うた め,水 平

方 向 の移 動 が 行 きつ 戻 りつ す る こ とが 原 因 で あ る 。 図5.13に

て 説 明 す る。

  イ ンタ レー ス の フ レー ム画 像 で は各 フ ィー ル ドの走 査 線 を交 互 に 入 れ 子 状 に統 合 して 画 像 を構 成 し て い る。 水 平 移 動 す る 垂 直 線 は,実 際 に は 図5.13 の 左 側 の 図 の よ う に一 直 線 で は な く,フ ィー ル ド間 隔 の1/60秒 移 動 す る こ と を反 映 し て,第k+1フ る。 と こ ろが,こ とす る と,第kフ ま い,先

に"×"の

の 間に水平

ィ ー ル ドの 点 は 少 し右 方 に ず れ て い

の フ レ ー ム 画像 に対 して,1ラ ィー ル ドの 点 と第k+1フ 点 が 表 示 され,つ

イ ン上 方 に全 体 が 移 動 し た

ィ ー ル ドの 点 が 入 れ 替 わ っ て し

い で"○"の

点 が 表 示 され る こ とに な

り,ス ム ー ズ な水 平 移 動 で は な くな る 。   解 決 方 法 はStirmark攻

撃 を適 用 す る対 象 を フ ィ ー ル ド画 像 にす る こ とで

あ る。

図5.13 

Judder現

象 の 原因

5.4.3 

Heat

devil

  これ もSakazawaら13)に

よ り指 摘 さ れ た 現 象 で あ る。 水 平 移 動 す る水 平

線 が 陽 炎 の よ う に波 打 つ 形 で 観 測 さ れ る。 これ は,Stirmarkの で適 用 され るrオ プ シ ョ ン に よ っ て,水 平 線 と垂 直 線 が20画

デ フォル ト 素 周期 で正 弦

波 に よ りず ら され て い る こ とが 原 因 で あ る。 そ の様 子 を強 調 して 表 示 した の が 図5.14で

あ る。

  水 平 移 動 す る水 平 線,あ が1画

る い は垂 直 移 動 す る垂 直 線 を,20画

素 長 の線 分

素/フ レ ー ム速 度 で 移 動 す るの を モ デ ル 化 す る と,1.5Hzの

下 動 す る こ と に な る。 これ が,特

周期 で上

に視 覚 的 に感 知 しや す い 周 波 数 で あ る た

め,主 観 的 に 劣化 を もた らす こ とに な る(図5.15)。   この 解 決 方 法 と し て は,-rオ

プ シ ョ ン を使 わ な い か,あ

る い はrオ プ シ

ョ ン に よ る正 弦 波 周 期 の 長 周 期 化 が 有 効 で あ る。 後 者 に つ い て は,20画

素

周 期 を100画 素 周 期 に変 更 す る こ とで 主 観 的 劣 化 は抑 制 さ れ る こ とが 報 告 さ れ て い る。 た だ し,そ の た め に はStirmarkの

図5.14 

Stirmark‐rオ

ソ ー ス コ ー ド(Webぺ

プ シ ョ ン を格 子 模 様 に 適 用 し た 結 果

ー ジで

図5.15  波 打 つ水 平 線 分 の モ デル

公 開 さ れ て い る)を 改 修 す る 必 要 が あ る 。

5.5 

む

す

び

  動 画 像 電 子 透 か し も 実 用 化 段 階 に 入 りつ つ あ る 。 そ の た め,シ 電 子 透 か し の 実 装 を進 め る 開 発 者 の た め に,単

ステムへの

に 攻 撃 耐 性 だ け で な く,埋

め

込 め る 情 報 量 や 画 質 へ の 影 響 も加 味 し た 総 合 的 な 評 価 尺 度 が 必 要 と な ろ う 。 ま た,電

子 透 か し 方 式 も暗 号 方 式 と 同 様 に,ア

に 耐 え ら れ る 方 式 を 目 指 し て,で

ル ゴ リズ ム を公 開 して も攻 撃

き るだ け オ ー プ ン な場 で 議 論 が 進 め られ る

べ き と考 え る 。 そ れ が 新 た な 攻 撃 方 法 を 生 み,そ

して そ れ に耐 え られ る新 し

い 方 式 の 開 発 に つ な が る と期 待 さ れ る か ら で あ る 。

参 考文献 1) 松 井 甲子雄:「 電 子 透 か しの基礎 」 森 北 出版(1998). 2) F.Hartung

and M.Kutter,"Multimedia

of the IEEE,Vol.87,No.7(July 3) 藤 原:「 ポ イ ン ト図 解 式 最 新MPEG教 4) 大 久 保,川

島:「 要 点 チ ェ ッ ク式

(2001).(標 準 その もの は,ISO/IEC (MPEG‐2

Video),ISO/IEC

5) F.Jordan,M.Kutter,and

Watermarking

Techniques",Proceedings

1999). 科書 」 ア ス キ ー(1994). H.323/MPEG‐4教

科 書 」,IEイ

11172‐2(MPEG‐1

14496‐2(MPEG‐4 T.Ebrahimi,"Proposal

ンス テ ィテ ユー ト

Video),ISO/IEC

Visual)を

13818‐2

参 照)

of a watermarking

technique for

hiding/retrieving JTC1/SC

data

in MPEG

and

J.P.M.G.Linnartz,"MPEG

6)  J.Talstra embedded

copyright

ESORICS

98,5th

and

in

European

and

PTY‐Marks:Cheap

DVD

video",Proceedings

Symposium

on

B.Girod,"Digital

Video",Signal Control

for

Multimedia

of Issue

on

18th

Security,pp.

on

Uncompressed

and

Copyright

Compressed

Protection

and

Labelling

Symposium

on

Methods

Information

for

Theory

in

1997). Watermarking Stream",IEICE

Method

Trans.Vol.E

85‐A

Retrievable

No.11,pp.2538‐2543

2002).

10)  T.Kalker,G.Depovere,J.Haitsma System

for

watermarking

and

Broadcast of

multimedia

watermarking",IS&T/SPIE Watermarking

of

Multimedia

Video

Ruanaidh,and

12)  F.A.P.Petitcolas,"Watermarking

T.Pun,"Robust

3D

1999). dit video

99,Session:Security

Jose,CA,USA(January

schemes

and

Jose(January

Imaging

Contents,San

Watermarking

IS&T/SPIE/,security

contents(EI25),vol.3657,San

Electronic of

M.Maes,"A

Monitoring",proceedings

11)  F.Deguillaume,G.Csurka,J.J.K.'O

Signal

of

Security

Computer

J.Biemond,"Real‐time

Compressed

(November

Computer

Services),Vol.66,No.3,pp.283‐301(1998).

9)  S.Sakazawa,Y.Takishima,M.Wada,"A MPEG

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Watermarking

Video",Proceedings

Benelux,pp.25‐32(May

from

Doc.

detection of

Research

Processing(Special

8)  G.Langelaar,R.Lagendijk,and

t he

video",ISO/IEC

1997).

1998).

7)  F.Hartung

Compressed

decompressed

97/M2281(July

data

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Access

compressed

29/QWG11

evaluation",IEEE

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and 1999).

Transactions

on

2000).

(http://www.cl.cam.ac.uk/∼fapp2/watermarking/stirmark31/index.html) 13)  酒 澤,滝

嶋,和

響",第1回 180(September

田,羽

鳥:"電

子 透 か し 攻 撃 ツ ー ルStirMarkの

情 報 科 学 技 術 フ ォ ー ラ ム(FIT 2002).

2002),情

動 画 像 品 質 に 及 ぼ す 影

報 技 術 レ タ ー ズVol.1,pp.179‐

第6章 3次 元形状 モデル に対する透 か し

山梨大学医学工学総合研究部

6.1 

は

じ め

大 渕竜太郎

に

 世 界 に 何 千 万 台 も存 在 す るゲ ー ム コ ン ソー ル の 多 くで は,3次 (多 角 形)の 集 合 で 登 場 人 物(怪 物)や 背 景 を 表 現 した,い ム が,一

元 ポ リゴン

わ ゆ る ポ リゴ ンゲ ー

人 あ た り1日 何 時 間 も遊 ばれ て い る。 携 帯 電 話 に よっ て は3次 元 ポ

リ ゴ ン の レ ン ダ リ ン グ機 能 を ソ フ トウ ェ ア で 実 装 し,イ ン タ ー ネ ッ ト経 由で 移 動 して きた3次

元 キ ャ ラ ク タが 動 く。 さ らに,3次

元 ポ リゴ ン表 示 の 高 速

化 の 為 の ハ ー ドウ エ ア ・ア ク セ ラ レー タ を備 えた 携 帯 電 話 す らあ る。  3次 元 形 状 モ デ ル は企 業 の形 状CADシ

ス テ ム か ら家 庭 に広 が り,さ ら に

ポ ケ ッ トの 中 に ま で 浸 透 して きた 。 これ だ け普 及 した3次 元 グ ラ フ ィ クス で 使 わ れ る3次 元 形 状 モ デ ル の 形 状,形 状 に付 随 す る色 や 模 様 な どの 属 性,さ らに はモ デ ル の 動 きや 変 形 に知 的 所 有 権 を見 出 し,こ れ を保 護 ・管理 し よ う とす る の は 自然 な 流 れ で あ る。  知 的 所 有 権 を保 護 す る た め に 用 い られ る技 術 の 一 つ に 電 子 透 か しが あ る。 電 子 透 か し は,watermark(透

か し)と 呼 ば れ る何 ら か の 構 造 体 を コ ン テ ン

ツ に 付 加 す る技 術 で あ る。 透 か し を コ ン テ ン ツ に追 加 す る こ と を埋 め込 み (embedding)と

呼 び,ま た 埋 め 込 まれ た 情 報 を 目的 に応 じて 取 り出 す こ と を

取 り出 し(extraction)と 呼 ぶ 。 本 章 で は,電 子 透 か しの 定 義 を広 く解 釈 し, 「コ ン テ ン ツ デ ー タ本 来 の 目的 を(可 能 な 限 り)阻 害 せ ず,か

つ コンテン ツデ

ー タ か ら(可 能 な 限 り)分 離 で きな い よ うに情 報 を埋 め込 む 技 術 」 で あ る とす る。 埋 め込 まれ た 透 か し は,知 的 所 有 権 の 管 理 保 護,改

ざん の検 出,デ ー タ

の 再 生 管 理,正 規 の購 入 者 の認 証,あ

る い は説 明 の 付 加 な どの 目的 で 用 い る

こ とが で き る と期 待 さ れ て い る。   本 章 で は3次 元 形 状 モ デ ル を対 象 と し,3次

元 形 状 モ デ ル た る所 以 で あ る

3次 元 の 形 状 そ の もの を対 象 に埋 め込 む 電 子 透 か しの 技 術 に つ い て 解 説 す る。3次 元 形 状 の表 現 方 法 に は 多 種 あ る が,本 章 で は,現 在 ネ ッ ト流 通 の 主 流 とな っ て い る ポ リゴ ン メ ッ シ ュ(多 角 形 メ ッ シ ュ,後 述)に 基 づ く形 状 表 現 に対 す る透 か しを 主 に 扱 い,機 械CADな

どで 用 い られ る パ ラ メ ト リ ッ ク 曲

面 で表 現 され た 形 状 を対 象 と した 透 か しに つ い て も簡 単 に触 れ る。 また,ポ リゴ ンメ ッ シ ュの 光 学 属 性(色 や 光 の 反射 特 性 な ど)や 形 状 や物 体 の位 置 ・向 き な どの 時 間 変 化 を対 象 と した電 子 透 か しの技 術 に つ い て も触 れ る。

6.2 

3次

元形状 モデル と透か し

  3次 元 形 状 モ デ ル に は,イ

ン タ ー ネ ッ トに存 在 す るWeb3Dモ

械 部 品 設 計 図面 と して の3次 元 形 状CADデ

ー タ,な

デ ル,機

ど多 くの種 類 が 存 在 す

る 。 これ ら3次 元 モ デ ル は,以 下 の よ う な要 素 の一 部 を組 み 合 わ せ て 構 成 さ れ る。(3次 元 形 状 モ デ リ ン グ の 詳 細 に つ い て は,例

え ば34),19),7),3)

等 を参 照 し て い た だ きた い。) (1)  物 体 の 形 状   3次 元 モ デ ル の 形 状 は,ポ

リ ゴ ン メ ッ シ ュ(後 述),ボ

ク セ ル(voxel),あ

る い は パ ラ メ トリ ック 曲 面 な ど,形 状 を定 義 す る幾 何 要素 と,こ れ ら幾何 要 素 の 接 続 関 係 を表 す 位 相 情 報 の組 み 合 わ せ で 表 現 され る。 例 えば 人 の モ デ ル が 頭,胴 体,手,足

な どの 部 品 の組 み 合 わせ で作 られ る な ど,一 つ の形 状 が

複 数 の 物 体 か ら構 成 さ れ る場 合 も多 い 。 あ る一 つ の 形 状 定 義 が コ ピー と相 似 変 換 をへ て複 数個 実 体 化 され る こ と もあ る。 例 え ば,木 一 つ の モ デ ル の大 き さ や縦 横 比 を変 えな が ら多 数 を配 置 し,森 を作 る よ う な場 合 で あ る。 (2)  物 体 の 属 性   あ る物 体 を レ ンダ リン グ す る場 合 に必 要 な,頂 点 や 面 ご との色 や 法 線 ベ ク トル,面

に貼 る テ ク ス チ ャ画 像,な

どを 示 す 。(こ こで,レ

ンダ リン グ と は,

物 体 の3次 元 的 定 義 と そ の光 学 的 属 性 に基 づ き,そ の 空 間 に配 置 され た 光 源

や カ メ ラ の 情 報 も使 用 して物 体 の2次 元 の 画 像 を作 画 す る こ とで あ る。)機械 部 品 の 形 状 モ デ ル の 場 合 な ら,物 体 の材 質 や,強 度 等 の シ ミュ レ ー シ ョン の 為 の 弾 性 や 剛 性 な どの 物 理 特 性 も考 え られ る。 また,物 体 や そ の一 部 分 に関 連 付 け られ た ハ イ パ ー リ ン ク,音 デ ー タ,物 体 の振 る舞 い を記 述 す る プ ロ グ ラ ム 等 も含 ま れ る。 (3)  モ デ ル 全 体 の 属 性   モ デ ル(光 源 や カ メ ラ を含 め た 場 合 は シ ー ン と呼 ぶ 事 も多 い)全 体 に付 随 す る属 性,例

え ば,あ

る3次 元 モ デ ル を レ ン ダ リン グ す る際 に必 要 な カ メ ラパ

ラ メ タ(カ メ ラ の位 置 ・向 き ・視 野 角,等)あ 配 向 特 性,そ

る い は光 源 の 色 ・位 置 ・向 き ・

の 他 を指 す 。

(4)  時 間 変 化   上 記 三 つ の 要 素 そ れ ぞ れ の 時 間 変 化 を考 え る こ と が で き る。 例 え ば, Web3DやMPEG‐4SNHCな

どで は,物 体 を 表 現 す る ポ リ ゴ ン メ ッ シ ュ

の 頂 点 座 標 値 を時 間変 化 させ て物 体 を変 形(い わ ゆ る形 状 モ ー フ ィ ング)し た り,物 体 を時 間 に沿 っ て 剛 体 変 換 した りす る機 能 が あ る。 また,色,テ チ ャ座 標,テ

クス

ク ス チ ャ画 像 な どの 物 体 の見 か け を決 め る属 性 や カ メ ラ パ ラメ

タ の時 間 変 化(カ メ ラが パ ン ・ズ ー ム しつ つ 動 画 を作 画 す る等)の 仕 組 み も用 意 さ れ て い る。

  以 上 か らわ か る よ う に,あ

る3次 元 形 状 モ デ ル は一 般 に そ れ 自身 が 複 数 の

型 の メ デ ィア デ ー タ か ら構 成 され た マ ル チ メ デ ィア デ ー タ で,構 成 要 素 の メ デ ィア デ ー タオ ブ ジ ェ ク トそ れ ぞ れ が 透 か しの 対 象 で あ る。   これ ら デ ー タ オ ブ ジ ェ ク トの 中 で 電 子 透 か し の対 象 と して 最 も重 要 な の は,3次

元 形 状 モ デ ル に 本 質 的 か つ必 要 不 可 欠 な3次 元 形 状 そ の もの で あ

る。   3次 元 形 状 モ デ ル に 含 ま れ る そ の他 の デ ー タ 型,例 と して の2次 元 静 止 画 像 お よ び2次 元 動 画 像,プ

え ば,音,テ

クスチ ャ

ロ グ ラ ム テ キ ス ト,等 を対

象 とす る電 子 透 か し は手 法 につ い て は 本 章 で は触 れ な い 。 こ れ ら は それ ぞ れ の デ ー タ型 ご とに 活 発 に研 究 さ れ て お り,本 書 の他 の 章 や35),6)な 籍 に も述 べ られ て い る。

ど の書

  本 章 で は,以 下,現 在 最 も普 及 した 形 状 表 現 で あ る,ポ

リゴ ン メ ッ シ ュ で

定 義 さ れ た 形 状 モ デ ル を対 象 と した 透 か しを 中 心 に解 説 す る。 また,パ

ラメ

ト リ ック 曲 面 の 形 状 や,時 間 変 化 す る座 標 値 列 な ど を対 象 とす る透 か し に つ い て も少 々 触 れ る。

6.3 

メ ッシ ュ形 状 に 埋 め 込 む 透 か し

  3次 元 形 状 を 対 象 とす る既 発 表 の透 か し手 法 は,そ の ほ とん どが ポ リ ゴ ン メ ッ シ ュ を対 象 とす る。 ポ リゴ ン メ ッ シ ュが 広 く普 及 し て い る こ とが その 第 一 の 原 因 で あ る。 6.3.1 

メ ッ シ ュ によ る形 状 表 現

  3次 元 の見 か け を持 つ 形 状 表 現 に は,大 体)と サ ー フ ェ ス モ デ ル の2つ 義 し,3次

き く分 け て,ソ

リ ッ ドモ デ ル(立

が あ る。 ソ リ ッ ドモ デ ル は(3次 元)体 積 を 定

元 の 内 外 判 定 が で き る。 サ ー フ ェ ス モ デ ル は3次 元 空 間 に埋 め 込

まれ た2次 元 多 様 体 曲面 を 用 い て3次 元 的 見 か け を表 現 す るが,い 開 い た 「皮 」 だ け で,体 積 は定 義 し な い 。(こ こで は,3次

わば穴の

元 の体積 が定 義

さ れ る ボ ク セ ル や 陰 関 数 の等 値 面 に よる形 状 表 現 も ソ リ ッ ド と考 え る 。)ソリ ッ ドの 境 界 や サ ー フ ェ ス モ デ ル の 「皮 」 は一 般 に は曲 面 で 表 現 さ れ る 。 この 曲面 は,有 理 多 項 式 曲面 の面 分 あ る い は 平 ら な面 分 の 集 ま りな どで近 似 す る こ とが で き る。 平 ら な面 分 に よ る近 似 が ポ リゴ ン メ ッ シ ュ で あ る。 これ は, 1次 元 の 関 数 の場 合 な ら,区 分 線 形 近 似 に相 当 す る。 ポ リ ゴ ン メ ッ シ ュ の 頂 点 は 曲 面 形 状 の サ ン プル 点,頂

点 座 標 は そ の サ ン プ ル 値,ま た,頂

点の接続

性 は サ ン プ ル点 間 の 接 続 性 と も考 え られ る。 ポ リゴ ン を3角 形 に 限 っ た3角 メ ッ シ ュ は,頂 点座 標 を双 線 形 補 間 して得 られ る3角 形 の 面 分 を接 続 性 で 関 連 づ けた もの で あ る。(3次 元 の 場 合,n＞3のn角 も作 れ るが,こ

形 の場 合 は平 面 で な い 面

こで は ポ リゴ ンメ ツ シ ュ の 面 分 は平 面 とす る。)

  3次 元 ポ リゴ ン メ ッ シ ュ を表 現 す る 方 法 に は 種 々考 え られ る。 例 え ば, (1)頂 点 の 座 標 値(そ れ ぞ れ3次

元)と,(2)頂

点 間 の 接 続 性(位 相 また は 隣

接 関 係 な ど と も呼 ばれ る)で 定 義 す る こ とが で き る。 別 法 と して,頂 点 の 順 序 対 で 面 分 を定 義 し,さ ら に面 分 間 の 隣 接 関 係 で メ ッ シ ュ を定 義 す る 方 法 も

(a) 8面 体 を稜 線 と頂 点 で 描画

(b) 左 の8面 体 を頂 点 リス トと 面 リス トで表 現

図6.1  ポ リゴ ンメ ッシ ュで8面 体 を表 現 した例

あ り得 る。 図6.1(a)は8面

体 の ポ リ ゴ ン メ ッ シ ュ の例 で,こ

の リス ト,頂 点 番 号 の順 序 対 で 定 義 した 面 の リス ト,の2つ を 図6.1(b)に

れ を頂 点 座 標 で 表 現 し た もの

示 す 。 面 分 間 の 接 続 性 は そ れ ぞ れ の 面 分 が 共 有 す る辺,ひ

い

て は各 辺 を構 成 す る2頂 点 の 共 有 関 係 か ら一 意 に 定 ま る。   各 面 分 の 法線 方 向 は頂 点 を た ど る順 序 で右 ね じ(ま た は左 ね じ)の 進 む 方 向 が 正 ま た は 負,つ

ま り面 分 の 表 また は裏,と

決 め る こ とが で き る。 面 分 の 法

線 の 向 き は 照 明 計 算 な ど で 重 要 で あ る。 図6.1の め る法 線n1の

例 で は,面f1の

向 き を定

正 の 向 き を,頂 点 をた ど る順(υ1,υ2,υ4)(図 で は矢 印 付 き点 線

で 示 す)で 右 ね じの 進 む方 向 に取 っ て い る。   デ ー タ と して の ポ リ ゴ ン メ ッ シ ュ に透 か し を入 れ る に は,そ の デ ー タ に対 し何 らか の 解 析 や処 理 を行 う こ とに な る。2次 元 画 像 に は フー リエ 変 換 や 畳 み 込 み 演 算 が あ り,2次 こ れ ら は,2次

元 信 号 の 解 析 や処 理 に大 き な役 割 を果 た して き た。

元 画 像 が2次 元 ユ ー ク リ ッ ド空 間(平 らな 面)上 に あ り,サ ン

プ ル(画 素)間 の 接 続 関 係 は 規 則 的 か つ 暗 黙 に指 定 され(あ る画 素 の 上 下 左 右 の 画 素 は暗 黙 に決 ま る),か

つ サ ン プ ル 間 隔 が 一 様(画 素 は 一 定 間 隔 で 並 ぶ)

だ か ら こ そ 実現 で きた 。3次 元 ポ リゴ ン メ ッシ ュ は3次 元 空 間 に埋 め 込 まれ た2‐ 多 様 体 曲面 上 で 定 義 され,そ

の 曲 面 は平 面 と 同相 か も知 れ な い し,ト

ー ラス あ る い は よ り複 雑 な 位 相 を持 つ 曲面 と同相 か もし れ な い 。 サ ンプ ル 間 の接 続 関 係 は不 規 則 で明 示 的 指 定 が 必 要 で,サ

ン プル 間 隔 は 非 一 様 で あ る。

従 っ て,フ

ー リ エ 変 換 等 を そ の ま ま3次

元 メ ッ シ ュ に適 用 す る こ とは で きな

い。

  最 近 に な っ て よ うや く,ポ リゴ ンメ ッ シ ュで 定 義 され た形 状 に対 す る解 析 や 処 理 の 技 術 が 現 れ て きた 。 いず れ も,複 雑 な 位 相 や 形 状 を持 つ2‐ 多様 体 曲面 をパ ラ メ タ化 し,何 らか の 局 所 座 標 を持 ち込 む こ とで局 所 的 に平 面 で あ る か の よ う に し て 処 理 を 行 う手 法 で あ る。TaubinのLaplacianフ タ30),Lounsberyら

のWavelet解

メ ッ シ ュ に適 用 し たGuskovら

析18),Burt‐Adelsonの の 手 法10),Karniら

析13)な どで あ る。Hoppeのprogressive

ィル

多重解像度 解析 を

の メ ッ シ ュス ペ ク トル 解

meshes(漸

近 メ ッシ ュ)12)も,形 状

に影 響 の 少 な い 辺(ひ い て は 頂 点)か ら漸 近 的 に 除 去 し て ゆ く過 程 を一 種 の 「周 波 数 」 解 析 と見 る こ と もで き る。 後 述 の よ うに,こ

れ ら の周 波 数 解 析 手

法 は た だ ち に メ ッ シ ュ形 状 の透 か し に応 用 され た 。 6.3.2 

メ ッ シ ュ 形 状 に 埋 め 込 む 透 か しの 要 件

  3次 元 メ ッ シ ュ の 透 か しの 要 件 に は,予 期 さ れ る 攻 撃 や 不 可 知 性 の 定 義 等,2次

元 画 像 の場 合 の それ ら と異 な る部 分 が あ る。

(1)  不 可 知 性   電 子 透 か し は使 用 目的 を阻 害 しな い とい う意 味 で 不 可 知 で あ る こ とを 要 求 され る。 ポ リゴ ン メ ッ シ ュ で定 義 され た モ デル の使 い途 の ほ とん どは,人 が そ の モ デ ル を眺 め る こ とで あ る。 した が っ て,透 か しを 入 れ る こ とに よ っ て モ デ ル が 少 々 変 形 した(歪 ん だ)と して も,そ れ が人 に気 づ か れ な けれ ば よ い 場 合 が 多 い。   3次 元 モ デ ル が2次 元 画 像 と異 な る の は,3次

元 モ デ ル を2次 元 画 像 に変

換(レ ン ダ リン グ)す る過程 に多 くのパ ラ メ タが 介 在 し,そ れ らが 不 可 知 性 に 影 響 す る こ とで あ る。 従 って,例 幾 何 変 換,物 体 の 色 変 更,光

え ば,モ デ ル に対 す る ズ ー ム や 回転 な どの

源 の位 置 や 強度 の 変 更,照

明 モ デ ル の 変 更,そ

の 他 を加 え られ る こ と を仮 定 し て,不 可 知 性 を議 論 し ま た評 価 す る必 要 が あ る。 (2)  脆 弱/頑 強 性   透 か しの 多 くはrobust

watermark(頑

強 な透 か し)に 分 類 され,著 作 権 の

主 張 な ど に使 うた め,攻 撃 に耐 えて 残 る こ とが 求 め られ る。fragile

watermark

(脆弱 な透 か し)は,攻 撃 に よ り積 極 的 に壊 れ る こ とで改 ざ ん の検 出 等 を 行 うた め の 透 か しで あ る。3次 元 形 状 を対 象 と した 脆 弱 な 透 か し の 手 法 は,筆 者 の 知 る限 り,Yeoら

の 研 究32)だ けで あ る。

  い か に脆 弱 な透 か し とい っ て も,形 状 モ デ ル を相 似 変 換 した だ けで 改 ざ ん と認 め られ た の で は 困 る。 した が っ て,脆 撃,例

弱 な透 か し も,形 状 を変 え な い 攻

え ば,相 似 変 換 や 一 部 の フ ォ ー マ ッ ト変 換 な どに は耐 え る必 要 が あ る

だ ろ う。 用 途 に よ って は,軽 度 の メ ッシ ュ簡 単 化 や再 メ ッ シ ュ化 等 に も耐 え る必 要 が あ る か も しれ な い。 (3)  耐 攻 撃 性   透 か し に対 して 加 え られ る攻 撃 に は意 図 的 な もの とそ うで な い もの とが あ り,ま た 攻 撃 の 手 法 は形 状 表現 手 法 に よ り異 な る。 透 か しを入 れ る側 が 仮 定 (期 待)す る の は 「攻 撃 す る側 も,あ

る程 度 は モ デ ル の 形 状 を保 存 す る」 こ と

で あ る。 つ ま り,攻 撃 に よ り形 状 の 品 質 や 価 値 が 著 し く低 下 しな い程 度 の攻 撃 をす る は ず で あ る,と い う仮 定 で あ る。   3次 元 ポ リゴ ン メ ッシ ュ に対 し て加 え られ る攻 撃 に は,例

え ば以 下 の よ う

な もの が 考 え られ る。   (a)  全 体 に対 す る幾 何 変 換:剛

体 変 換,相

似 変 換,ア

フ ィ ン変 換,等

。

  (b)  局 所 的 変 形 や 形 状 モ ー フ ィ ン グ:空 間 的 に非 一 様 な形 状 変 形 。   (c)  各 種 の フ ィル タ リ ン グ:形 状 の ス ム ー シ ン グ(ロ ー パ ス フ ィ ル タ リ ン グ に相 当)な ど。   (d)  頂 点 へ の ノ イ ズ 重 畳:頂

点 座 標 に対 し,ラ ン ダ ム ノ イ ズ な ど の 重

畳。   (e)  メ ッ シ ュ簡 単 化 や再 メ ッ シ ュ 化:形 状 をで き る だ け保 ち つ つ ポ リゴ ン数 を減 らす メ ッ シ ュ簡 単 化 や,同

じ く形 状 を で き るだ け保 ち つ つ

サ ンプ ル 点(頂 点)を 取 り直 し,従 っ て 頂 点 接 続 性 も変 わ る再 メ ッ シ ュ化 。   (f)  部 分 切 り取 り:動 物 モ デ ル の 頭 部 だ け切 り取 り再 利 用 す る場 合 な ど。   (g) 

フ ァ イル 表 現 変 換:頂

点 の 出 現 順 序 を 変 更 す る,メ

ッ シ ュ を独 立3

角 形 の集 合 に分 解 す る,頂 点 座 標 値 の 有 効 桁 数 を変 更 す る 等 。

  全 体 に対 す る幾 何 変 換 や,あ

る程 度 の メ ッ シ ュ簡 単 化 な ど は,ポ

リゴンメ

ッシ ュ か ら な る形 状 モ デ ル の 日常 的 な使 用 の過 程 で,攻 撃 の 意 図 な し に加 え られ る こ との 多 い処 理 で あ る。 メ ッ シ ュ簡 単 化 は,圧 縮 に よ る イ ン タ ー ネ ッ ト上 の通 信 の 効 率 化 や 表 示 の 高速 化 を 目指 して普 及 し つ つ あ る。 メ ッ シ ュ簡 単 化 や 再 メ ッ シ ュ化 は,い ず れ も,頂 点 接 続 性 を変 更 し,か つ,形 状 の再 サ ン プル 化 や量 子 化 に よ る形 状 歪 が加 わ る。   3次 元 ポ リ ゴ ン メ ッ シ ュ の 形 状 圧 縮 は メ ッ シ ュ簡 単 化,頂

点 座標 の量子

化,法 線 ベ ク トル の量 子 化,頂 点(面)接 続 性 の圧 縮 符 号 化,等 で,種 々 の手 法 が 提 案 され て い る。 しか し2次 元 画 像 のJPEGに

の 組 み合 わせ 相 当 す る,

透 か し手 法 の 設 計 や 評 価 に役 立 つ よ う な事 実 的 標 準 が 存 在 しな い(MPEG‐4 に ポ リゴ ン圧 縮 の 標 準 が 定 義 され て い るが 普 及 して い な い)。   フ ァイ ル 形 式 を変 換 す る と,フ 位 相 の 表 現 方 法(例 え ば,メ 接 関 係 で 表 現 す るか,等)が

ァイ ル 中 の 頂 点 の番 号 付 け が 変 わ った り,

ッ シ ュ を面 の 隣 接 関 係 で 表 現 す るか,頂

点の隣

変 わ った りす る。

(4)  透 か し容 量   埋 め込 み 対 象 と な る コ ンテ ン ツ の一 定 量 の デ ー タ あ た り どの程 度 の 情 報 を 透 か し と して 埋 め 込 め る か をペ イ ロ ー ド,ま た は透 か し容 量 と呼 ぶ 。 ポ リゴ ン メ ッシ ュの 形 状 に埋 め込 む 透 か しの場 合 な ら ば,頂 点 の 数 や 面 の 数 が コ ン テ ン ツ の デ ー タ量 の 単 位 とな るだ ろ う。 透 か しの 使 い道 に よ っ て 要求 され る ペ イ ロ ー ドが 変 わ る。 ま た,あ

る コ ン テ ン ツ に対 し て大 きい ペ イ ロ ー ドを要

求 す る ほ ど透 か しの 攻 撃 耐 性 が 低 下 す る こ とが 多 い 。 6.3.3  メ ッ シ ュ モ デ ル の 形 状 に 埋 め 込 む 透 か し   3次 元 ポ リ ゴ ン メ ッ シ ュの 形 状 に透 か し を埋 め 込 む 為 に変 更 で き る の は, ① 頂 点 座 標 値,②

頂 点 や 面 な どの 接 続 性,の

い ず れ か で あ る。 しか し,こ れ

ら を単 純 に変 更 した だ けで は求 め られ る攻 撃 耐 性 が 得 られ な い。 前 節 で述 べ た よ う な攻 撃 に耐 え る透 か しを 実 現 す る に は工 夫 をす る必 要 が あ る。   ポ リゴ ンメ ッ シ ュ の 形 状 を対 象 とす る電 子 透 か し とし て最 初 に発 表 さ れ た の が,大

渕,増

田,青

野 らが 発 表 し た一 群 の 透 か しア ル ゴ リズ ム で あ

る20)-22)。 彼 ら は頂 点 接 続 性 を変 更 す る透 か し と,頂 点 座 標 値 を 変 更 す る 透 か しの 両 方,そ

れ ぞ れ 数個 ず つ提 案 した 。

  頂 点 座 標 値 を変 更 す る2つ の 透 か し手 法 は い ず れ も,3次

元形 状 モデル に

対 し て 日常 的 に加 え られ る大 域 的 な幾 何 変 換 に対 す る耐 性 を重 視 し てい る。 頂 点 座 標 値 を単 純 に変 更 して 透 か し埋 め込 む と,日 常 的 に加 え られ る相 似 変 換 な どの 幾 何 変 換 で 座 標 値 が 変 わ り,透 か しが 壊 れ る。 そ こで,大 渕 らの手 法 で は,頂 点 座 標 値 を組 み 合 わ せ て相 似 変 換 や ア フ ィ ン変 換 に 不 変 な量 を定 義 し,こ れ を透 か し情 報 で 変 更 し,変 更 結 果 を座 標 値 に反 映 させ て 透 か しを 埋 め込 ん だ 。 相 似 変 換 に 不 変 な量 と して は メ ッシ ュの 三 角 形 の 底 辺 と高 さの 比 な ど を 用 い,ま

た ア フ ィ ン変 換 に 不 変 な量 と し て は メ ッ シ ュ を構 成 す る

個 々 の三 角 形 と メ ッ シ ュ全 体 の重 心 の 間 で 作 られ る4面 体 の体 積 の 比 を 用 い た 。 また,メ

ッ シ ュ の全 体 に反 復 して情 報 を埋 め 込 む こ とで,メ

ッ シュ の部

分 切 り取 りに 耐 え る よ う な埋 め込 み を行 っ た。 頂 点 座 標 を対 象 とす る大 渕 ら の透 か し は,頂 点 座 標 へ の ラ ンダ ム ノ イ ズ の重 畳 や 頂 点 接 続 性 の変 更 で破 壊 さ れ る。 大 渕 らが 提 案 した も う一 つ の 手 法 で あ る接 続 性 の 変 更 に よ る透 か し は,メ

ッ シ ュの 切 りな お し等 で透 か し を埋 め込 む 。 こち ら は任 意 の 幾何 変 換

に耐 え るが,再

メ ッ シ ュ化 な どで 破壊 され る。

  大 渕 らか ら少 々 遅 れ て 金 井 ら に よ っ て 提 案 され た 手 法13)は,当 く可 能 に な っ た メ ッ シ ュのWavelet変

時 よ うや

換 に よ る メ ッ シ ュ形 状 の 多 重 解 像 度

解 析 技 術17)を い ち 早 く透 か し に 応 用 し た,先 進 的 手 法 で あ る。 金 井 らの 手 法 は,メ

ッ シ ュ をWavelet解

析 し,形 状 の 「低 周 波(寄 りの 中 間 周 波)」 成

分 を透 か し情 報 で変 更 して透 か し を埋 め込 む 。 本 手 法 で埋 め込 まれ た 透 か し は,形 状 の 高 周 波 成 分 を 中 心 に変 更 す る メ ッシ ュ の ス ム ー シ ン グ(ロ ー パ ス フ ィル タ に 相 当)や 頂 点 座 標 へ の ラ ンダ ム ノ イ ズ重 畳 に 一 定 の 耐 性 を示 す。 さ ら に,メ

ッシ ュの 部 分 切 り取 り,ア フ ィ ン変 換 に耐 性 が あ る。 また,透

しの 取 り出 し に 元 の 形 状 を 必 要 と し な い,uninformed 取 り出 し)も 可 能 で あ る。 しか し,Wavelet変

か

detection(無 情 報 の

換 を施 す た め に,メ

ッシュが

準 規 則 メ ッ シ ュ で あ る こ とが 要 求 さ れ る。 また,無 情 報 の取 り出 しや ア フ ィ ン変 換 へ の 耐 性 が 実 現 で きた の は,メ

ッ シ ュ接 続 性 の 変 更 を許 さ な か っ た か

ら と言 え る。   Benedensら

の 透 か し手 法1),2)はメ ッ シ ュ 全 体 の 法 線 ベ ク トル の 向 き を 変

更 して透 か し を埋 め込 む 。 す べ て の面 分 の 法 線 ベ ク トル を その 面 分 の面 積 で

ス ケー ル し,こ れ を単 位 球 の 原 点 が 始 点 とな る よ う平 行 移 動 す る。 こ う して 得 られ た拡 張 ガ ウス イ メ ー ジ を元 に,あ

る方 向 を 向 い た 多 数 の 法線 ベ ク トル

の 向 き を ま とめ て 操 作 して情 報 を埋 め 込 んだ 。 多 数 の 法 線 の方 向 を同 時 に変 更 し,あ る面 分 の 法 線 の寄 与 が そ の面 分 の 面 積 で重 み 付 け さ れ て い るた め, メ ッ シ ュ簡 単 化 や ノ イ ズ重 畳 に対 して 一 定 の 耐 性 を もつ 。 透 か しの 取 り出 し は 透 か し の 入 っ て い な い 元 の モ デ ル(参 照 モ デ ル)と の 比 較 が 必 要 な informed

detection(有 情 報 の 取 り出 し)で あ る。 た だ,Benedensら

の手法

の埋 め 込 み容 量 は比 較 的 低 い 。   法 線 ベ ク トル の 向 き に埋 め 込 む別 の 透 か し手 法 にWagnerの

手 法30)が あ

る。 こ ち ら は メ ッ シ ュ上 の小 さ な位 相 近 傍 で 変 更 を行 う。Wagnerの

方法で

埋 め 込 まれ た 透 か し は ア フ ィ ン変 換 に もあ る程 度 耐 え,無 情 報 の取 り出 しが 行 え るが,変 更 が局 所 的 な た め ラ ン ダ ム ノ イ ズ の 重 畳 に弱 く,ま た接 続 性 の 変 更 に よ っ て も透 か しが 破 壊 され る。   金 井 らが 初 め て 提 案 し た 形 状 の 周 波 数 領 域 で の 透 か し は,「 形 状 の 周 波 数 解 析 」 を用 いた 大 変 す ぐれ た ア イ デ ア に基 づ い て いた が,そ の 透 か しの 対 象 は準 規 則 メ ッ シ ュ に 限 られ て い た 。 そ の後,不

規 則 メ ッシ ュ を対 象 と して 一

種 の周 波 数 解 析 を実 現 す る手 法 が 見 つ か る に つ れ,「 周 波 数 」 領 域 で の 透 か し手 法 が い くつ か 提 案 され た29),33),26)。   これ らの手 法 は い ず れ も金 井 らの 基 本 ア イ デ ア に基 づ い て お り,形 状 に対 し 「周 波 数 」 解 析 を施 し,形 状 の 低 周 波 成 分 を対 象 に透 か し を埋 め込 む 。 ま た,再

メ ッ シ ュ化 や メ ッ シ ュ簡 単 化 を予 期 し,透 か し メ ッ シ ュ上 に参 照 メ ッ

シ ュ の頂 点接 続 性 を再 現 す る形 状 の再 サ ン プ リ ング を行 っ た後 に有 情 報 の取 り出 し を行 う。 また,形 状 全 体 に 分散 して 透 か し を埋 め込 む。   こ れ ら を組 み 合 わ せ た 結 果,29),33),26)の

手 法 で 埋 め 込 まれ た 透 か し

は,① 高 周 波 成 分 に対 す る影 響 の大 き い ラ ン ダ ム ノ イ ズや,ロ

ー パ ス フ ィル

タ リン グ に相 当 す る メ ッ シ ュの ス ム ー シ ン グ に対 して 一 定 の耐 性 を持 ち,② 普 及 し て き た メ ッ シ ュ簡 単 化 処 理 や再 メ ッ シ ュ化 な ど,頂 点 接 続 性 を変 更 す る処 理 に対 して一 定 の 耐 性 を持 ち,ま た,③ 切 り取 りに対 して も一 定 の耐 性 を持 つ 。   Praunら

の 手 法29)で は,あ

る メ ッ シ ュ を表 現 す る の に重 要 な 概 形 の 成 分

を検 出 す る た め,Hoppeが ッ シ ュ表 現 を も とに,メ

提 唱 した 漸 近 メ ッ シ ュ 表 現12)を 用 い た 。 漸 近 メ ッ シ ュの 概 形 に相 当 す る部 分 を空 間領 域 の カ ー ネル

で 変 形 さ せ 透 か しを 埋 め込 む。Yinら

も,メ ッ シ ュ形 状 を多 重 解 像 度 解 析 し

て そ の低 周 波 よ りの 中 間 周 波 成 分 に透 か しを埋 め込 ん だ33)。Yinら が 用 い た 周 波 数 解 析 手 法 は,Guskovら Adelsonの

が メ ッ シ ュ に対 し て 初 め て 適 用 し たBurt‐

多 重 解 像 度 解 析10)で あ る。 また,Karniら

が 提 案 した メ ッ シ ュ

の スペ ク トル解 析14)を 用 い て透 か し を埋 め 込 ん だ の がOhbuchiら

の 手 法25)

と その 改 良 版 の26)で あ る。 6.3.4  メ ッ シ ュ ス ペ ク ト ル 解 析 に よ る 透 か し   Ohbuchiら

の 透 か し手 法 は,メ

ッ シ ュの ス ペ ク トル 解 析 を 用 い て 形 状 の

周 波 数 解 析 を し,周 波 数 領 域 で 形 状 の 低 周 波 成 分 を 変形 し て透 か し を埋 め込 む(図6.2参

照)。 メ ッシ ュの スペ ク トル は,メ ッ シ ュ の 頂 点 接 続 性 の み か ら

定 義 され る ラ プ ラ シ ア ン行 列 を固 有 値 分 解 し,得

られ た 固 有 ベ ク トル に頂 点

座 標 を射 影 し て得 られ る。 小 さ い固 有 値 に対 応 す る係 数 は形 状 の低 周 波 成 分 を,大

き な固 有 値 に対 応 す る係 数 は形 状 の 高 周 波 成 分 に対 応 す る。 概 形,つ

ま り低 周 波 成 分 を 変 更 し て透 か し を埋 め込 め ば,高 周 波 成 分 の 多 い ラ ン ダム

図6.2  メ ッ シ ュのス ペ ク トル 分解 を用 い た透 か しの処 理 の 流 れ

ノ イ ズ や メ ッ シ ュの スム ー シ ン グ(ロ ー パ ス フ ィル タ リン グ)に 対 して耐 性 を 持 つ 透 か しが得 られ,ま   Ohbuchiら

た変 更 が 目立 ち に くい。

の最 初 の ア ル ゴ リズ ム25)で は,メ

ッ シ ュ簡 単 化 な ど の 頂 点 接

続 性 変 更 に よ り透 か しが 破 壊 され た。 メ ッ シ ュ スペ ク トル 解 析 の元 とな る ラ プ ラ シ ア ン行 列 が 頂 点 接 続 性 で 決 ま るた めで あ る。 また,固 有 値 分 解 の 計 算 量 と安 定 性 の理 由 か ら,透 か し対 象 と な る メ ッ シ ュ領 域 は1000頂 下 に 限 られ た。Ohbuchiら

は そ の 後,固

点程 度以

有 値 分 解 ア ル ゴ リズ ム を効 率 の 良

い もの に変 えて 処 理 効 率 を高 め,ま た メ ッ シ ュ の再 サ ン プ ル化 に よ る接 続 性 の再 現 を用 い て 頂 点 接 続 性 変 更 を含 む 攻 撃 に対 す る耐 性 を与 え た手 法 を発 表 した26)。別 に,Cayreら

は,25)の

手 法 に固 定 ス ペ ク トル 基 底14)を 導入 す る

こ とで 処 理 を高 速 化 した4)。 た だ,Cayreら

の 透 か しに は頂 点 接 続 性 変 更 や

切 り取 りに対 す る耐 性 は な い 。   図6.3(a)は

頂 点 数8485(面

数19,468)の

馬 の メ ッ シ ュ モ デ ル で あ る。 こ

の メ ッ シ ュ全 体 を一 括 に ス ペ ク トル 解 析 し,2種 ん だ 例 が 図6.3(b)と

図6.3(c)で

類 の振 幅 で透 か しを埋 め込

あ る。 こ こで 振 幅 係 数 β とは,モ デ ル を

囲 むバ ウ ン デ ィ ング ボ ッ ク ス の最 長 の 辺 を1と

した と きの ス ペ ク トル 係 数 の

変 調 振 幅 で あ る。 透 か し に よ る形 状 の歪 み は,振 幅 係 数 β=0.001で 不 可 知 だ が,β=0.005で   図6.4は れ 約4000頂

は明 らか に可 知 とな る。

頂 点 数34,839(面 点 の6個

はほぼ

数69,674)の

ウサ ギ の メ ッ シ ュ モ デ ル を そ れ ぞ

の領 域 に分 割 し,領 域 ご と に透 か し を埋 め込 ん だ 例 で

あ る。6つ の領 域 に 同 一 の透 か しが 反 復 し て埋 め込 まれ て い る た め,図6.4

(a) 元 の メッシ ュ(頂 点 数8485)

図6.3 

馬 の3角

(b) 振 幅 係 数 β=0.001 で埋 め こみ

メ ッ シ ュ モ デ ル(8485頂

点,19,468面)を

(c) 振 幅 係 数 β=0.005で 埋 め 込 み 。 透 か しに よる歪 み が 見 える メ ッ シ ュ ス ペ ク トル 解 析 し,2

種 類 の 振 幅 係 数 で 埋 め 込 ん だ 。 い ず れ も領 域 分 割 な し で,メ て埋 め込 ん だ。

ッシ ュ全 体 に一括 し

(a) 元 の メッシュ(頂 点 数34839, 面 数69674) 図6.4 

ウ サ ギ の3角

(b) 領 域 あたり約4000頂 点 (c) メッシュ簡 単 化(17839頂 点) の 透 かし領域 を6個 作成 +相 似変 換+切 り取 り

メ ッ シ ュ モ デ ル(頂 点 数34,839,面

を振 幅 率 β=0.001,反

復 回 数10で

数69,674)に32ビ

埋 め 込 み 。(32×10=320個

ッ トの 透 か し の ス ペ ク トル 係 数

を変 調 。)

(c)の

よ う に メ ッ シ ュ簡 単 化 を加 え(頂 点 数 を17,839ま

で 減 ら し た),相 似

変 換 し,さ ら に メ ッ シ ュ の 一 部(尻 尾 の付 近)を 切 り取 っ て も透 か しが 残 る。

6.4 

メ ッ シ ュの 属 性 や 動 き に 埋 め 込 む透 か し

  3次 元 モ デ ル の物 体 の位 置 や 向 き な ど を時 間 変 化 さ せ る,剛 体 変 換 に よ る ア ニ メー シ ョ ン を対 象 と した 透 か しが い くつか 発 表 され て い る11),16)。 これ ら MPEG-4

SNHCやWeb

3D等

の ア ニ メー シ ョ ンパ ラ メ タ(群)は 時 間 軸 に

沿 った1次 元 数値 列 が 複 数 集 ま っ た もの で あ る が,音

に比 べ て時 間 軸 の サ ン

プ ル 密 度 が 何 倍 も低 い。   Hartungら

の 手 法11)で はMPEG-4

SNHCのfacial

(顔 ア ニ メ ー シ ョ ンパ ラ メ タ群;FAPs)の

FAPsを 他,Kimら

縮)を 得 た 。 つ い で,こ

抽 出 し,そ のFAPsか

parameters

位 相 成 分 を 変 調 し て透 か しを

埋 め 込 ん だ 。 彼 ら は,透 か しの 入 っ たFAPsで 画 像(MPEG-2圧

animation

顔 モ デ ル を動 か し,2次

元動

の 動 画 像 か ら画 像 処 理 に よ り

ら透 か し を取 り出 す こ と に 成 功 した 。 こ の

は 多 重 解 像 度 解 析 を 用 い て ア ニ メ ー シ ョ ンデ ー タ に 透 か し を埋

め込 ん だ16)。   動 きで はな いが,形

状 モ デ ル の 属 性 の一 つ で あ る頂 点 付 属 の テ ク ス チ ャ座

標 値 を 変 更 し て 埋 め 込 む 電 子 透 か し がOhbuchiら

に よっ て提 案 さ れ て い

る22)。

6.5  形状CADデ

ー タ を対象 とする透 か し

  工 業 製 品 の 形 状 設 計 や 製 造 に用 い る形 状 モ デ ル の場 合,ブ

ラウザで眺め る

人 に とっ て 透 か しが 可 知 か 否 か は あ ま り重 要 で な い こ とが 多 い。 例 え ば,透 か しの 入 っ た モ デ ル が 形 状CADソ

フ トで さ ら に処 理 さ れ た り,そ の モ デ ル

か ら部 品 を製 造 した りす る場 合,微

小 な形 状 の 変 更 す ら許 され な い こ とが 多

い 。例 え ば,自 動 車 エ ン ジ ン の シ リ ン ダ 内 の 形 状 が 変 化 す る とそ の エ ンジ ン が 動 か な くな る。 こ う した 場 合 に は 形 状 を ま った く変 更 し な い透 か しが 要 求 さ れ る。 と こ ろ が,同

じ部 品 を3次 元 カ タ ロ グ とし て 公 開 す る場 合 に は,こ

う した 厳 密 な形 状 保 存 は必 要 な い。 逆 に,形 状 そ の もの に任 意 性 が あ る場 合 もあ る。 例 え ば,自 動 車 エ ン ジ ンで も,そ の外 側 の一 部 に人 に見 え る部 品 番 号 が 掘 り込 まれ て い て も,そ の部 品 が 機 能 を 果 た せ ば 問 題 は な い。   機 械 部 品 な どの形 状CADを

意 識 した 透 か し の研 究 は ま だ 数 少 な い。 大 渕

ら は,パ ラ メ トリ ッ ク曲 線 ・曲面 を対 象 と した,ま

っ た く形 状 を変 更 しな い

透 か し手 法 を い くつ か 提 案 した23),24)。 こ れ らの 手 法 で は,NURBS(NonUniform Rational

B-Splines)曲 線 や 曲面 の 表 現 の 冗 長 性 を用 い,双 線 形 再

パ ラ メ タ 化 や 節 点 挿 入 を 用 い て 透 か し を埋 め 込 む 。(NURBS曲 つ い て は28)を 参 照 。)Fornaro8)ら はConstructive よ る3次 元 モ デ リ ング を前 提 とし,同 が あ る こ と を利 用 して,CSG木

線,曲 面 に

Solid Geometry(CSG)に

じ形 状 を 得 る た め のCSG木

に任 意 性

に 透 か し(の 一 種)を 埋 め 込 む 方 法 を提 案 し

た。

6.6 

ま

と

め

  3次 元 形 状 を対 象 とした 透 か し は,そ れ 以 外 の メ デ ィ ア デ ー タ型,例

えば

2次 元 画 像 を対 象 と し た も の か ら遅 れ て 研 究 が 始 ま っ た 。 そ れ に加 え,3次 元 形 状 の 解 析 や 処 理 の技 術 の 未 熟 さや,姿

勢 の正 規 化 な どの 難 問 が あ り,ご

く限 られ た 応 用 を除 い て,十 分 に実 用 的 な 手 法 は 現 れ て い な い 。

  例 え ば,実 用 を考 え る と,3次

元 メ ッシ ュ形 状 を対 象 と し,無 情 報 の 取 り

出 し(取 り出 し に元 メ ッシ ュ との 比 較 が 不 要)が で きる透 か しが 欲 しい。 しか し,3次

元 メ ッ シ ュ形 状 の 透 か しで 無 情 報 の取 り出 し を実 現 す る の は困 難 で

あ る。 筆 者 の知 る限 り,メ ッシ ュ形 状 を対 象 と し,頂 点 接 続 性 の変 更 と相 似 変 換 を組 み 合 わ せ た 攻 撃 に耐 性 を持 ち,か つ 無 情 報 の取 り出 しが 可 能 な 透 か し手 法 は存 在 しな い 。 ア フ ィン変 換 と接 続 性 の変 更 を組 み 合 わ せ た攻 撃 を仮 定 す る と,有 情 報 の 取 り出 しす らで き な い 。 元 モ デ ル と透 か し モ デ ル の 姿 勢 の 正 規 化(位 置,向

き,大

き さ を揃 え る こ と)が で きな い た めで あ る。

  ポ リ ゴ ン メ ッ シュ 以 外 に も3次 元 形 状 を定 義 す る手 法 が 登 場 し徐 々 に 普 及 し つ つ あ り,こ れ ら に対 す る透 か し手 法 を考 え る必 要 も あ るだ ろ う。 細 分 割 局 面(subdivision

surface)[34)等

とす る こ とで,ポ

リ ゴ ン メ ッシ ュ用 の透 か し手 法 が適 用 で き そ う で あ る。 そ

の 他,点 群 モ デ ル やGuら

を参 照]の 場 合 は そ の制 御 ポ リ ゴ ン を対 象

のgeometry

images9)の

よ うな 形 状 表 現 法 を対 象

と した透 か し手 法 を考 え る必 要 もあ る。   3次 元 モ デ ル の 透 か しの 研 究 を進 展 さ せ る に は,種 々 の ツー ル の 開 発 が 必 要 で あ る。 例 え ば,現 在,攻 撃 や 透 か しに よ り生 ず る3次 元 メ ッシ ュの 形 状 歪 を数 値 化 す る の が 難 し い。 例 え ば,比 較 した い2モ デ ル の間 で頂 点 数 が 変 わ る な どす る と,頂 点 の 対 応 が つ か な くな り,「対 応 す る頂 点 間 の 距 離 の 和 を歪 み の 尺 度 とす る」 こ とは で きな い。 頂 点 座 標,頂

点 数,頂 点 接 続 性 は変

更 さ れ て も,大 域 的 な幾 何 変 換 が 加 え られ な い な ら,面 分 と頂 点,面 分 のHausdorff距

離 を使 っ たMETRO5)の

分 と面

よ う な歪 み尺 度 が あ る。 しか し,

歪 ん だ メ ッ シ ュ に さ ら に相 似 変 換 や ア フ ィ ン変 換 等 が 加 わ る と,歪 の 測 定 以 前 に姿 勢 の 正 規 化 が 必 要 で あ り,こ れ が 大 変 困 難 で あ る。 完璧 な正 規 化 を し な い 限 り,形 状 歪 で は な く正 規 化 の 誤 差 を測 る こ と に な る。   この 他,複

数 の手 法 を比 較 す るた め に は,標 準 的 な攻 撃 の ス イ ー トや(例

え ば2次 元 画 像 に はStirMark17)が

あ っ た),研

究 者 誰 もが 実 験 に使 え る標

準 的 な3次 元 形 状 モ デル を用 意 した りす る必 要 もあ るだ ろ う。   3次 元 形 状 を対 象 と した透 か しの 必 要性 は あ る 。 また,3次

元 の 形 状 とは

何 か,ど の よ う に3次 元 メ ッシ ュ形 状 を 解 析 し処 理 す るの か等,研

究対 象 と

し て も大 変 興 味 深 い 。 多 くの研 究 者 が この 分 野 に参 加 され,研 究 の 進 展 に寄

与

さ れ

る こ

参

考 文 献

と を 期

待 す

る 。

1)  O.Benedens,Geometry‐Based

Watermarking

46‐55(January/February 2)  O.Benedens,C.Busch,Towards Polygonal 3)  Jean

Blind

Models,Computer

Gallier,Curves

CG&A,pp.

of

Robust

Watermarks

in

Surfaces

in Geometric

Modeling―Theory

and

Algorithms

Kaufmann(2000).

geometry

using

and

spectral

of

47th

3D

triangle

Annual

Meeting,

2002). and

surfaces,Computer

watermarking

decomposition,Proc.SPIE

(4790‐25)S3,Seattle,WA.,USA(July 5)  P.Cignoni,C.Rocchini

(June

Models,IEEE

Detection

4)  F.Cayre,P.R.Alface,H.Maitre,Compression mesh

3D

Graphics Forum,19(3),pp.199‐208(2000).

and

― ,Morgan

of

1999).

R.Scopigno,Metro:measuring

Graphics

Forum,Blackwell

error

on

simplified

Publishers,vol.17(2),pp.167‐174

1998).

6)  Cox,I.J.,Miller,M.L.,Bloom,J.A.,Digital

Watermarking,Morgan

Kaufman

Publishers(2002). 7) 

G.Farin,Curvers

and

Surfaces

8)  C.Fornaro,A.Sanna,Public Computer‐Aided

for key

CAGD,Morgan

Kaufmann(2001).

watermarking

for

authentication

of CSG

models,

Design,vol.32,pp.727‐735(2000).

9)  X.Gu,S.Gortler,H.Hoppe,Geometry

images,Proc.SIGGRAPH

2002,pp.355‐

361(2002). 10) I.Guskov,W.Sweldens,P.Shroder,Multiresolution

signal

processing

for

meshes,

Proc.SIGGRAPH'99,pp.49‐56(1999). 11)  F.Hartung,P.Eisert,and Animation

B.Girod,Digital

Parameters,Computers

Watermarking of

and

MPEG‐4

Facial

Graphics,22(4),pp.425‐435,Elsevier

(1998). 12)  H.Hoppe,Progressive

Meshes,in

13)  S.Kanai,H.Date,and using

Proc.SIGGRAPH'96,pp.99‐108(1996).

T.Kishinami,Digital

Multiresolution

Wavelet

pp.296‐307,Tokyo,Japan(December 14)  Zachi

Karni,Craig

SIGGRAPH 15)  Zachi

16)  Tae‐hoon on

Kim,Jehee

17)  Fabien

of

Mesh

compression

using

2001,pp.1‐8,Ontario,Canada(June Lee,Sung

yong

Analysis,Computer

A.P.Petitcolas,Ross

3D

WG

Polygons

5.2

GEO‐6,

Geometry,Proc.

2000).

Gotsman,3Dmesh Interface

Multiresolution

Compression

Orleans,U.S.A.(July

Karni,Craig

for IFIP

1998).

Gotsman,Spectral

2000,New

Proc.Graphics

Watermarking

Decomposition,Proc.Sixth

Shin,Robust Graphics

J.Anderson,Markus

fixed

spectral

basis,

2001). Motion

Watermarking

based

Forum,19(3),pp.189‐198(2000). G.Kuhn:Attacks

on

copyright

marking

systems,Proc.Information

Hiding'98,LNCS

1525,Springer‐Verlag,pp.

219‐239(1998). 18)  Lounsbery,M.,DeRose,T.D.and of

Arbitrary

Warren,J.,Multiresolution Topological

Type,A

19)  Mortenson,M.E.,Geometric

Models,Proc.ACM

USA(November

for

Surfaces

Graphics,16(1)(1997).

Wiley&Sons(1996).

M.Aono,Watermarking

Three‐Dimensional

Multimedia'97,pp.261‐272,Seattle,Washington,

1997).

21)  R.Ohbuchi,H.Masuda,and Polygonal

M.Aono,Watermarking

Models

Through

560,IEEE JSAC(May

Geometric

Data

and

Three‐Dimensional

Topological

Modifications,pp.551‐

1998).

22)  R.Ohbuchi,H.Masuda,and for

Analysis

Trans.On

Modeling,John

20)  R.Ohbuchi,H.Masuda,and Polygonal

CM

M.Aono,Geometrical

Embedding

in

and

Three‐Dimensional

Non‐geometrical

Polygonal

Targets

Models,Computer

Communications

,21,pp.1344‐1354,Elsevier(1998). 23)  Ryutarou

Ohbuchi,Hiroshi

Embedding

Masuda,and

Algorithm

for

Masaki

NURBS

Curves

Aono,A

and

Shape‐Preserving

International'99,pp.180‐177,Canmore,Canada(June 24)  Ryutarou

Ohbuchi

Data

Type

and

Using

International

Hiroshi

Digital

Watermarking,IFIP

Data

WG

Knowledge

Ohbuchi,Shigeo

as

5.2,in

a

the

Multimedia

Proc.Fourth

Intensive CAD(KIC‐4),pp.113‐125,

Takahashi,Takahiko

,Watermarking Proc.Graphics

3D

Interface

to

Polygonal

Miyazawa,and Meshes

in

the

Akio

Mesh

Mukaiyama

Spectral

Domain,

Frequency

Domain

2001,pp.9‐17,Ontario,Canada(June,2001).

Ohbuchi,Akio

Approach

CAD

22‐24,2000).

25)  Ryutarou

26)  Ryutarou

7‐11,1999).

Masuda,Managing

Workshop on

Parma,Italy(May

Data

Surfaces,Proc.Computer Graphics

Mukaiyama,Shigeo

Watermarking

3D

Takahashi,A

Shapes,Computer

Graphics

Forum,21(3),pp.373

‐ 382(Sept.2002). 27)  Ryutarou the

Ohbuchi,Hiroo

Ueda,Shuh

Mesh‐Spectral

Society

Endoh,Watermarking

Domain,Proc.SMI

Vector

Maps Computer

Press,(May,2003).

28)  L.Piegl,W.Tiller,The NURBBS Book,2nd 29)  Emil

2D

2003,Seoul,Korea.IEEE

Praun,Hugues

Edition,Springer,Berlin,(1997).

Hoppe,Adam

Finkelstein,Robust

Mesh

Watermarking,Proc.

SIGGRAPH'99,pp.49‐56(1999). 30)  Gabriel

Taubin,A

signal

processing

approach

to

fair

surface

design,Proc.

SIGGRAPH'95,pp.351‐358(1995). 31)  M.G.Wagner,Robust Modeling 32)  B‐L.Yeo CG

&

33)  Kangkang

&

Watermarking Processing

and

of

Polygonal

2000,pp.201‐208,Hong

M.M.Yeung,Watermarking

A,pp.36‐45(January/February Yin,Zhigeng

Pan,Jiaoying

Meshes,Proc.Geometric

Kong,April 3D

Objects

pp.10‐12(2000). for

Verification,IEEE

1999). Shi,David

Zhang,Robust

mesh

watermarking

in

based

on

multiresolution

processing,Computers &

Graphics,Vol.25,pp,409‐

420(2001). 34)  鳥 谷 浩 志,千

代 倉 弘 明:「3次

元CADの

基 礎 と 応 用 」 共 立 出 版(1991).

35) 松 井 甲 子 雄:「 電 子 透 か し の 基 礎 」 森 北 出 版(1998).

第7章 ホ ログラ フィへの応用

明治大学 理工学部   田 中 賢 一

7.1 

は

じ め

に

  電 子 透 か し は,静 止 画 と りわ け文 書 画 像 や濃 淡 画 像 に対 して 著 作 権 情 報 を 埋 め込 み,そ の 権 利 を保 護 す るた め の用 途 に 開 発 され,現

在 も種 々 の研 究 開

発 が な され て い る1)。こ こで 取 り挙 げ る"ホ ロ グ ラ フ ィ"は,す ル な どの鍵 に使 用 され る ホ ログ ラム キ ー,ク ー ドな どの 偽 造 防 止 策 の貼 り込 み,な

で に,ホ

テ

レ ジ ッ トカ ー ドや ハ イ ウ ェ イ カ

どの セ キ ュ リテ ィの 分 野 で も実 用 化 さ

れ て い る。 これ らの ホ ロ グ ラ フ ィ技 術 は い ず れ も物 理 的 手 法 に よ って 作 成 さ れ た もの で あ る 。   と こ ろ で,電 子 透 か し とホ ロ グ ラ フ ィ との 接 点 は,"計 算 機 ホ ロ グ ラ ム" (Computer‐Generated

Hologram:CGH)に

あ る2)。このCGHは,レ

ーザ

光 を照 射 で きな い 物 体 や,仮 想 的 な物 体 の 三 次 元 表 示 の た め に 作 られ る もの で あ る。 し か し なが ら,現 状 に お い て 実 用 化 さ れ て い る もの は一 次 元 計 算 機 ホ ログ ラム を応 用 した もの で あ る"バ ー コー ド"程 度 に過 ぎ な い 。 バ ー コー ドは商 品 の在 庫 管 理 や 会 計 処 理 の た めの 情 報 で あ り,画 像 表 示 の 観 点 か ら実 用 化 さ れ て い る もの は ほ と ん ど な い と言 え る。計 算 機 ホ ロ グ ラ ム の 実 用 化 は,現 状 で は画 像 表 示 よ り も先 に,情 報 セ キ ュ リテ ィ の 方 面 で あ ろ う と考 え られ る。   本 解 説 で は,電 子 透 か し に お け る透 か し情 報 と してCGHを につ い て論 じ る。 こ こで 用 い るCGHは,ク

用 い る 方 法3)

レ ジ ッ トカ ー ドや ハ イ ウ ェ イ カ

ー ドな どに 埋 め込 まれ て い るホ ロ グ ラ ム と は異 な り,直 接 的 に 目 に見 え る よ

う に して い る もの で はな い。 つ ま り,電 子 透 か し の情 報 と して,計 グ ラ ム(CGH)の

干 渉 じ ま を 用 い る。 こ の 透 か し情 報 で あ るCGHの

算機 ホ ロ 合成 手

法 を述 べ る。 ま た,電 子 透 か し と し て の 適 用 例 に つ い て 述 べ る。 さ ら に, CGHに

つ い て の現 在 知 られ て い る と こ ろの 特 質 に つ い て も言 及 す る 。

7.2 

CGHの

  CGHは,レ

合成 手法 ー ザ を 照 射 す る こ と の 困 難 な物 体 や,仮

想物体 の立体 表示 を

目的 と して作 成 され る もの で あ る。 つ ま り,ホ ロ グ ラム と して 記録 され るべ き干 渉 じ ま を計 算 機 に よ り計 算 させ,振

幅 な らび に位 相 を表 示 させ た 後,写

真 フ ィル ム や フ ォ トポ リマ ー な どの媒 体 に記 録 す る もの で あ る。 こ こで は, CGHの

中 で も広 く知 られ て い る"Brown‐Lohmann型"CGH2)の

合成 方法

を示 す 。   まず,図7.1をCGHの

原 画 像f(x,y)と

す る。 この 画 像 は64画 素(H)×

64画 素(V)の 領 域 か ら な り,そ の な か に32画 素(H)×32画 素(V)の 物 体 "A"が 存 在 す る もの で あ る 。 こ の 画 像 に対 して,フ ラ ウ ン ホ ー フ ァー 回 折 に相 当 す る計 算,す

な わ ち,離 散 フ ー リエ 変 換 を行 う。 た だ し,原 画 像 の 原

点 座 標 は左 下 隅 に あ るの に対 して,原

画像 の 物 理 的 な 原 点 座 標 は原 画像 の 中

心 に位 置 し て い るの で,次 式 に従 った 計 算 を行 う。

図7.1  CGHの

原 画像

(7.1)   こ こ で,原 画 像 に お け る座 標 系 を(x,y),ホ を(u,υ)と す る。 こ の 計 算 を行 う場 合,原 と,離 散 コサ イ ン変 換(DCT)を

ロ グ ラ ム 面 上 に お け る座 標 系

画 像 に対 し て そ の ま ま適 用 す る

施 した 画 像 と同 様,低

周 波領 域 だ け にスペ

ク トル情 報 が 集 中 し て し ま う。 この スペ ク トル情 報 を周 波 数 領 域 に対 し て ほ ぼ 均 一 に配 分 す るた め,原 て,ラ

画 像 情 報f(x,y)に

は,あ

らか じめ 各 画 素 に よ っ

ン ダ ム な位 相(ラ ン ダ ム位 相)を 乗 じ るの が 一 般 的 で あ る。 この こ と

は,フ ー リエ 変 換 ス ペ ク トル にお け る複 素 数情 報 の うち,振 幅 成 分 よ り も位

(a)  振 幅 成 分 の 穿 孔(網 か け領 域)

(b)  位 相成 分 の 穿 孔(網 か け領 域)

(c)  穿 孔領 域 の論 理積(網 か け領 域) 図7.2  CGHの

量 子化 と穿 孔領 域 の 決 定

相 成 分 が 非 常 に重 要 で あ る こ とを 意 味 す る もの で あ る4)。な お,ラ

ンダム位

相 は0∼2π に わ た る一 様 乱 数(実 数)で あ る もの とす る。   次 に,各 画 素 にお い て計 算 さ れ た 複素 振 幅 に対 して振 幅 成 分 と位 相 成 分 に 分 け て 考 え,振 幅成 分(複 素 数 に お け る絶 対 値)を 規 格 化(最 大 値 を1と す る 操 作)す る。

(7.2)   この 規 格 化 され た 複 素 振 幅F1(u,υ)を

振 幅 成 分A(u,υ)と

υ)に分 割 して 量 子 化 す る。 こ の 量 子 化 に際 し て,図7 幅A(u,υ)に

位 相 成 分P(u,

.2に 示 す よ う に,振

相 当 す る 大 き さ の 穿 孔 領 域 を 作 り,位 相P(u,υ)に

相 当す る

穿 孔 領 域 を作 り,そ れ ぞれ の論 理 積 に相 当 す る領 域 だ け を穿 孔 す る。 例 えば 1画 素 に お け る複 素 振 幅 を4画 素(H)×4画 関 し て5通

り,位 相 成 分 に関 して4通

 上 記 に 従 っ て 作 成 したCGHの

素 で 表 示 す る場 合,振

幅成 分 に

りの 組 合 せ が 存 在 す る こ とに な る。

一 例 が 図7.3と

な る。 こ こ で,CGHの

白

い部 分 が 穿 孔 され た部 分 とな り,光 が 透 過 す る こ と に な る。   図7.3を

図7.4に

示 す 光 学 系 にお い て 焦 点 面 に再 生 させ る と,図7.5の

うな再 生 像 が 得 られ る。

図7.3  作 成 され たCGH

よ

図7.4  CGHの

再 生光 学 系

図7.5  CGHか

らの再 生 像

7.3  透 か し情報 と してのCGH   前 節 で 述 べ たCGHが と に な る。CGHを

作 成 され る と,こ れ を透 か し情 報 とし て利 用 す る こ

透 か し情 報 と して利 用 す る こ と の着 想 点 は,直 交 変 換 を

用 い た 情 報 で あ る こ とが 理 由 と して 考 え られ る。 例 え ば,DCTを の 情 報 を 画 像 の低 周 波 成 分 に埋 め込 む 手 法 がCoxら5)に

利用 しそ

よ っ て 提 案 さ れ,

大 西 ら6)に よ りウ ェー ブ レ ッ ト変 換 を 用 い て そ れ を透 か し情 報 と して 埋 め込 む 方 法 な どが 提 案 さ れ た こ と に よ る。CGHを

合 成 す る際,前 節 で 述 べ た よ

う に,離 散 フー リエ変 換 を利 用 した 回 折 計 算 を行 っ て い るが,こ

こで も直 交

変 換 を 利 用 して い る こ とか ら,電 子 透 か しへ の応 用 が 期 待 で き る と類 推 さ れ る。   通 常,原

画 像(透 か し情 報 が 埋 め 込 まれ る画 像)に 対 し て,CGHの

白 の部

分 の 階 調 濃 度 を 低 く して 加 え 合 わ せ る処 理 を行 う。 そ の 結 果 を 図7.6に

(a)  原 画 像

(c)  CGH埋

め込 み画 像(強 度8)

(e)  CGH埋

(b)  CGH埋

め込 み 画像(強 度4)

(d)  CGH埋

め込 み 画像(強 度16)

め込 み 画像(強 度32)

図7.6  透 か し情 報 として のCGHの

埋 め込 み結 果

示

す。   CGHの CGHの

強 度 を4,8,16,32と

増 加 さ せ る に従 っ て,透 か し情 報 と な る

パ タ ー ンが 判 別 で き る よ うに な る こ とが わ か る。 一 般 的 に は,CGH

の 強 度 はせ いぜ い8程 度 が 望 ま しい とい え る。 そ の 理 由 は,静 止 画 像 にお い てPSNRを40dBと

す る こ と を理 想 と す る た め で あ る。 実 際 に,CGHの

白 の 部 分 の 階 調 濃 度 が8程 PSNRが

7.4 

約40dBと

度 の と き に 原 画 像 とCGH埋

め込 み画 像 との

な る。

署名 デー タの再生

  透 か し情 報 をCGHと

し て い るた め,署 名 デ ー タ はCGHの

原画 像で あ る

と み な さ れ る。 実 際 に 埋 め 込 む 署 名 デ ー タ を再 生 す る に は,図7.6(b) ∼(e)に

示 す 画 像 か ら,図7

.6(a)に

示 す 原 画 像 を 除 去 してCGHパ

ター ン

を抽 出 し,そ れ を 再 生 す れ ば よい こ と に な る。 埋 め 込 むCGHが,7.2に

示

し た よ うな バ イ ナ リー ホ ロ グ ラム で あ る場 合,署 名 デ ー タ を再 生 す る際 に量 子 化 に起 因 す る ノ イ ズ が発 生 す る。 この た め,実 験 的 に は署 名 デ ー タ は文 字 情 報 で 十 分 な場 合 が 多 い。 以 下,StirMark攻

撃 に 関 す る所 見 を示 す8)。

7.4.1  透 か し 情 報 の 一 部 消 去 攻 撃   ホ ロ グ ラ ム の 物 理 的 特 徴 は,引 っ か き傷 な どの 損 傷 に強 い こ とで あ る とい わ れ て い る9)。こ れ は,ホ ロ グ ラ ム に は干 渉 じ まが 記 録 さ れ て い るた め に, 傷 が 多 少 入 っ た 場 合 に あ っ て も,再 生像 の解 像 度(空 間 周 波 数 特 性)を 劣 化 さ せ るだ け で,再 生 像 の 一 部 を欠 落 させ るわ け で は な い とい う こ とで あ る。 そ の 理 由 と して は,CGHが

領 域 全 体 を直 交 変 換 し て 作 成 した もの で あ り,一

部 分 を欠 落 して も,署 名 デ ー タ全 体 の 空 間 周 波 数 領 域 に お け る一 部 分 を切 り 取 った に す ぎ な い こ とか ら,署 名 デ ー タ の再 生 の 際 に そ の 像 が ボ ケ る程 度 に す ぎ な い た め で あ る。 図7.7は,透 た 透 か し情 報,す

な わ ちCGHか

よ る電 子 透 か しは,透

か し情 報 を50%消

去 した 場 合 の 復 元 し

ら の 再 生 像 で あ る。 した が っ て,CGHに

か し情 報 の 一 部 消 去 に対 す る ア タ ック耐 性 に優 れ た 方

式 で あ る と考 え る こ とが で き る。

図7.7  透 か し情 報 の 一 部 消 去 攻 撃 か ら

図7.8  透 か し情 報 の 回転 攻 撃 か らの 再

の再生 像

生像

7.4.2  幾 何 学 的 変 換 攻 撃   CGHを

作 製 す る際 に は,再 生 像 平 面 が フ ラ ウ ン ホ ー フ ァ ー 回 折 とな る面

や フ レネ ル 回 折 と な る面 を利 用 し て い る関 係 上,フ

ー リエ 変 換 を 用 い た 演 算

を利 用 して い る。 この た め,署 名 デー タ を取 得 す る際 に も,フ ー リエ 変 換 を 用 い た演 算 を用 い れ ば よ い こ とに な る。 フ ー リエ 変 換 に お け る幾 何 学 的 変 換 の性 質 か ら,CGHを

拡 大 縮 小 す る場 合 に は そ れ に応 じた ス ケ ー ル 変 換 が 行

わ れ る と考 え られ る。 また,回 転 に対 して は,そ れ に応 じて 回 転 した 署 名 デ ー タ を取 得 す る こ とが 可 能 とな る。CGHか

ら物 理 的 に 署 名 デ ー タ を取 得 す

る場 合 は,前 述 の 通 りの こ とが 数 学 的 に も類 推 され るが,コ ュ レー シ ョ ンに よ っ て署 名 デ ー タ を取 得 し よ う とす る場 合,幾

ンピュータ シ ミ

行 う こ とに よ りCGHパ す る。 図7.8は す な わ ちCGHか

何 学 的 変換 を

タ ー ン にひ ず み が生 じ,そ の た め に画 質 が 若 干 劣 化

透 か し情 報 を10度

回 転 した場 合 の復 元 さ れ た透 か し情 報,

らの再 生 像 で あ る。 しか し,こ の場 合 も,CGHパ

ター ン

の ひ ず み の 程 度 が 大 き くな い とい う条 件 の も とで は,幾 何 学 的 変 換 に対 す る ア タ ッ ク耐 性 は強 い と考 え る こ とが で き る。 も ち ろ ん,物 理 的 な光 学 再 生 に よ る署 名 デ ー タ の取 得 な らば 幾 何 学 的 変 換 は問 題 に な らな い と考 え られ る。 7.4.3  フ ィル タ リ ン グ 攻 撃   透 か し情 報 を埋 め込 んだ 画 像 に対 し て フ ィル タ リン グ を行 った 場 合 の署 名

図7.9  透 か し情 報 の フ ィル タ リン グ攻 撃(メ デ ィア ン フ ィル タ)か ら の 再生 像

デ ー タ の 劣 化 に つ い て 考 察 す る。 フ ィ ル タ リ ン グ に は,ガ タ,メ

デ ィア ン フ ィル タ,エ

る。 ま ず,ガ CGHパ

ウ シ ア ン フ ィル

ッ ジの 先 鋭 化(シ ャ ー プ ニ ン グ)な どが挙 げ られ

ウ シ ア ン フ ィ ル タ や メ デ ィ ア ン フ ィ ル タ を用 い た 場 合 は,

タ ー ンが ぼ け た も の とな る た め に,CGHパ

タ ー ン の2値

きな い と署 名 デ ー タ は大 き く崩 れ る こ とに な る 。 ま た,エ

回復 がで

ッ ジ シ ャー プ ニ ン

グ を行 っ た 場 合 もエ ッ ジ が 残 る こ と か ら,穿 孔 し た 領 域 が 伸 縮 し全 体 的 な CGHパ

タ ー ンが 崩 れ て し ま う。 この た め,CGHに

記 録 さ れ る位 相 情 報 も

崩 れ るた め,画 質 が 劣 化 す る と考 え られ る。 図7.9は,8近 フ ィル タ攻 撃 を行 っ た 場 合 の復 元 され た 透 か し情 報,す 再 生 像 で あ る。 した が っ て,フ

傍 の メ デ ィア ン な わ ちCGHか

らの

ィル タ リン グ攻 撃 を行 う と,署 名 デ ー タ が 劣

化 す る こ とが 考 え られ,結 果 と して は ア タ ック 耐性 は強 くな い とい う こ とが で き る。

7.5 

ア タ ック 耐 性 強 化 策

  7.4で 述 べ た よ う に,CGHを 撃 に は強 い反 面,フ

用 い た 電 子 透 か し に お い て は,幾 何 学 的 攻

ィル タ リ ング 攻 撃 に は弱 い とい う こ とが わ か っ た。 この

ア タ ッ ク 耐 性 強 化 策 と し て,量

子 化 の 際 に,方

形 表 示 で は な く,文

を 行 う 方 法7)が 報 告 さ れ て い る 。 す な わ ち,複 報 に お い て,位 せ,強

相 情 報 が 重 要 で あ る た め,位

素 数 で 表 さ れ る ス ペ ク トル 情 相 に応 じ て パ ス の数 を 変 化 さ

度 変 化 に 置 き 換 え る 手 法 で あ る 。 し か し,フ

て は,CGHパ

ィル タ リ ン グ攻 撃 に 関 し

タ ー ン の 回 復 処 理 が 必 要 で は あ る も の の,メ

タ に よ る 攻 撃 以 外 は 多 少 な り と改 善 が 見 ら れ る 。 今 後,再 た め に 量 子 化 の 方 法 を 適 用 す る こ と や,透

字型 表示

デ ィ ア ン フ ィル 生 像 を良 質 化 す る

か し情 報 の 隠 蔽 な ど,さ

まざ まな

課 題 が 山積 み して い る。

7.6 

ま

と

  本 解 説 で は,透

め か し 情 報 と し てCGHを

た 。 署 名 デ ー タ をCGHに の 場 合,原

変 換 し,原

画 像 に 透 か し情 報 と し て 埋 め 込 む 。 こ

画 像 が 既 知 で あ る た め,CGHパ

生 光 学 系 を 用 い る か,そ

用 いた 電子 透 か しにつ い て論 じ

タ ー ン は 容 易 に 得 ら れ る が,再

れ に相 当 す る数 値 シ ミ ュ レー シ ョ ン を行 わ な けれ ば

署 名 デ ー タ を抽 出 す る こ と は で き な い こ と を 示 し た 。   CGHを

透 か し 情 報 と し た 場 合 の 最 大 の 特 徴 は,デ

ー タ の 欠 落 な ど の攻 撃

に 対 し て 強 い ア タ ッ ク 耐 性 を 有 す る こ とで あ る と 考 え ら れ る 。 ま た,幾 的 変 換 に 対 し て はCGHの 性 を有 し,フ

何 学

回復 が で き る とい う条 件 の も とで 強 い ア タ ック 耐

ィル タ リ ング に対 して は今 後 の課 題 が 山積 され て い る もの と考

え ら れ る 。 こ の 理 由 は,フ

ー リエ 変 換 を 利 用 し た 透 か し情 報 で あ る た め で あ

る。   今 後,暗

号 と し て のCGHの

に 強 いCGHの

有 効 性 を 見 出 す こ と や,フ

量 子 化 手 法 の 開 発,な

ィル タ リ ン グ攻 撃

ら び に 複 製 し に く いCGHの

作製 な ど

が 課 題 とな るで あ ろ う。

参 考文献 1) 松 井 甲子 雄:「 電 子 透 か しの基 礎 」 森北 出版(1998). 2) B.R.Brown

and

A.W.Lohmann:"Complex

Masks",Appl.Opt.,Vol.5,No.6,pp.967‐969(1969).

Spatial Filtering with

Binary

3) 青 木 由 直:"計

算 ホ ロ グ ラ ム を 用 い た 電 子 透 か し法",信

学 論(A),J82‐A,7,pp.1192‐

1200(1999). 4) 長 橋   宏:"画

像 の フ ー リ エ 変 換 に お け る 位 相 情 報 は ど ん な 意 味",映

情 メ デ ィ ア 誌,

Vol.54,No.10,pp.1408‐1409(2000). 5) I.J.Cox,J.Kilian,T.Leighton

and

for multimedia",Workshop

on Information

T.Shamoon:"A

secure,robust

Hiding,Univ.of

watermark

Cambridge,pp.1‐16

(1996). 6) 大 西 淳 児,小 透 か し 法",信 7) 唐  巍 立,青

澤 愼 司:"多

重 解像 度 解 析 によ る クロ ップ画 像か らの署 名 検 出 可 能 な電 子

学 論(D‐II),J81‐D‐II,10,pp.2321‐2329(1999). 木 由 直:"文

字 コ ー デ ィ ン グ を 用 い た 電 子 透 か し 法",映

情 メ デ ィ ア 誌,

Vol.54,No.10,pp.1452‐1458(2000). 8) 佐 賀 匡 史,田 比 較",映

中 賢 一:"電

子 透 か しの た め の 計 算 機 ホ ロ グ ラ ム に お け る コ ー ド化 手 法 の

情 メ デ ィ ア 学 技 報,Vol.27,No.21,pp.51‐54(2003).

9) 大 越 孝 敬:「 三 次 元 画 像 工 学 」 朝 倉 書 店(1991).

第8章 音楽電子透 か しの普及の可 能性 につ いて

株式会社 野村総合研究所 松 尾秀城

8.1 

は

じ め

に

  野 村 総 合 研 究 所(http://www.nri.co.jp/)で

は,1997年3月

よ り,年2

回,「 情 報 通 信 利 用 者 動 向 」 の 大 規 模 な 調 査 を 継 続 的 に行 っ て い る が,そ

れ

らの 結 果 を見 る と,イ ン タ ー ネ ッ トの 生 活 へ の 浸 透 が 本 格 的 な もの とな って い る こ とが読 み 取 れ る。   2003年3月

の 調 査 結 果 で は,「 自宅 か らパ ソ コ ン で イ ン タ ー ネ ッ トを利 用

す る人 の 割 合 」 は37.3%,さ

らに 「職 場 や 学 校,携

タ ー ネ ッ ト利 用 者 」 は67.4%に

帯 電 話 を含 め て の イ ン

達 し,日 本 全 体 で 見 て も,も は や イ ン タ ー

ネ ッ トを利 用 し て い る こ と が 「普 通 」 と な っ て い る。ITバ 2000年3月

ブ ル に踊 った

時 点 に お け る 自 宅 か ら の ネ ッ ト利 用 者 の 割 合 は16.7%で

産 業 や 金 融 マ ー ケ ッ トの 動 向 や 思 惑 は と もか く,ITバ

あ り,

ブ ル 崩 壊 後 も生 活 の

IT化 は 実 に深 く力 強 く進 行 して い る。   一 方,ADSLやCATV,光 フ ァ イ バ ー を 通 じて,ブ ロ ー ドバ ン ドイ ン タ ー ネ ッ トを利 用 す る人 の 割 合 は,上 記 の 自宅 利 用 者 の う ち49.0%(全 体の 18.3%)に

達 し,す で に ビ ジ ネ ス 的 に も無 視 で きな い ボ リ ュー ム と な っ て い

る。 また,ブ

ロ ー ドバ ン ド利 用 者 の増 加 は,生 活 に お け る イ ンタ ー ネ ッ トの

位 置 づ け を着 実 に 高 め て い る。 例 え ば,イ 17.7時 間 に達 して お り,ネ

ン タ ー ネ ッ トの 利 用 時 間 は 月 間

ッ トユ ー ザ は 日々 の 生 活 の 中 で,お

しな べ て小

一 時 間 を イ ンタ ー ネ ッ トに費 や して い る勘 定 とな る。   こ う した ブ ロ ー ドバ ン ドイ ン タ ー ネ ッ トの普 及 に伴 い,音 楽 や 映 像 な どの

エ ンタ ー テ イ メ ン トコ ンテ ン ツ の イ ンタ ー ネ ッ トで の 流 通 の本 格 化 が,い

よ

い よ現 実 の もの とな る。 消 費 者 側 か ら見 れ ば,自 分 の 好 きな音 楽 や 映 像 が, 手 軽 に 入 手 で き る 「良 い 」 時 代 の 到 来 で あ るが,そ

う した 作 品 の 提 供 者 側 か

ら見 れ ば,消 費 者 との新 しい 接 点 が 開拓 され る一 方 で,大 量 の 不 正 配 信 に よ り,瞬

く間 に創 作 活 動 や 生 活 の 基 盤 が 脅 か され る環 境 の成 立 とい う こ とに な

る。 イ ン タ ー ネ ッ トを用 い,ユ ー ザ 同士 で音 楽 フ ァイ ル を交 換 す る ソ フ トに よ る損 害 は,米

国 にお い て はす で に数 億 ドル に 上 る と い う試 算 もあ り(業 界

団 体 が 直 接 個 人 を訴 訟 対 象 とす る事 態 に な っ て い る),日 本 で も,フ ァイ ル 交 換 ソ フ トを 用 いた 不 正 配 信 が 刑 事 処 分 され,さ

らに,そ

う した こ と を仲 介

す る業 者 に対 し差 止 命 令 が下 され て い る。

8.2  音楽電子透か し技術の適用の現状   不 正 配 信 され る コ ン テ ン ツ の 多 くは,音 楽CD等 が ソー ス と な っ て い る。2002年

よ う や く日 本 で も,一 部 の レ コー ド会 社 よ

り,「複 製 制 御(コ ピー コ ン トロー ル)CD(以 が,依 CCCDで

然 と し て,多

の パ ッケ ー ジの フ ァイ ル

くの音 楽CDは

下CCCDと

略)」 が 発 売 され た

事 実 上 ノ ー ガ ー ドで あ る。 また,こ

取 り扱 わ れ て い る楽 曲 も,発 売 翌 日に はWebぺ

の

ー ジ に不 正 に ア ッ

プ ロ ー ドさ れ て い る な ど,セ キ ュ リテ ィ面 の不 十 分 さ が 表 面 化 し て い る 上 に,音 質 の 劣 化 が 指 摘 され る な ど(そ の後 相 当 の 改善 は な さ れ て い るが),業 界 内 で の評 判 も必 ず し も芳 し くな い 。 8.2.1  音 楽 電 子 透 か しの 適 用 領 域   こ う した 中,音 楽CDの

パ ッケ ー ジ に収 録 され た デ ィ ジ タ ル コ ンテ ン ツ を

保 護 す る技 術 と して,電 子 透 か し が 再 び 注 目 を 集 め て い る。 電 子 透 か し と は,コ

ン テ ン ツ デ ー タ そ の もの に コ ピー 防 止 信 号 や コ ンテ ン ツ管 理 の た め の

IDデ ー タ を埋 め 込 む技 術 で,デ ー タ全 体 領 域 の 一 部 を別 の デ ー タ に 置 き変 え埋 め 込 む た め,そ

う した 制 御 情 報 の 除 去,改

  電 子 透 か し技 術 は,表8.1の

ざ ん が 難 しい とされ て い る。

通 り三 つ の 用 途 を持 つ と され て い る。 電 子透

か し は,当 初 「ハ ー ド間 の コ ピ ー コ ン トロー ル」 の 用 途 で 注 目 され,音 業 に お い て標 準 化 が 目指 され たが,様

楽産

々 な事 情 が あ り現 在 は頓 挫 して い る。

表8.1  電子 透 か しの 用途

現 在,電

子 透 か し の 用途 とし て注 目 され て い るの は,音 楽CDの

を ソ ー ス とす る デ ィ ジタ ル フ ァイ ル(音 楽 で はMP3等)の と証 拠 保 全 」 の 用 途 で あ る。 この利 用 用 途 は,コ

パ ッケ ー ジ

「不 正 配 信 の追 跡

ピー その もの を防 止 す る も

の で は な い が,著 作 物 の 不 正 な や り取 り を飛 躍 的 に拡 大 させ る不 正 配 信 行 為 を追 跡 し*,そ の 証 拠 を保 全 す る こ とが で き る。   しか し,電 子 透 か しを 「不 正 配 信 の追 跡 と証 拠 保 全 」 に利 用 す る に は,三 つ の 基 盤 が 必 要 で あ る。 まず,電 子 透 か しが 挿 入 され た デ ィジ タ ル フ ァ イ ル を徹 底 的 に 追 跡 す る主 体 が 必 要 で あ る(具 体 的 に は,日 常 的 に ネ ッ ト配 信 を 監 視 し,配 信 サ イ トの フ ァイ ル を含 め た様 々 な履 歴 を一 時 的 に蓄積 す る シ ス テ ム と そ の 運 用 主 体 が 必 要 で あ る)。 次 に,著 作 者 に許 諾 な く配 信 を行 う も の は違 法 だ と もれ な く訴 追 で き る こ との 制 度 的 な 担 保 が必 要 で あ る。 す な わ ち,著 作 権 者 が 許 諾 して い な い配 信 サ イ トが ネ ッ ト上 にあ れ ば,そ れ が,非 営 利 の もの で あ っ て も,個 人 で あ っ て も,「 例 外 な く」 違 法 で あ る こ との 制 度 が 用 意 され な け れ ば管 理 が 煩 雑 に な る。 そ して,三 拠 を保 全 し て い れ ば,プ

ロバ イ ダ ー 等 に,サ

つ 目 と して,違 法 の 証

イ トの運 営 者 情 報 の 開 示 を請 求

*イ ンタ ーネ ッ ト上 のサ ーバ に ア ップ ロー ドされ て い る音 声 フ ァイ ル の す べ てが,著 作権 法 等 で保 護 され る楽 曲 を不正 配 信 して い る もの で は ない 。不 正 配 信 の 監 視 ・管 理 主 体 は, あ らゆ る音 声 フ ァイ ル等 とそ の属 性情 報 を一 時 的 に蓄 積 す るが,そ の 量 は膨 大 で あ り,電 子透 か しが 不 正配 信 の発 見 業務 の 効 率化 と精 度 の 向上 を飛 躍 的 に高 め るた め に不 可 欠 で あ る と され て い る。

で き る権 利(制 度)の 確 立 が 必 要 で あ る。   音 楽 分 野 に お い て は,こ JASRAC(日

れ ら三 つ の 基 盤 が 成 立 した 。 前 二 つ の 基 盤 は,

本 音 楽 著 作 権 協 会)に よ る監 視 シ ス テ ム の 本 格 的 運 用 と非 商 用

配 信 の著 作 権 管 理 の 開 始 に よ り2001年 も,2002年,法

夏 に成 立 し,三 つ 目 の 基 盤 に つ い て

律(い わ ゆ る 「プ ロバ イ ダ ー 責 任 法 」)が施 行 さ れ成 立 した 。

8.2.2  音 楽 電 子 透 か し技 術 の 適 用 の 現 状   で は,「 音 楽 電 子 透 か し技 術 の水 準 は,実 際 の 業 務 に適 用 可 能 な レベ ル に あ るの か 」 とい う こ とが,普 及 の 大 きな鍵 とな る。   日本 の 著 作 権 管 理 団体 で あ るJASRACと,著 あ るCISACとBIEMは,JASRACを 透 か しの 国 際 技 術 評 価 テ ス トを,2000年 実 施 し た(プ ロ ジ ェ ク ト名 は,そ る)。 な お,プ

作権 管理 団体 の世界連 盟で

プ ロ ジ ェ ク ト リー ダ ー に,音 楽 電 子 度,2001年

れ ぞ れSTEP

度 の2カ

2000,STEP

年度 にわ た り 2001と 呼 ば れ

ロ ジ ェ ク トの コ ー デ ィネ ー ト,プ ロ デ ュ ー ス,実 施 業 務 は,

野 村 総 合 研 究 所 が 担 当 し た。 (1)  評 価 テ ス ト仕 様   評 価 テ ス トは,技 術 の 進 化 の 評 価 等 の た め,STEP

2000,STEP

2001と

ほぼ 同 様 の仕 様 で 実施 した 。 以 下 は,そ の 概 要 で あ る。   (a)  テ ス トに使 用 した 楽 曲   耐 性 テ ス トは,ポ

ップ ス2曲,ク

ラ シ ッ ク1曲,特

響 曲 の 課 題 曲 に は,日 本 の伝 統 音 楽,お 音 質 テ ス トは,前 記5曲

の う ち,ポ

殊 音 響 曲2曲[特

殊音

よ び パ ー カ ッ シ ョ ン 曲 を用 い た],

ップ ス,ク

ラ シ ッ ク,特 殊 音 響 曲 を それ

ぞ れ1曲 使 用 した 。   (b)  耐 性 テ ス トの 概 要(表8.2)   耐 性 テ ス トは,同 一 条 件 下 にお い て,以 下 の 処 理,環

境 を想 定 し,予 め参

加 企 業 が 挿 入 した 透 か しデ ー タが 再 び抽 出 で き るか を評 価 し た。 ・マ ス タ リン グ ス タ ジ オ で の処 理 ・放 送 ス タ ジオ で の 処 理(お よ び放 送 実施 環 境 の想 定) ・イ ン タ ー ネ ッ ト配 信 に関 わ る処 理 ・消 費 者 が 用 い る 一般 的 機 器 で の 処 理

表8.2 

  (c) 

耐 性 テ ス ト項 目(21項

目)

音 質 テ ス トの 概 要

[1.  ABXテ

ス ト]

・音 質 テ ス ト は,ABXテ

ス ト に よ り実 施 し た 。ABXテ

ス トの 概 要 は,次

の 通 りで あ る。 ・被 験 者 は,透 (B),透

か しが 挿 入 され た も の

か し が 挿 入 さ れ て い る か ど う か 明 ら か で な い も の(X)を

・被 験 者 は を40秒

か し が 挿 入 さ れ て い な い も の(A),透

,A,Bを

交 互 に40秒

間 ず つ そ れ ぞ れ2回

間 聴 く。 被 験 者 は,XがA,Bど

聴 く。

ず つ 聴 き,そ

の 後X

ち らか を判 断 す る。

[2.  被 験 者] ・被 験 者 は

,レ

コ ー デ ィ ン グ 業 界 のGolden

Ear,Silver

Earか

ら,下

記 の

四 つ の 職 種 そ れ ぞれ に お い て,4人

ず つ選 出 した 。

・レ コー デ ィ ング エ ン ジ ニ ア ・マ ス タ リン グ エ ン ジ ニ ア ・シ ンセ サ イ ザ ー マ ニ ピ ュ レー タ ・オ ー デ ィオ 評 論 家   (d)  その 他 の テ ス ト   耐性 テ ス ト,音 質 テ ス トに加 え,以 下 の テ ス トも実 施 し,技 術 評 価 に利 用 した 。 ・音 響 分 析 ・処 理(挿 入 ・抽 出)時 間 の測 定 ・ビ ッ ト誤 りの測 定 ・同期 ず れ へ の対 応 状 況 の把 握 (2)  評 価 テ ス ト結 果   STEP

2001で は,「 音 楽 電 子 透 か し技 術 の 水 準 は,実 際 の業 務 に適 用 可 能

な レベ ル に あ る の か 」 とい う利 用 者 側 の 問 い に対 し,STEP

2001認 定 企 業

とい う形 で,「 そ う した 技 術 を提 供 で き る企 業 が 存 在 す る 」 と い う結 果 を 出 した(認 定 企 業 を2社,将

来 認 定 の 可 能 性 の あ る企 業 を2社,そ

れ ぞれ選 定

した)。   そ れ ら認 定 企 業 は,評 価 テ ス トに対 し,以 下 の 技 術 水 準 を ク リアす る企 業 で あった。 [1.  耐 性 に関 す る技 術 水 準] ・一 般 的 な 楽 曲(特 殊 音 響 を 除 くポ ップ ス ,ク ラ シ ック)で の透 か し利 用 に お い て,課 題 と し た21項

目の 耐 性 テ ス トの ほ とん ど(90%以

上)で,利

問 題 が な い 水 準 を ク リア す る こ と[利 用 に 問題 が ない 水 準:各 項 目 に 関 して,楽

曲 の 過 半(50%以

用に

耐性 テス ト

上)の フ レー ム か ら,挿 入 した 情 報 が 抽

出 で き る]。 ・加 え て,「 イ ン タ ー ネ ッ ト配 信 に関 わ る処 理 」,「 放 送 を想 定 し た処 理 」 に つ い て は,利 用 に問 題 な い水 準 を もれ な くク リア す る こ と[イ ン タ ー ネ ッ ト配 信 に 関 わ る 処 理:線 ATRAC

3,Real

形 デ ー タ 圧 縮(MP3,MPEG

Audio,Windows

Media

Audio)][放

2

AAC,

送 を想 定 した 処

理:非

線 形 デ ー タ 圧 縮(AM,FM,PCM),周

波 数 応 答 特 性 変 換(AM,

FM,PCM)]。 [2.  音 質 に関 す る技 術 水 準] ・上 記 を ク リア した 技 術 の う ち,「 情 報 の 挿 入 に よ る 音 の 変 化 」 を認 識 した もの の 割 合 が,実 験 を行 っ た す べ て の 楽 曲 に つ い て 著 し く低 い(10%未

満)

こ と。 [3.  そ の 他] ・処 理 時 間:情

報 の 挿 入,抽

・情 報 の信 頼 性:False

出 とも に短 時 間(10秒 程 度)で で き る こ と。

Positive(ビ ッ ト誤 り)が起 き な い こ と[False

Positive

:挿 入 さ れ て い な い デ ー タ(も し くは挿 入 さ れ た も の と は異 な っ た デ ー タ)を ,求 め られ る 透 か しデ ー タ と して 抽 出 す る こ と][ビ

ッ ト誤 り:

False Positiveの 発 生 に対 す る誤 りの判 定 処 理 が 機 能 せ ず,求

め られ る透

か しデ ー タ とは 異 な る透 か し デー タが 抽 出 され る こ と]。 ・同期 ず れ:楽

曲 の 同 期 が ず れ て も情 報 が 抽 出 で き る こ と[同 期 ず れ:「 楽

曲 の一 部 分 を取 り出 す 」,「楽 曲 の 冒頭 等 に楽 曲以 外 の 音 を付 加 す る」 な ど に よ り透 か しの 抽 出 開 始 位 置 が ず れ る こ と]。  これ らの 評 価 テ ス ト結 果 は,2000年

度 に 実 施 したSTEP

2000と 比 較 し,

飛 躍 的 に向 上 した 。 ・耐 性 テ ス トで は,STEP が存 在 した が,STEP

2000に お い て は,参 加 各 技 術 と も不 得 手 な処 理 2001は そ れ ら を ク リア した もの が 多 か っ た 。 また,

最 も重 要 な項 目 の 一 つ で あ る線 形 デ ー タ 圧 縮 の 耐 性 は 向 上 が 顕 著 で あ っ た。 ・音 質 テ ス ト結 果 も,STEP Golden

Ear,Silver

2000に 比 べ て 飛 躍 的 に 向 上 し た 。 参 加 し た

Earの 技 術 へ の 信 任 も,非 常 に大 きな も の で あ った 。

(3)  評 価 に お け る 留 意 点   (a)  そ の 他 の 評 価 視 点   実 際 の技 術 の適 用 に関 して は,本 評 価 テ ス ト項 目 に 加 え,下 記 の視 点 が 不 可 欠 で あ る。 ・実 施 コス ト:透 か しの挿 入,抽 い こ と。

出 に か か る コ ス トが 利 用 に 際 し て問 題 が な

・セ キ ュ リテ ィ:埋 め 込 み 情 報 が 改 ざ ん さ れ な い,透 か しア ル ゴ リズ ム が リ バ ー ス エ ン ジ ニ ア リン グ さ れ な い こ と[STEP 要 件 の 検 証 の 困 難 さ(あ る い は,そ に,合 理 的 に位 置 づ け難 い),テ

2001で は,セ キ ュ リテ ィ

の技 術 の セ キ ュ リ テ ィ レベ ル を定 量 的

ス ト実施 の ス ケ ジ ュー ル 上 の制 約 に よ り,

セ キ ュ リテ ィ に 関 して は 評 価 項 目 よ りは ず して い る]。   (b)  評 価 に お け る留 意 点   STEP

2001で は,電 子 透 か し技 術 は前 記 項 目 よ り評 価 した が,こ

れ らの

評 価 視 点 は互 い に独 立 した もの で は な く,ト レー ドオ フ の関 係 に あ る とい う こ と に注 意 し な けれ ば な らな い 。 技 術 を評 価 す る際 に は,こ れ らの トレ ー ド オ フ の関 係 を考 慮 し,総 合 的 に判 断 しな けれ ば な ら ない 。   (c)  「 音 質 」 と 「耐 性 」 の 関 係 ・音 質 と耐 性 は単 位 時 間 の 埋 め込 み デ ー タ個 数(単 位 時 間 内 に何 個 求 め られ る透 か し情 報 を 挿 入 す るか)を パ ラ メ ー タ と し て変 化 す る。 単 位 時 間 の 埋 め 込 み デ ー タ個 数 を増 や せ ば 音 質 は低 下 し耐 性 は 向 上 す る。 逆 に,単 位 時 間 の 埋 め込 み デ ー タ個 数 を減 らせ ば音 質 は向 上 し耐性 は低 下 す る。 ・ 「音 質 」 と 「耐 性 」 は トレー ドオ フ の 関 係 に あ る 。   (d)  抽 出情 報 の信 頼 性 に つ い て [1.  FP(False

Positive)に つ い て]

・透 か しが 挿 入 され て い な い(も と も と透 か しが 挿 入 さ れ て い な い 場 合 だ け で な く,何 らか の処 理 に よ り透 か し が 消 え て し まっ た 場 合 も あ る)楽 曲 の デ ー タ ビ ッ ト列 が,誤 をFalse

っ て透 か し情 報 と して 認 識 され る こ とが あ り,こ れ

Positive(以 下FP)と

呼 ぶ。

・FPの 発 生 を抑 え る に は,検 出 す る デ ー タ が 明 らか に透 か し デ ー タ で あ る こ と を ソ フ トウ ェ ア が認 識 で き る よ う に,透 か し を挿 入 す る際 に行 う音 楽 デ ー タ へ の 変 化 を大 き くす る(よ り音 楽 デー タ を歪 に変 化 させ る)。 ・し か し,上 記 の操 作 を行 う と,音 楽 デ ー タ が よ り大 き く変 質 す る た め に, 音 質 は 劣 化 す る。 ・ま た,よ

り大 き く音 楽 デ ー タ を 変 化 させ た 上 で 音 質 の 劣 化 を 回 避 す る に

は,音 楽 デ ー タ を変 化 させ る頻 度(単 位 時 間 あ た り挿 入 す る透 か し デ ー タ 量)を 減 らす手 立 て も あ るが,そ

の 際 に は耐 性 が 劣 化 す る。

[2.  ビ ッ ト誤 りに つ い て] ・前 記 のFPが

発 生 す る と,誤 っ た 透 か し情 報 が検 出 され る 。 これ を ビ ッ ト

誤 り と呼 ぶ 。 ・ビ ッ ト誤 りが 発 生 して し ま って も,抽 出 され た 情 報 が 正 しい か ど うか を判 定 す るデ ー タ(例 え ば,誤

り訂 正 符 号)を 付加 して お け ば,抽 出 さ れ た情 報

が 正 しい か ど うか を判 定 す る こ とが で き る。 ・た だ し,余 分 な デ ー タ を付 加 す る こ とに な るた め,透 か し と して挿 入 す る デ ー タ量 が 多 くな り,音 質 は劣 化 す る。 音 質 を劣 化 させ な い 場 合 に は,単 位 時 間 に埋 め込 む デー タ量 を減 ら さな けれ ば な らな い の で,耐 性 が 劣 化 す る。 [3.  埋 込 ・抽 出 の サ イ クル に つ い て]   透 か し情 報 の埋 め 込 み(抽 出)間 隔(何 秒 お き に透 か し を抽 出 で き る か)を 短 くす る と,抽 出 間 隔 に お け る デ ー タ個 数 が 減 少 す るの で 耐 性 が 低 くな る。 逆 に,耐 性 を一 定 に保 と う とす る場 合,少

な い時 間 間 隔 に デ ー タ を埋 め込 まな

けれ ば な らな い た め,音 質 の劣 化 を避 け られ な い 。 [4.  「同期 ず れ へ の対 応 」 と 「抽 出 処 理 時 間 」 の 関 係 に つ い て] ・楽 曲 の 同期 が ず れ る と,透 か し埋 め込 み個 所 の 起 点 が わ か らな くな り,埋 め込 ん だ 透 か し情 報 が 一 切 抽 出 で き な くな る とい う 問題 が発 生 す る。 ・この 問題 を解 決 す る に は,透 か し抽 出 ソ フ トウ ェ ア に起 点 の 位 置 を探 す 仕 組 み を導 入 し な け れ ば な らな い。 起 点 を探 す に は,一 般 的 に大 き な処 理 が 必 要 で あ る(処 理 時 間 が か か る)。 ・同期 ず れ と抽 出時 間 は トレー ドオ フの 関 係 に あ る。

8.3 

音 楽 電 子 透 か しの 普 及 の 可 能 性

8.3.1  産 業 的 側 面 か ら の 考 察 (1)  技 術 の提 供 者 側 の 状 況   音 楽 電 子 透 か し技 術 は,米

国,英 国,日 本,韓

国 等 の ベ ン チ ャー 企 業 に よ

っ て,技 術 の考 え方 や ビ ジ ネ ス が リー ド され て き た とい う特 徴 を も っ て い る。 技 術 の提 供 者 側 の性 格 は,技 術 の普 及 に大 き な影 響 を与 えて きた 。

  (a)  技 術 情 報 に対 す る利 用 者 側 の 不 信   ベ ン チ ャ ー企 業 は技 術 力 や 着 想 等 に高 い 能 力 を 有 し て い て も,そ の 適 用 や 商 品 化 の能 力 が 不 十 分 な場 合 が 多 い 。 技 術 の 提 供 者 が 利 用 者 へ提 示 す る技 術 情 報(「あ れ もで き る,こ れ もで き る」 の類)が 理 論 的 に は 可 能 で あ っ て も, そ れ が 利 用 者 に い つ まで 待 っ て も提 供 さ れ ず,最 終 的 に提 供 さ れ な い ケ ー ス が 数 多 く見 られ た。 電 子 透 か し技 術 の 機 運 が 高 ま っ た初 期 に見 られ た こ う し た不 信 感 が 現 在 も普 及 の 足 か せ に な って い る可 能 性 が あ る。   (b)  技 術 普 及 基 盤 の 成 立 とベ ン チ ャー ビジ ネ ス の ス ピー ド感 の 差 異   音 楽 電 子 透 か し技 術 を 「不 正 配 信 の 追 跡 と証 拠 保 全 」 の 用 途 に利 用 す る基 盤 は,JASRAC他

の 関係 各 位 の粘 り強 い努 力 が あ り,前 述 の通 り,2002年

に 日本 で 世 界 に 先 駆 け成 立 した 。 一 方 で,こ 時 期 は1997∼1999年 資 家 は,彼

れ らベ ン チ ャー 企 業 が 成 立 した

で あ る。 企 業 設 立(成 長)の た め に彼 らに 出 資 を した 投

らが 利 益 を 出 す まで にせ いぜ い3∼5年

程 度 の 猶 予 しか認 め な い。

  ベ ン チ ャー 企 業 の 多 くは こ う した 基 盤 の 必 要 性 を理 解 せ ず,上 述 の よ う な セ ー ル ス 活 動 を行 った 後,普

及 の基 盤 の 成 立 前 後 に 破 綻 して い る(そ う し た

企 業 の うち,破 綻 に まで 至 らな い 企 業 は,早 々 に音 楽 電 子 透 か しの ビ ジ ネ ス 化 に見 切 り をつ け,他 の セ キ ュ リテ ィ技 術 等 で 業 を な し て い る)。 現 在,利 用 に足 る技 術 を永 続 的 に 提 供 で き る 可 能 性 の あ る企 業 は,2∼3社 (なお,こ

う した 基 盤 は 日本 で は成 立 して い るが,他

となった

国 で は成 立 して い な い。

さ ら に は 将 来 も長 き に わ た っ て 成 立 す る可 能 性 が 低 い とい う の が 現 実 で あ る)。 (2)  技 術 の 利 用 者 側 の 意 識   と こ ろで,音

楽 電 子 透 か しの利 用 者 と は誰 か で あ る が,一 般 的 に は,音 楽

の 創 作 活 動 の成 果 を 「 音 」(イ ン タ ー ネ ッ ト上 を流 通 す る 形 態 と して は 「デ ィ ジ タ ル 音 楽 フ ァイ ル 」)にして,ビ

ジ ネ ス を行 う レ コ ー ド会 社 や 音 楽 出版 社

な どが 当 た る(「レ コ ー ド製 作 者 」 や 「原 盤 制 作 者 」 と呼 ば れ る)。 彼 ら は, デ ィ ジ タ ル 音 楽 フ ァイ ル とい う財 産 を保 全 で き な い と ビ ジ ネ ス が 成 り立 た な い し,そ の財 産 を不 当 に毀 損 され た ら,そ の 一 番 の 被 害 者 と な るわ け で あ る。   しか し,JASRAC等

に よ る これ だ け の 取 り組 み が 進 ん で も,彼

らは技術

の採 用 に は あ ま り積 極 的 とは言 え な い 状 況 で あ る。 彼 ら は,ブ ロ ー ドバ ン ド

ネ ッ トワ ー ク時 代 の 到来 の 業 界 へ の イ ンパ ク トに対 す る認 識 が 不 十 分 で あ る わ け で も,技 術 へ の 理 解 が 低 い わ け で もな い。 例 え ば,前 述 のCCCDは, 実 質 的 な採 用 検 討 の 開始 か ら採 用 まで,極 著 者 は,STEP

2000,STEP

め て早 い ス ピー ドで 処 理 され た 。

2001の 音 質 テ ス トに お い て,プ

ロの音質 へ の

神 経 質 な まで の感 度 や こだ わ りを 目の 当 た り に した が,同 様 の 音 の プ ロ が, 音 質 に 対 す る こだ わ りを あ る程 度 割 り切 り,CCCDの

採 用 を急 い だ わ け で

あ る。   彼 ら に,こ

う し た 現 状 や 将 来 に 対 す る総 論 と して の 危 機 感 は十 分 存 在 す

る。 し か し,各 論 と な る と そ の 対 応 策 は,小 (CCCDは

出 し で あ り,後 手 で あ る

例 外 で あ る)。 後 述 す る音 楽 電 子 透 か し の 「不 正 配 信 の 追 跡 の 」

実 証 実 験 に お い て も,彼

らの対 応 は 積 極 的 な もの で はな か っ た(権 利 者 との

共 闘 が や りに くい の は,心 情 的 に は理 解 で き る と して も)。   日本 の レ コー ド産 業 の規 模 は,こ こ3∼4年,急 速 に小 さ くな っ て い る** 一方 で ,フ ァイ ル 交 換 ソ フ トで の 被 害 は,す で に非 常 に大 き い もの とな っ て い る と推 計 が な され て い る(社 団 法 人 日本 レ コ ー ド協 会)。 危 機 感 を醸 成 す る 環 境 や情 報 に は事 欠 か な い 中,状 況 が 進 展 し な い理 由 は,本 件 に関 す る業 界 の 実 力 者 の 大 局 観 と リー ダ ー シ ッ プ の な さ に よ る と こ ろが 大 き い の で はな い か と思 わ れ る。   実 際 に不 正 配 信 を行 っ て い る もの を,シ ス テマ テ ィ ッ ク に訴 追 す る とい う 方 法 は,不 正 配 信 の 被 害 を極 小 化 させ るた め に(特 に大 規 模 な もの),本

来,

非 常 に 効 率 的 な 手段 で あ る は ず で あ る。 8.3.2  技 術 的 側 面 か ら の 考 察   技 術 的 側 面 か ら見 て,音 楽 電 子 透 か し技 術 の利 用 を妨 げ る最 も大 きな 要 因 は,「 セ キ ュ リテ ィ」 に対 す る不 安 だ と思 わ れ る。 す な わ ち,電 子 透 か し技 術 は,暗 号 技 術 と違 っ て,「 どれ く ら い安 全 か が よ くわ か らな い」 とい う こ とで あ る。   あ る電 子 透 か し技 術 の特 質 を解 析 す るた め に,最

も基 本 的 な 手 立 て は,透

か し 「な し」 の 音 源 と透 か し 「あ り」 の 音 源 の両 方 を用 意 す る こ とで あ る。 **日

本 レ コ ー ド協 会 に よ る と

ん ど が 音 楽CDの

,2002年

生 産 額)は,1998年

の 日 本 の オ ー デ ィ オ レ コ ー ドの 総 生 産 額(そ の ほ と に 比 べ27%も

減 少 し て い る。

この 両 方 が あ る場 合 とな い場 合 で は,そ の透 か し技 術 の セ キ ュ リテ ィ レベ ル が 非 常 に大 き く異 な って くる。   仮 に,発 売 され る音 楽CDが

透 か しあ りの も のが 通 常 とな る と,世 の 中 に

は,透 か し入 りの フ ァイ ル が 「マ ス タ」 の音 源 と し て 出 回 る こ とに な るが, 透 か し あ り/な しが 両 方 存 在 す る こ とが 問 題 で あれ ば,途 中 の生 成 物 で あ る 透 か し な しの フ ァイ ル(現 状 で は これ が 「マ ス タ」 の 音 源)が 廃 棄 さ れ る,も し くは絶 対 外 部 に 出 な い よ う管 理 され る必 要 が あ る。   透 か し な しの フ ァ イ ル を 廃 棄 す る こ と は,心 理 的 抵 抗 が 大 き い だ け で な く,業 務 面 の 不 都 合 もあ り,現 実 に は難 し い。 した が っ て,こ

れが,外 部 に

出 な い よ う厳 重 な管 理 をす る しか な い が,音 源 の 制 作 過 程 に は実 に 多 くの人 が 関 わ るた め,こ 等,現

の 管 理 体 制 の 徹 底 に は,マ

ス タの管 理 の責任 体制 の定 義

場 に相 当 の 負荷 をか け る必 要 が 出 て くる 。

  また,透

か し あ りの 音 源 が 一 般 的 に な る まで の移 行 期 に は,ア ル バ ム に収

録 され る既 発 売 の シ ン グル 作 品等 の 問 題 もあ る 。 そ う した 作 品 は,す で に透 か し な し の音 源 で 発 売 し て い る た め,ア ル バ ム に収 録 す る際 に,今 度 は透 か し をあ りに す る と,透 か しあ り/な しの 両 方 が 世 の 中 に流 布 し て し ま う こ と に な る。 曲 を少 し変 えて,透

か し を入 れ る な ど,運 用 の工 夫 が 必 要 とな って

くる。 8.3.3  制 度 的 側 面 か ら の 考 察   「不 正 配 信 の 追 跡 と証 拠 保 全 」 の た め に,不 正 配 信 の 監 視 サ ー バ は,あ

ら

ゆ る音 声 フ ァイ ル 等 とそ の 属 性 情 報 を 「す べ て 」 一 時 的 に 蓄 積 す る と前 述 し た が,こ

れ は,厳 密 に は不 正 確 な表 現 とな っ て い る。

  不 正 配 信 の 監 視 サ ー バ は,機 能 的 に 言 え ば音 声 フ ァ イ ル 等 を拾 っ て くる検 索 ロ ボ ッ トで あ る が,こ

う し た ロ ボ ッ トは ロ ボ ッ トに よ る情 報 取 得 を拒 否 し

て い るサ イ トにつ い て,ネ

ッ トの世 界 の 慣 習 に則 り,通 常 それ に従 っ た 運 用

を し て い る(す な わ ち,そ

う し た サ イ トの 音 声 フ ァ イ ル は 拾 っ て こ な い 。

JASRACの

ロ ボ ッ トの 運 用 ポ リシ ー は不 明)。

  不 正 配 信 を監 視 す る とい う公 益 的 な使 命 を も っ た 検 索 ロ ボ ッ トは,Google 等 の情 報 検 索 エ ン ジ ン と異 な り,不 特 定 多 数 の,不 もの で は な い た め,こ

特 定 の 目 的 に供 す る

う した ネ ッ トの世 界 の 慣 習 に は必 ず し も従 うべ きで は

な い ので は な い か 。   あ る非 公 開 の調 査 に よ れ ば,ロ

ボ ッ トに よ る情 報 取 得 を拒 否 して い る サ イ

トは,や は り後 ろめ た い こ と を行 っ て い る もの が 多 い 。 さ らに は,そ う し た サ イ トが,ネ

ッ ト上 で フ ォ ー ラム を形 成 し,検 索 ロ ボ ッ トか らの情 報 取 得 を

回避 す る手 法 の 情 報 交 換 を して い る場 合 も存 在 す る との こ とで あ る。 こ う し た サ イ トは 少 数(世 に あ る サ イ ト全 体 か ら見 れ ば0.1%に るが,そ

も満 た な い)で は あ

の少 数 の サ イ トの 行 う社 会 的 な悪 影 響 は甚 大 な もの が あ る。

  音 楽 電 子 透 か し を用 い,不 正 配 信 の 訴 追 を シス テマ テ ィ ッ ク に行 い,著 作 権 を守 る こ う した 地 道 な 活 動 の真 価 を よ り発 揮 す るた め に は,こ

う した ネ ッ

トの世 界 の 慣 習 の 解 釈 を 本質 的 な視 点 か ら見 直 す べ き で あ る。 最 近 で は,少 数 で は あ るが,監

視 サ ーバ の 中 に,ロ ボ ッ トに よ る情 報 取 得 の 拒 否 に配 慮 し

な い運 営 を行 う もの も存 在 す る。 彼 らは,拒 否 サ イ トか らの ク レー ムが 来 た ら,「 拒 否 に従 うべ き実 態 上 の 根 拠 の な さ***」,「実 害 の な さ(サ イ ト運 営 者 か ら見 れ ば 不 正 が 発 見 さ れ る とい う実 害 が あ る が)」,お よ び公 益 的 な視 点 か ら反 論 す る予 定 で あ る。

8.4 

結

論

  音 楽 電 子 透 か しが,音 源(フ ァ イル)の マ ス タ に挿 入 され る とい う こ と は, 当 た り前 で は あ る が,今 後 保 存 さ れ,あ が,透

らゆ る音 楽 資 産 の も と とな るマ ス タ

か し入 りの 音 に な る とい う こ とで あ る。 した が っ て,電 子 透 か し技術

は,技 術 そ の もの が 高 品 質 で あ る ば か りで な く,そ れ を 開 発 し た企 業 か ら, 安 定 的,か

つ 永 続 的 に技 術 が 供 与 され る こ とが 不 可 欠 とな り,技 術 の採 用 に

あ た っ て は,実 に 高 い様 々 な ハ ー ドル を ク リア す る こ とが 求 め られ る こ とに な る。   し か し,そ STEP

う し た 高 い ハ ー ド ル で あ っ て も,STEP

2001の 実 施 を 通 じ,利 用 に足 る技 術 が 見 出 され,ま

2000お

よび

た,後 述 す る実

***単 な る慣 習 以 外 の拒 否 の 理 由 に

,「短 時 間 で の ア クセ ス負 荷 の増 大 に よ る実 害 」 を あ

げ る場合 もあ るが,現 在 の監 視 サ ーバ の 運用 は,こ う した弊 害 を起 こさ な いた め の 配 慮 が な され て い る。

利 用 に沿 っ た 総 合 的 なテ ス ト(実証 実験)を 通 じ,実 業 務 上 も即 座 に利 用 で き る技 術 が あ る こ とが 証 明 さ れ た 。 今 後 は,前 述 した 産 業 的,技 術 的,制

度的

な側 面 か ら の課 題 を いか に早 期 に ク リア す るか で あ る が,い ず れ も導 入 に際 して の 致 命 的 な課 題 で は な く,十 分 な情 報 共 有 と関 係 者 間 の 議 論 が 進 め ば解 決 に 向 か う もの と思 わ れ る。   で は,音 楽 電 子 透 か し技 術 が 普 及 す る か ど う か(音 源 を創 作 ・管 理 す る企 業=ユ

ー ザ が 採 用 す るか ど うか)で あ るが,結 論 か ら言 え ば,技 術 保 有 者 が

電 子 透 か しを採 用 す る費 用 対 効 果 を 明 示 し,ユ ー ザ が,経 済 合 理 的 な判 断 を 行 うか ど うか の シ ン プ ル な問 題 に収歛 され る と思 わ れ る。 す な わ ち,透 か し 技 術 の採 用 の経 済 合 理 性 に対 す る,技 術 保 有 者 側 の十 分 な説 明 力 は不 可 欠 で あ るが,ユ

ー ザ は,経 済 合 理 性 か らす れ ば本 技 術 を採 用 す る判 断 を す るの が

妥 当 とい う こ とが 筆 者 の 意 見 で あ る。   不 正 配 信 の 摘 発 の 基 盤 は,前 述 の 通 りす で に整 備 さ れ て い る。 電 子 透 か し を挿 入 す る こ とに よ り,不 正 配 信 の 摘 発 の効 率 が 高 ま り,そ れ と同 時 に電 子 透 か しが 広 く認 知 され れ ば(例 え ば 「電 子 透 か し を挿 入 した 楽 曲 の 不 正 配 信 が 数 多 く摘 発 さ れ,年

に数 回 マ ス コ ミ沙 汰 に な る」 な ど),不 正 配 信 を行 う

こ とへ の 抑 止 力 は強 力 に働 くこ とに な る。 こ ん な こ とが 日常 的 に な れ ば,あ る程 度 の 規 模 以 上 の 不 正 配 信 は ほ とん どな くな る の で はな い か 。 内 外 の音 楽 関係 団 体 で は不 正 配 信 に よ る被 害 額 の想 定 を行 っ て い るが,そ を取 り戻 す と考 えれ ば,電 子 透 か しの ライ セ ン ス料,運

の 莫 大 な被 害

用 料 は,十 分 合 理 的

な 範 囲 に収 ま る も の と想 定 され る。   CCCDの

推 進 は意 欲 あ る 取 り組 み で あ り,コ ピ ー そ の も の を コ ン トロ ー

ル す る試 み は重 要 で あ るが,二 べ きで あ る。 一 つ 目 は,CCCDを 楽 曲 は必 ず コ ピ ー が 作 られ,不

つ の 理 由か ら,並 行 し て電 子 透 か し も採 用 す 行 っ て も,エ

ン ドユ ー ザ の ニ ー ズ の 高 い

正 配 信 され る(様 々 な 手 法 が あ る が,最

も簡

単 な手 法 は 一 度 ア ナ ロ グ に して し ま え ば よい → しか し電 子 透 か しは ア ナ ロ グ に変 換 さ れ て も残 る)。CCCDの 対 抗 は で き な い 。CCCDは つ 目 は,CCCDは,エ

楽 曲 で も,コ ピ ー され 配 信 さ れ れ ば,そ

の

直 接 的 に は 不 正 配 信 を減 らす 手 段 で は な い。 二

ン ドユ ー ザ の 利 用 に ス トレ ス が か か る手 法 で あ り,

彼 らの 反 発 を お して ま で(も し くは コ ス トを 多 くか け て で も),す べ て のCD

に導 入 す る気 が な い ので あ れ ば,電 子 透 か しの 挿 入 は そ の補 助 手 段 とな り得 る。   音 楽 電 子 透 か しの 普 及 に 関 し て は,技 術 そ の も の の成 熟 度 は 十 分 に 高 ま り,様 々 な 周 辺 的 な 課 題 の解 決 は可 能 で あ る。 技術 の 提 供 者 とユ ー ザ が,経 済 合 理 性 の 次 元 で,技 術 の 採 用 に 向 け た 議 論 を す るか ど うか に か か っ て い る。

付録   JASRACは2002年,日

本 レ コ ー ド協 会(RIAJ)と

共 同 で,「 不 正 配 信 の 追

跡 と証 拠 保 全 」 を 目 的 に した音 楽 電 子 透 か し技 術 の 実 証 実 験 を行 い,そ の 結 果 概 要 を2003年1月

に公 表 した 。

実験概 要 ・テ ス ト音 源 に透 か しデ ー タ を挿 入 し,MP3等

の フ ァ イ ル に変 換 して ,イ

ン ター ネ ッ ト上 の サ ー バ に ア ップ ロー ドす る(擬 似 不 正 配 信 状 態 を作 る)。 ・他 の 音 声 フ ァイ ル と同様 に,JASRACの

不 正 配 信 監 視 シ ス テ ム に一 時 的

に蓄 積 す る 。 ・そ れ らの フ ァイ ル をwavフ

ァイ ル に 変 換 し,透 か し検 出 プ ロ グ ラ ム で,

透 か し情 報 を検 出 す る。 結果概要 ・STEPプ

ロ ジ ェ ク トで の認 定 会 社 等4社

が 参 加 した 。

・実 利 用 に お い て も,ま っ た く問 題 が な い こ とが 証 明 さ れ た(た だ し,参 加 企 業 全 社 で は な い)。 ・実 利 用 上 の 主 な チ ェ ッ クポ イ ン トは ,下 記 の 通 りで あ る。 ―十 分 に短 時 間 に処 理 され る ―処 理 に際 して,プ

ログ ラム エ ラ ー が な い

―挿 入 し た透 か し情 報 が 過 不 足 な く発 見 され る   (透 か し を挿 入 し て い な い もの を透 か し と して検 出 し な い)   (他社 の 透 か し情 報 を 自社 の透 か し情 報 と して検 出 し な い)

第9章 DVDに

対 する コンテ ンツ保護 と電子透 か し 明治大学理工学部   田 中 賢 一

信州大学工学部 

9.1 

は

じ

め

田中  清

に

  デ ィ ジ タ ル 技 術 の 著 し い 発 展 に よ り,映

像 や 音 楽 な どの様 々 な コ ンテ ン ツ

が 様 々 な メ デ ィ ア(媒 体)を 介 し て 利 用 さ れ て い る 。 そ の 一 つ にDVD(Digital Versatile デ ィ ア で,記

Disc)が

あ る 。DVDは

円盤 状 で 携 帯 可 能 な メ

憶 容 量 が 極 め て 大 き い 。 片 面 一 層 に4.7ギ

を 記 録 で き,DVD‐Videoで を 約2時

直 径 約12cmの

はMPEG‐2で

間30分,DVD‐Audioで

楽 な ら ば 約7時

間30分

格 納 で き るDVDに

ガ バ イ トに及 ぶ 情 報

圧 縮符号 化 した高画 質 な動 画像

はCD(Compact

Disk)と

同様 な品質 の音

記 録 で き る。 容 量 が 大 き く品 質 の 高 い コ ン テ ン ツ を

は,従

来 の ビ デ オ テ ー プ やCDに

代 わ っ て コ ン テ ン ツ市

場 を 拡 大 す る メ デ ィ ア と し て 大 き な 期 待 が 寄 せ られ て い る 。   一 方,デ

ィ ジ タ ル 情 報 は 不 正 な 複 製 や 配 信 に 脆 弱 で あ り,コ

ン テ ン ツ市 場

の 本 格 的 発 展 の 最 大 の 障 壁 に な っ て い る 。 音 楽 用CDがCD‐R(Recordable) に 容 易 に 違 法 コ ピ ー さ れ,さ

ら にMP3(MPEG‐1/Audio

Layer‐3)や

イ ン

タ ー ネ ッ トに よ っ て 違 法 コ ピ ー が 大 量 に 出 回 り 音 楽 市 場 に 大 き な 損 害 を 与 え て い る 事 実 は,コ

ン テ ン ツ ビ ジ ネ ス の 大 きな脅 威 とな っ て い る。 この よ う な

問 題 を 克 服 し,コ

ン テ ン ツ 市 場 を 健 全 に 発 展 さ せ る た め に,DVDに

は コン

テ ン ツの 不 正 利 用 を防 止 す る十 分 強 力 な保 護 方 式 が 求 め られ て い る。   本 章 で は,DVDに Scrambling

対 す る コ ン テ ン ツ 保 護 に つ い て,CSS(Content

System)1),2),CPPM(Content

Media)3)∼5),CPRM(Content

Protection

Protection for Recordable

for

Pre‐recorded

Media)3)∼5)な

ど

の 主 要 な 保 護 規 格 の 概 要 や コ ン セ プ ト を 示 す と と も に,DVD (DVD

Copy

Protection

Technical

Working

Group)で

CPTWG

標 準 規 格 と し て導 入

が 検 討 さ れ て い る 電 子 透 か し技 術6)∼11)に つ い て 述 べ る 。

9.2 

DVDの

基 礎 知 識

9.2.1 

DVDの

種 類 と規 格

  DVDに

は再 生 専 用 メ デ ィ ア と記 録 可 能 メ デ ィア が あ る。 そ れ らの フ ォ ー

マ ッ トは 関 連 性 を 持 っ て 定 め ら れ て お り,物 ーマ ッ ト

,ア

理 フ ォ ー マ ッ ト,フ

プ リ ケ ー シ ョ ン フ ォ ー マ ッ トか ら 構 成 さ れ て い る。 再 生 専 用 デ

ィ ス ク のDVD‐ROMは,物

理 仕 様(Part

1),フ

ァ イ ル シ ス テ ム(Part

ア プ リ ケ ー シ ョ ン 規 格(Part3:Video,Part4:Audio)か Part

1∼2を

ァイ ル フ ォ

基 礎 に,Part3を

ら な っ て い る。

付 加 す る とDVD‐Videoデ

を 付 加 す る とDVD‐Audioデ

2),

ィ ス ク と な る 。1枚

ィ ス ク に,Part4

の デ ィス ク上 に 異 な るア プ

リ ケ ー シ ョ ン フ ォ ー マ ッ トに よ る コ ン テ ン ツ が 記 録 さ れ て い るハ イ ブ リ ッ ド デ ィ ス ク(Part1∼2は

同 一)や デ ィ ス ク 基 板2枚

を 貼 り 合 わ せ た2層

デ ィス

ク も あ る 。 一 方 記 録 可 能 デ ィ ス ク で は,DVD‐R,DVD‐RAM,DVD‐RW の 規 格 ご と に そ れ ぞ れ 独 自 の 物 理 仕 様(Part1),フ

ァ イ ル シ ス テ ム(Part2)

か ら 構 成 さ れ て い る 。 デ ィ ス ク に 記 録 さ れ る ア プ リ ケ ー シ ョ ン規 格 は 特 定 し て い な い 。DVDの 9.2.2 

種 類 と規 格 内 容 に つ い て 表9.1に

DVD‐Videoに

  DVD‐Videoに

お け る映 像

ま とめ て示 す。

・音 声 信 号

お け る 映 像 信 号(主 映 像)はMPEG‐2方

最 大 転 送 レ ー ト10.08(Mbit/sec)以 と 色 差CR,CBの3信

式12)で 圧 縮 さ れ,

下 で 格 納 さ れ る 。 映 像 方 式 は,輝

号 を 扱 う コ ン ポ ー ネ ン ト方 式 で,サ

ン プ リ ン グ 数 はY

が720×480,CR,CBが360×240で

あ る 。Yは

フ ィ ー ル ド か ら 構 成),CRとCBは

フ ィ ー ル ド ご と に 交 互 に8ビ

(4:2:0)す

る 。 ま た,再

度Y

全 フ ィ ー ル ド(1フ

レ ー ム は2 ッ ト記 録

生 時 に付 加 的 に使 用 され る メニ ュー や字 幕 な ど の

サ ブ ピ ク チ ャ ー(副 映 像)は,ビ

ッ トマ ッ プ デ ー タ と し て ラ ン レ ン グ ス 圧 縮 し

て 記 録 さ れ る 。 音 声 は リ ニ アPCM(非

圧 縮)ま た は ド ル ビ ー デ ィ ジ タ ル(高

圧 縮 マ ル チ チ ャ ネ ル サ ラ ウ ン ド方 式,5.1チ

ャ ネ ル)の い ず れ か,ま

た は両

表9.1  DVDの

*印

種類 と規 格 内容

は メ ー カ 独 自 規 格,そ

の 他 はDVDフ

ォー ラ ム規 格 。

図9.1 

DVD‐Videoの

方 を 記 録 す る 。 リ ニ アPCMで 96kHzと16,20,24ビ

は,ま

本 化 周 波 数 と 量 子 化 ビ ッ ト数 は48,

ッ トの 中 か ら 組 み 合 わ せ て 選 択 で き る 。 オ プ シ ョ

ン と し てDTSとSDDS方   DVD‐Videoの

は,標

再 生 プ ロセ ス

式 で記 録 す る こ と もで き る。

再 生 プ ロ セ ス に つ い て,図9.1に

ず デ ィ ス ク か ら 信 号 を 読 み 取 り,こ

示 す。 プ レー ヤ 内部 で

れ を 復 調 し て 元 の 信 号 形 式 に戻

す 。 こ れ に 誤 り訂 正(リ ー ド ソ ロ モ ン 積 符 号 を 採 用,誤 施 し,識

別 子 に 従 っ て 信 号 を 主 映 像,音

デ オ デ コ ー タ に 入 力 し たMPEG‐2に 符 号(副 映 像)を 復 号 し,再 ン コ ー ド,D/A変

声,副

り 率10‐35を

映 像 に 分 離 す る 。 そ し て,ビ

よ る 圧 縮 符 号(主 映 像)と

ラ ン レ ング ス

生 さ れ た 輝 度 ・色 差 信 号 をNTSCやPALに

換 器 を 介 し て 出 力 す る 。 一 方,オ

レ ー ヤ と し て は,専

用 機,PC‐DVDプ

換器 を介 し レ ー ヤ,ゲ

機 な ど が 利 用 で き る 。 専 用 機 で は リ モ コ ン 操 作 に よ り,DVDデ 生 ま た は 記 録 再 生 が 行 え る 。 一 方,PCのDVD‐ROMド 正 ま で し か 行 わ ず,PCに

エ

ー デ ィ オ デ コ ー ダ で は,

必 要 に よ り ド ル ビ ー 方 式 な ど で 元 の 音 声 信 号 に 復 号 し,D/A変 て 出 力 す る 。DVDプ

実 現)を

ーム

ィスクの再

ライ ブはエ ラー訂

ハ ー ドウ ェ ア デ コ ー ダ か ソ フ トウ ェ ア デ コ ー ダ を

内 蔵 す る 必 要 が あ る 。 ま た,ゲ

ー ム 機 にDVD再

生 機 能 を 組 み 込 ん だ もの も

あ る。 9.2.3 

DVD‐Audioに

  DVD‐Audioで

は,従

お け る 音 声 ・映 像 信 号 来 の2チ

ャ ネ ル ス テ レ オ 再 生 か ら4,4.1,5,5.1,

6チ ャ ネ ル の マ ル チ チ ャ ネ ル サ ラ ウ ン ド再 生 ま で,高 実 現 す る 。 サ ン プ リ ン グ 周 波 数 は44.1kHz(CDと 192.1kHzか

ら 選 択 で き る 。 ま た,量

利 用 で き,24ビ CDの256倍

音 質 な リ ニ アPCMで 同 様),48,88.2,96,

子 化 ビ ッ ト数 は16,20,24ビ

ッ ト(理 論 ダ イ ナ ミ ッ ク レ ン ジ144db)で

は,16ビ

ッ トを ッ トの

の 分 解 能 を持 つ 。 サ ン プ リ ン グ 周 波 数 お よ び 量 子 化 ビ ッ ト数 を

増 加 す る と デ ー タ 量 が 著 し く増 加 す る が,DVD‐Audioで MLP符

号 化 方 式(Packed

PDMと

向 上 が 図 られ て い る。 また,高

は損 失 の な い

も呼 ば れ る)も サ ポ ー ト し,収 録 効 率 の

品質 な オ ー デ ィオ と同時 に静 止 画 や 動 画 像 も

収 録 で き る。 静 止 画 を オ ー デ ィオ と同 期 して 自 動 表 示 す る 「ス ラ イ ドシ ョ ー 」 や 利 用 者 が 自 由 に 閲 覧 す る 「ブ ラ ウザ ブ ル 静 止 画 」 機 能 が あ り,DVD‐ Videoと

同 様 な 方 式 で ビデ オ ク リ ップ な ど も記 録 で き る。

9.3 

DVDの

9.3.1 

暗 号 化 によ る コン テ ン ツ保 護

  9.2.1で

コ ン テ ン ツ 保 護 手 段

示 し た よ う に,DVDに

は再 生 専 用 メ デ ィ ア と記 録 可 能 メ デ ィ ア

が あ る 。 再 生 専 用 メ デ ィ ア 向 け の 保 護 規 格 は,DVD‐Videoに るCSS(Content CPPM(Content

Scramble Protection

DVD‐R,DVD‐RWな Protection   CSSで

System)とDVD‐Audioに for Pre‐recorded

採 用 され て い 採 用 さ れ て い る

Media)で

あ り,DVD‐RAM,

どの 記 録 可 能 メ デ ィ ア 向 け の 保 護 規 格 がCPRM(Content for Recordable

は,DVD

CCA(DVD

Media)で Copy

あ る。

Control

タ 鍵 と コ ン テ ン ツ の 著 作 権 者 が 持 つ 二 つ の 鍵(デ つ の 鍵 を 用 い て,鍵

Association)が

管理す るマス

ィ ス ク 鍵 と タ イ トル 鍵)の 三

の暗 号 化 お よ び コ ンテ ン ツ の ス ク ラ ンブ ル を行 う。 ま ず

マ ス タ 鍵 を 用 い て デ ィ ス ク 鍵(デ ィ ス ク ご と に 設 定)を 暗 号 化 し,次

に デ ィス

ク 鍵 を 用 い て タ イ トル 鍵(タ イ トル ご と に 設 定)を 暗 号 化 す る 。 こ れ ら の 操 作 は 多 数 の メ ー カ の マ ス タ 鍵 を 持 つDVD

CCAに

デ ィ ス ク 鍵 は デ ィ ス ク 上 の リー ド イ ン領 域 に,暗 ィ ス ク 上 の セ ク タ ヘ ッ ド領 域 に,そ

よ り行 わ れ,暗

号 化 さ れ た タ イ トル 鍵 は デ

れ ぞ れ 格 納 さ れ る 。 一 方,圧

ン テ ン ツ は タ イ トル 鍵 を 用 い て ス ク ラ ン ブ ル さ れ,デ こ の 様 子 を 図9.2(a)に

縮 され た コ

ィ ス ク に 記 録 され る。

示 す。

  コ ン テ ン ツ の 復 号 ・再 生 は,次 ス ク 鍵 を 復 号 し,次

号化 され た

の よ う に 行 う。 ま ず マ ス タ 鍵 を 用 い て デ ィ

に 得 ら れ た デ ィ ス ク 鍵 を 用 い て タ イ トル 鍵 を 復 号 す る 。

最 後 に 得 ら れ た タ イ トル 鍵 を 用 い て コ ン テ ン ツ を 逆 ス ク ラ ン ブ ル し, MPEG復

号 し た 後 出 力 す る 。 な お,再

生 機 器 に はCSSラ

イセ ンス に基 づ

(a) CSSに

(b)  PCに

よ る コ ン テ ン ツ の 復 号 ・再 生

図9.2  CSSに

き,鍵 復 号 アル ゴ リズ ム,逆

よ る コ ンテ ン ツの暗 号 化

よ る暗号 化 ∼復 号 プ ロセ ス

ス ク ラ ンブ ル ア ル ゴ リズ ム お よ び マ ス タ鍵 が 外

部 か ら秘 匿 され て組 み 込 まれ て い る。PCで 合 に は,図9.2(b)に

示 す よ うに,DVD‐ROMド

コ ン テ ン ツ を 復 号 ・再 生 す る場

の 間 で バ ス認 証 を行 い,相 互 にCSS認

ラ イ ブ とPC上

の デ コー ダ

証 を受 け て い る こ と を確 認 し た上 で

デ ー タ を転 送 す る。 これ に よ っ て,CSS準

拠 で は な い ハ ー ドデ ィ ス ク な ど

へ の不 正 コ ピー を防 止 す る。 また,デ 信 す る 際 に は,(時 で い る。CSSは た が,法

コー ダ に デ ィス ク鍵 とタ イ トル 鍵 を送

変 な)バ ス 鍵 を用 い た 暗 号 化 が 行 わ れ,情 報 漏 え い を 防 い

機 器 内部 で の秘 密 鍵 の 露 呈 に よ る ク ラ ッ キ ン グ騒 動 も あ っ

CPTWGに

的 措 置 な ど に よ っ て 現 在 で も効 力 を保 持 し て い る。 現 在,DVD よ っ て9.3.2で

後 述 す る電 子 透 か しの 追 加 に 向 け た 規 格 策 定 が

進 め られ て い る。   CPPMやCPRMで

は,CSSで

の 反 省 を踏 ま え て,暗 号 シ ス テ ム の 見 直

し とハ ッキ ン グ対 策 が 施 され,CCI(Copy

Control

Information)に

基 づ く再

生 ・記 録 制 御 が 行 わ れ る。 コ ンテ ン ツ の保 護 機 構 に は,(1)CCIで れ た 操 作 だ け を実 行 で き る。(2)CCIを だ け が再 生 ・記 録 で き る。(4)承 る。(5)コ

認 めら

改 ざ ん で き な い。(3)正

しい機器

認 さ れ て い な い コ ンテ ン ツ を 系 か ら排 除 す

ン テ ン ツ保 護 機 構 を実 装 した機 器 は,保 護 機構 を露 呈 し な い十 分

な耐 性(Robustness)を

有 す る。(6)違

反 し た 機 器 や 改 造 さ れ 迂 回 機 器 とな

った 不 正 機 器 を 系 全 体 か ら排 除 で き る更 新 可 能 性(Renewability)を

有 す る,

が 要 求 され た 。   これ ら を満 た す た め に,CPPMやCPRMで 護 を実 現 す る。(1)保

は以 下 の よ うに コ ンテ ン ツ保

護 対 象 で あ る コ ンテ ン ツ は暗 号 化 さ れ る。 暗 号 化 さ れ

て い な い コ ン テ ン ツ は保 護 で き な い。(2)CCIも 化 さ れ る。 暗 号 化 さ れ な いCCIも され て い るCCIと

コ ン テ ン ツ と一 緒 に 配 布 す るが,暗

一 致 し な けれ ば 不 正 と み な す。(3)機

しい もの で あ る こ とを認 証 す る。(4)コ 連 付 け る 。(5)正

コ ンテ ンツ とともに暗号

器 は メデ ィアが正

ンテ ン ツ は機 器 ま た は メデ ィ ア に関

し い機 器 だ けが 暗 号 鍵 を 入 手 で きる 。(6)機

器 の 排 除 また

は シ ス テ ム の更 新 は,新 た なMKBを

配 布 す る こ とに よ って 行 う。

  CPPM,CPRMで

実 現 す る 機 構 と し て,MKB(Media

Key

は(5)∼(6)を

Block)を 用 い る。 これ は,図9.3に

い るMKBと

号化

示 す よ う に メ デ ィ ア に記 録 され て

正 当 な機 器 に組 み 込 ま れ た デ バ イ ス 鍵 に よ っ て の み 正 し い コ

ンテ ン ツ復 号 鍵 を生 成 で き,機 器 は これ を 用 い て 暗 号 化 コ ンテ ン ツ を復 号 す る。 不 正 機 器 が 用 い られ た 場 合,デ

バ イ ス 鍵 が 正 当 で な い た めMBK処

理

は正 し く行 わ れ な い 。 した が っ て 正 しい コ ン テ ン ツ復 号 鍵 は生 成 され ず,コ ンテ ン ツ を再 生 で き な い 。DVDに

記 録 さ れ て い るMKBは,そ

の時 点 で無

図9.3  MBKと

デバ イス鍵 を用 い た コ ンテ ンツの 復号

効 な 機 器 の 情 報 を 反 映 し て 作 成 さ れ て い る 。 よ っ て,万

が 一 デバ イ ス 鍵 が 露

呈 し て し ま う な ど の 原 因 か ら 新 た に 無 効 な 機 器 が 判 明 し た 場 合,以 MKBは

こ れ を 反 映 し て 更 新 さ れ る 。 こ の た め,こ

に 制 作 さ れ たDVDを CPRMは

再 生 で き な く な り,無

類 似 し た 技 術 で あ り,コ

6)や4CEntityの   ま た,伝

の 機 器 で は この 時 点 以 降

効 化 さ れ る 。 な お,CPPMと

ン テ ン ツ の 暗 号 化,鍵

無 効 化 を行 う 技 術 は 同 様 で あ る が,バ

管 理,不

正機器 の

ス 認 証 な ど に 違 い が あ る。 詳 細 は 文 献

ホー ムペ ー ジ を参 照 され た い。

送 路 上 で コ ン テ ン ツ を 保 護 す る た め の 規 格 と し て,ア

用 のCGMS‐A(Copy

降 の

Generation

タ ル 出 力 用 のDTCP(Digital

Management Transmission

ナ ロ グ 出力

System‐Analog)や,デ Content

Protection)な

ィジ どが あ

る。 9.3.2 

電 子 透 か しに よ る コ ンテ ン ツ保 護

  電 子 透 か し6)∼9)は 「人 間 の 知 覚(視 覚 ・聴 覚)特 性 を 利 用 し,静 像,オ

ー デ ィ オ な ど の デ ィ ジ タ ル コ ン テ ン ツ に 対 し て,コ

別 の 情 報 を,人

止 画,動

画

ン テ ン ツ 自体 とは

間 に知 覚 で き ない よ うに埋 め込 む技術 」 と定 義 され て い

る9)。 ヘ ッ ダ 情 報 と 異 な り,コ

ン テ ン ツ と不 可 分 な 形 式 で 透 か し情 報 を保

存 ・伝 送 で き る と こ ろ に 大 き な 特 徴 が あ る 。 電 子 透 か し 技 術 の 応 用 に は, (1)著

作 権 主 張 モ デ ル,(2)原

(4)機

器 制 御 モ デ ル,な

本 性 確 認 モ デ ル,(3)付

ど が あ る が,こ

属 情 報 付 加 モ デ ル,

こ で はDVD‐Videoに

お け るコンテ

ン ツ 再 生 ・記 録 制 御 を 行 う 機 器 制 御 モ デ ル へ の 応 用 を 示 す 。 電 子 透 か し で CCIを

コ ン テ ン ツ に 埋 め 込 ん で お く と,途

ト に よ らず,最

中 の 伝 送 形 態 や 画 像 フ ォー マ ッ

終 的 な 録 画 装 置 で 確 実 に 検 出 で き る 。 ま た,不

正 に透 か しの

改 ざ ん を 行 う た め に は 画 像 全 体 に 対 す る 操 作 が 必 要 で あ り,改

ざ ん処 理 に よ

っ て 画 質 が 著 し く低 下 し て し ま う 。 こ の た め,暗

号 化 で保 護 で きな い ア ナ ロ

グ コ ピ ー 経 由 の コ ン テ ン ツ に 対 し て も効 力 を 維 持 で き る。DVD

CPTWGで

は,CSSに

電 子透 か し

よ る 暗 号 化 とRPC(Regional

Playback

Control)に

を 導 入 し た 再 生 ・記 録 制 御 に つ い て 検 討 を 進 め て き た 。1997年5月 DHSG(Data

Hiding

件 を ま と め,標 1998年

Sub

Group)を

発 足 し,電

子 透 か し に求 め られ る技 術 要

準 化 の た め の 公 募 を 行 っ た 。 これ に 対 し て11の

に 画 質 や 耐 性 に 関 す る 一 次 評 価 を 行 い,評

よ り2方

式 に 統 合 さ れ た 。1999年8月

Panel)に

よ っ て 二 次 評 価 が 行 わ れ,編

に

提 案 が あ り,

価 結 果 と そ の 後 の調 整 に

か らWaRP(Watermark 集 耐 性,回

Review

路 設 計 な ど の 実 装 面,さ

ら に 厳 し い 画 質 評 価 な ど が 行 わ れ た 。 こ こ で は,二

次 評 価 の対 象 とな っ た 二

つ の 方 式 に つ い て そ の概 要 を示 す 。   第1の

方 式 はIBM,NEC,ソ

Galaxyで,IBMに

よ るData

ニ ー,日 Hiding法

立,パ

イ オ ニ ア の5社

が 提唱 す る

に よ る統 計 的 手 法 を 用 い た 電 子 透

か し10)を 基 礎 と す る 。 各 フ レ ー ム に プ ラ イ マ リ ・マ ー ク(Pマ

ー ク)と 呼 ば

れ る8ビ

ッ トを コ ピー

ッ トの 透 か し デ ー タ を 埋 め 込 み,そ

の う ち 最 初 の2ビ

制 御 信 号 に 用 い る 。 透 か し は 非 圧 縮 ビ デ オ 信 号 だ け で な く,MPEGに 圧 縮 符 号 か ら も検 出 で き る 。Pマ

よ る

ー ク に よ り 「コ ピ ー 可 能 」,「 コ ピ ー 禁 止 」,

「1回 の み コ ピ ー 可 」 の 三 つ の 状 態 を 示 す 。 世 代 コ ピ ー 制 御 に は,NECに る 非 可 視 の 追 記 型 電 子 透 か し(Pマ て

よ

ー ク と は 独 立)を 用 い る 。Pマ

ー クに よっ

「 一 回 コ ピ ー 可 」 の 制 御 信 号 が 埋 め 込 ま れ た ビ デ オ 信 号 は,録

画 さ れ る際

に 追 記 型 の 電 子 透 か し に よ っ て コ ピ ー ・マ ー ク(Cマ

ー ク)が 付 加 さ れ,「 こ

れ 以 上 は コ ピ ー 不 可 」 の 状 態 に 変 更 さ れ る。 し た が っ て,Pマ ー禁止」状態 合 に は,デ

,ま

た は 「1回 の み コ ピ ー 可 」 状 態 でCマ

ー クが

「コ ピ

ー ク が検 出 さ れ た 場

バ イ ス に 記 録 停 止 や ノ イ ズ 挿 入 な ど の 命 令 が 送 ら れ,孫

コ ピ ー制

御 が な さ れ る。   一 方,第2の

方 式 は,Philips,Macrovision,Digimarcの3社

が提唱 す る

Millenniumで,Philipsに

よ るJAWS11)と

っ て い る。 この 方 法 は,128×128画

素 の擬 似 ラ ンダ ム パ タ ー ン を画 像 空 間

的 に冗 長 に埋 め込 む もの で,前 述 のGalaxy方 す が,MPEGに

式 と同 程 度 の 画 質 と耐 性 を 示

よ る圧 縮 符 号 か らの 透 か しの 検 出 は難 しい 。 ま た,世 代 コ

ピー 制 御 に 電 子 透 か し を使 用 せ ず,チ 式 を用 い る。 こ の方 法 で は,透 ン ツ のID情

呼 ばれ る電 子 透 か しが 基 礎 と な

報(W)の

ケ ッ ト(Ticket)と 呼 ば れ る独 自の 方

か しデ ー タ の一 部 と し て埋 め込 まれ た コ ン テ

電 子 署 名 を チ ケ ッ トデ ー タ(T)と

して ビ デ オ 信 号 の 外

部 デ ー タ領 域 に保 存 して お き利 用 す る。 電 子 署 名 に は一 方 向 関 数fを Tに

用 い,

は 再 生 チ ケ ッ ト(TP)と コ ピ ー チ ケ ッ ト(TC)が あ る。 透 か しな し の 場 合

は 「コ ピー 可 能 」,コ ンテ ン ツ か ら検 出 さ れ たWがTPと ー 禁 止 」 で 再 生 の み 行 わ れ る。 世 代 コ ピ ー 制 御 は,検 回 適 用 し て 得 られ たf(W)とTCが 2回 適 用 し たf2(W)とTCが

表9.2  DVD映

一 致 す れ ば 「コ ピ 出 され たWにfを1

一 致 す れ ば 「1回 コ ピ ー 可 」,Wにfを

一 致 す れ ば 「これ 以 上 コ ピー 不 可 」 と い う規 則

像 用 電 子 透 か しの 主 要2方 式 の比 較

で 行 う。例 え ば 「1回 コ ピー 可 」 の 再 生 専 用 メ デ ィア を再 生 し て記 録 可 能 メ デ ィア に コ ピー す る場 合,ま

ず 再 生 専 用 メ デ ィ ア の チ ケ ッ トをf2(W)に

き換 え,記 録 可 能 メ デ ィ ア の チ ケ ッ トに もf2(W)が

記 録 さ れ,ど

デ ィ ア も 「これ 以 上 コ ピ ー不 可 」 と な る。 この 方 法 は,コ 透 か しの 追 記 が 不 要 で あ るが,チ マ ッ トに 依 存 す る た め,フ

ち らの メ

ンテ ン ツ に対 す る

ケ ッ トデ ー タの 付 加 方式 が ビ デオ の フ ォ ー

ォ ー マ ッ ト変 換 が 行 わ れ る た び にチ ケ ッ トデ ー タ

を作 成 して 添 付 し直 す必 要 が あ る。 また,チ

ケ ッ トの認 識 機 能 を持 た な い 現

存 の ビ デ オ 伝 送 路 との 互 換 性 に 問 題 が あ る。GalaxyとMillennium方 比 較 を表9.2に

書

式の

示す。

  Galaxy,Millennium両 方 式 の 技 術 評 価 はす で に終 わ っ て い るが,両 グ ル ー プ間 で の 知 的 所 有 権 な どの 合 意 は い まだ 得 られ て お らず ,DVD‐Videoへ の 電 子 透 か しの 採 用 は結 論 が 出 て い な い 。 一 方,DVD‐Audioで

は,Varan

ce‐4Cオ ー デ ィ オ 透 か し と呼 ば れ る 方 式 が す で に 採 用 さ れ,CCI情

報 の埋

め込 み に利 用 され て い る。

9.4 

ま

と

め

  本 稿 で は,DVDの に お い てDVD‐Videoの

主 要 な コ ン テ ン ツ保 護 規 格 と と も に,DVD

CPTWG

保 護 規 格 へ の 導 入 が 検 討 され て い る電 子 透 か し技 術

につ い て概 要 を述 べ た。 健 全 な コ ンテ ン ツ流 通 を保 証 す る 強 力 な信 頼 で き る 保 護 手 段 を 実現 す る た め に は,暗 号 化 と電 子 透 か しを効 果 的 に組 み 合 わ せ た 仕 組 み の構 築 が 不 可 欠 で あ り,DVD‐Videoに

お い て も早 期 に 電 子 透 か し の

導 入 が 望 まれ る。 ま た,技 術 的 に は ハ ー ドウ ェア か ら ソフ トウ ェ ア に至 る あ ら ゆ る場 面 で安 全性 を確 保 し な け れ ば な らず,秘

密 鍵 な どの重 要 情 報 の 軽 率

な 露 呈 が あ って は な らな い 。 そ の た め に は,機 器 を製 造 す るベ ンダ や コ ン テ ン ツ提 供 者 側 の コ ン セ ンサ ス と強 固 な 連 携,ラ 整 備 が 極 め て重 要 で あ る。 一 方,そ

イ セ ン ス の遵 守,関

連法 規の

の よ うな 仕組 み は コ ンテ ン ツ を享 受 す る

利 用 者 に も広 く受 け入 れ られ な け れ ば な らず13),技 術 レベ ル の 向 上 と と も に,幅 広 い議 論 や 教 育 も必 要 と思 わ れ る。

参

考 文 献 1)  "DVDパ

ソ コ ン に 載 る",日

2)  館 林   誠,松

島 な つ め,石

デ ィ ア 学 会 技 術 報 告,画 3)  C.Brendan

and

経 エ レ ク 原 秀 志,福

ト ロ ニ ク ス,No.696,pp.103‐126(1997) 島 能 久:"DVD著

.

作 権 保 護 シ ス テ ム"

像 情 報 記 録,Vol.21,No.31,pp.15‐19(1997)

S.TraW:"Protecting

Digital

,映

像 情 報 メ

.

Content

within

the

Home"

,IEEE

Computer,Vol.34,No.10,pp.24‐27(2001). 4)  田 中晳 ー

男,山

影 朋 夫,村

谷 博 文:"ホ

ー ム デ ジ タ ル コ ン テ ン ツ の 保 護 技 術"

,東

芝 レ ビ ュ

,Vol.57,No.9,pp.34‐37(2002).

5)  加 藤

拓:"DVDに

お け るDRM",Advanced Image

Seminar

2003資

料

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電 子 透 か し の 基 礎―

マ ル チ メ デ ィ ア の ニ ュ ー プ ロ テ ク ト技 術 」 森 北 出

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and

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Digital

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Books(2000).

Watermarking,Morgan

Kaufmann

(2002). 9)  電 子 透 か し 技 術 に 関 す る 調 査 報 告 書,(社)電

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Monitoring",Proc.SPIE

Video Security

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Watermarking Watermarking

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Contents,Vol.3657,pp.103‐112(1999). Digital

Video‐Coding

Standards",IEEE

Signal

Processing

Magazine,Vol.14,No.5,pp.82‐100(1997). 13)  林 紘 一 郎:"ゆ pp.147‐152(2003).

る や か な 著 作 権 制 度 を 目 指 し て",第200回

画 像 電 子 学 会 研 究 会 予 稿 集

,

第10章 バイオ メ トリクス本 人認証技術 とその課題

工学院大学工学部 篠原克 幸

10.1 

は

じ め

に1)-4)

  人 の顔 を 例 に とる と,眼,鼻,口,眉

毛 な どの 顔 器 官 の 形,配 置 な ど は極

め て よ く似 た 構 造 を持 って い て個 人 の 差 は わ ず か で あ る。   実 際,顔

に限 らず個 人 認 証 に用 い る生 体 特 徴 は単 一 クラ ス を な して い る う

え に,生 体 は非 剛 体 で あ り,シ ス テ ム 登 録 時 に,入 力 方 法 が 接 触,非 接 触 に か か わ らず 照 明 条 件 の 変 化,入 力 形 状 の ゆ が み,表 情,姿

勢 な ど様 々 な 変 化

を受 け認 証 課 題 を更 に複 雑 な もの に して い る。   例 え ば,網 膜 上 の 血 管 構 造 に よ る認 証 で は,網 膜 が 湾 曲 し て い る た め1枚 の 画 像 と し て撮 影 す る こ とは 困難 で あ る。 そ の た め部 分 的 に撮 影 した 眼 底 顕 微 鏡 写 真 画 像 対 を全 自動 で 位 置 合 わ せ す るた め の ロバ ス トな ア ル ゴ リズ ム が 必 要 に な る。 ま た,個 人 認 証 に 用 い る生 体 特 徴 は発 生 過程,成

長 過 程 に蓄 え

られ た膨 大 な量 の識 別情 報 を持 っ て い る。 と ころ が そ の 生 体 特 徴 は 画像 と し て 読 み取 られ た 時 点 で,画 像 処 理 技 術 お よび 特 徴 抽 出 処 理 の脆 弱 性 が 主 な原 因 で そ の 証 拠 性 の 強 さ は急 激 に減 少 し,最 新 の指 紋 照 合 器 で あ っ て も,理 論 的 限 界 に は ほ ど遠 い との 報 告 もあ る。 個 人 が 属 す る ク ラス の境 界 を決 定 す る 識 別 問題(識 別 器 の能 力 の 推 定)も 複 雑 化 して い る。   本 人 認 証 の基 本 原 理 は以 下 の よ う に な る。 (1)  事 前 の登 録 時 に本 人 認 証 に 用 い る本 人 情 報 を 登 録 す る(こ れ が 登 録 情 報)。 (2)  本 人 認 証 時 に認 証 請 求 者 に よ っ て提 示 され た 提 示 情 報 と登 録 情 報 とを

認 証 者(検 証 者)が 比 較 照 合 す る。 (3)  認 証 請 求 者 が 登 録 さ れ た 本 人 で あ る こ と を確 認 す る。   背 景 とな る考 え 方 を整 理 す る と,ま ず,認 証 は 自 ら名 乗 っ た者 が そ の通 り の 者 で あ る こ と を 証 明 す る こ と を 指 し,Authenticationま

た は

Certificationの 訳 語 が 用 い られ る。   Authenticationは

本 人 認 証,メ

る概 念 を も ち人,物,情

ッセ ー ジ認 証 な ど の 使 わ れ 方 をす る。 あ

報 の真 正 性 を確 認,立

証 す る行 為 を 目的 とす る場 合

に 用 い られ る。Certificationは 認 証 局,認 証 書 な どの 形 で 使 用 され,証 明 書 を発 行 して 何 事 か を証 明 す る,そ の 達 成 手 段 を指 し て い る。   本 人 認 証 は,事 前 に登 録/届 出が 前 提 で あ り,あ る人 が そ の 登 録/届 出 を し た 人 に間 違 い な い こ とを確 認 す る行 為 で あ る。   認 証 局 な どへ の 登 録/届 出 内 容 は本 人 認 証 が 必 要 と さ れ る場 面 ご とに 異 な る。 本 人 認 証 で 確 認 さ れ る 「本 人 」 の 内容 は,過 去 に登 録/届 出 を し た人 で 現 在 も そ の 状 態 が継 続 され て い る人 を意 味 し,直 接 本 人 その 人 を認 証 す る こ とで は な い 。   シ ス テ ム が 本 人(利 用 者)を 認 証 す る 分 野 で は,更

に照 合 あ る い は検 証

(verification)と 識 別(identification)に 区別 して い る。   照合 あ る い は検 証 は,入 力 され た 本 人 の 特 徴 を示 す情 報 と利 用者 のIDに 対 応 した シ ス テ ム 内 の 登 録 情 報 と の1対1の

対 応 関 係 を確 認 す る こ とで あ

る。   識 別 は シ ス テ ム に 入 力 され た本 人 の 特 徴 を示 す 情 報 と,あ ム 内 に登 録 さ れ た 複 数 の情 報 を対 象 と して1対Nの

らか じめ シス テ

対 応 関係 を確認 す る こ

とで あ る。   パ タ ー ン認 識 の 分 野 で は,認 識(recognition)は

パ タ ー ンが 入 力 さ れ て か

ら出力 され る まで の 前処 理,特 徴 抽 出 処 理,識 別 処 理 の総 称 と して 用 い られ て い る 。 パ タ ー ン認 識 の 分 野 で 用 い られ て い る識 別(Classification)は,あ らか じ め与 え られ た ク ラス に関 す る知 識 に基 づ い て,未 ク ラ ス に属 す るか を 決 定 す る過 程 を指 す 。 こ こで,ク

知 の パ タ ー ンが どの

ラ ス はパ タ ー ン の所 属

す る概 念 を指 す が,本 人 認 証 の場 合 は本 人 情 報 に 対 応 す る。 本 人 の 認 証 に知 識 を 用 い る ど うか が 問題 に な る 。

  以 下 の 章 で は,生 体 特 徴 に よ る個 人 認 証 で 用 い られ て い る技 術 に つ い て, まず,顔,虹

彩,DNAを

例 に取 り認 証 に 用 い られ て い る生 体 特 徴 につ い て

概 説 す る 。 次 に,本 人 認 証 の 精 度 評 価 に 関 し て概 説 し,終 わ りにバ イ オ メ ト リ ク ス個 人 認 証 技 術 の課 題 に関 しパ タ ー ン認 識 の 分 野 か ら考 察 し,電 子 透 か しへ の応 用 の可 能 性 に つ い て 触 れ る。

10.2 

認 証 に 用 い ら れ て い る 生 体 特 徴5)-13)

  認 証 に 用 い る生 体 特 徴 と し て提 案 され て い る もの を大 別 す る と,ア ナ ロ グ 特 徴 とデ ィ ジ タ ル 特 徴 が あ る。 前 者 の代 表 例 は さ らに,外 見 的 差 異 に現 れ る 静 的 特 徴 と行 動 に現 れ る動 的 特 徴 に分 類 で き る。 デ ィ ジ タ ル 特 徴 と し て は DNA配

列 の違 いが 上 げ られ る。

  静 的 特 徴 に は 顔(顔 貌,輪 形,掌 紋,掌 打 鍵,声

形,静

紋,抑

脈),署

郭,耳

介,顎),目(網

膜,虹

彩),手(指

紋,指

名(筆 跡)動 的特 長 に は署 名(筆 順,筆 圧,運

筆),

揚,歩 行 な どが あ る。

  個 人 認 証 に用 い られ て い る生 態 特 徴 と して は 指 紋 が よ く知 られ て い るた め,以 下 に顔,虹 10.2.1 

彩,DNAを

例 に と り概 説 す る。

顔 に よる 個 人 認 証

  顔 の個 人 性 は,顔 全 体 の 輪 郭,目,鼻,口,眉

な どの形 状 な らび にお 互 い

の 位 置 関 係 に 強 く現 れ,認 証 に お け る重 要 な特 徴 とな る。 認 証 に お け る問 題 点 は,こ れ らの 特 徴 の,認 証 時 に撮 影 され た入 力 顔 画 像 と登 録 さ れ た顔 画 像 の 差 異 が 種 々 の パ ラ メ ー タ変 動 に よ り大 き くな る と想 定 され る 点 にあ る。 例 え ば,顔 の 傾 斜 の 自 由度 が 大 き く,入 力 時 に ポ ー ズ が 変 動 す る。 また 表 情, 眼 鏡,頭 化,焦

髪 形 状,ひ

点 ボ ケ,鼻,口

げ な ど に よ る特 徴 の 変 形,被

覆 な ど,ま た 照 明 条 件 の 変

な ど顔 器 官 の 陰 影 の柔 らか さ が 原 因 とな るエ ッ ジ抽 出

の 難 し さが あ げ られ る。   入 力 方 法 は市 販 のUSB接

続 等 に よ る小 型 デ ィ ジ タ ル カ メ ラ あ る い は製 品

組 み込 み の デ ィ ジ タ ル カ メ ラ な どに よ る濃 淡 画 像,ス

テ レオ カ メ ラ に よ る立

体 形 状 入 力 を行 っ て い る。 登 録 デ ー タ は各 機 関 独 自 の 方 法 に な っ て い る。   ア ル ゴ リズ ム は 目,鼻,口,眉

毛 な ど の形 状 お よび それ らの相 対 的 位 置 情

報 を特 徴 とす る 方 式,顔 表 面 の色 や濃 度 分 布 を用 い統 計 的 情 報 を特 徴 とす る 方 法 の2種 類 が あ るが,発

表 され て い る技 術 は テ ンプ レー トマ ッチ ン グ に分

類 で き る統 計 的 方 法 が 多 い 。 そ の他 の 流 れ と して は顔 グ ラ フ な どの 位 相 情 報 も考 慮 に いれ た パ ター ン マ ッチ ン グ 法,KL展 タ ー ン空 間 の次 元 圧 縮 法,顔

開,主 成 分 分 析 な どに よ るパ

画 像 の モ ザ イ ク化,モ

ザ イ ク化 とニ ュー ラル ネ

ッ トの 併 用 な どに よ る特 徴 の 次 元 圧 縮 に よ り,識 別 に 有 用 な特 徴 抽 出 に基 づ く方 法 が あ る。 10.2.2 

虹 彩 に よ る個 人 認 証

  虹 彩 は,目 の透 明 な角 膜 と房 水 の後 方 にあ る 内部 器 官 で,瞳

孔 か ら外 側 に

向 か っ て で き る カ オ ス上 の皺 で あ る。 この皺 は2歳 程 度 で 形 成 され,加 齢 に よ る変 化 は ほ とん ど な くラ ン ダム 性 を持 ち,1メ

ー トル 程 度 離 れ た 位 置 か ら

で も容 易 に観 察 で き る点 に特 徴 が あ る。   例 と して,虹

彩 の 取 得 は カ メ ラ の前 に立 つ利 用 者 の 頭/顔 を 広 角 カ メ ラ に

よ り 自動 撮 影 す る。 広 角 カ メ ラ か らの 距 離zと 次 に,狭 角 カ メ ラ を 目の 位 置(x,y)に

目の 位 置(x,y)を

合 わ せ,z方

計 算 す る。

向 にズ ー ム して 虹 彩 画 像

を取 得 す る。 狭 角 カ メ ラ の み の シ ス テ ム で は,利 用 者 が モ ニ タ に映 る本 人 の 眼 を確 認 し なが ら虹 彩 画 像 を取 得 す る。   認 証 ア ル ゴ リズ ム は,虹 彩 領 域 を取 得 し,虹 彩 を コー ド化 し,虹 彩 コ ー ド の類 似 度 を閾 値 処 理 す る こ とで 識 別 す る。   まず,虹 彩 領 域 を虹 彩 画 像 の 輝 度 変 化 を利 用 し,虹 彩 の 強 膜 側 境 界,瞳 孔 側 境 界,上 下 瞼 側 境 界 を決 定 す る こ とで 特 定 す る。 さ ら に,特 定 され た 虹 彩 領 域 に 八 つ の 環 状 解 析 ゾ ー ン を割 り当 て る。 この環 状 領 域 か ら上 下 瞼 の 開閉 に よ りデ ー タ を 曖 昧 にす る領 域 を 削 除 し,解 析,虹 彩 コー ド化 に有 効 な領 域 を正 確 に切 り出 す。 虹 彩 の コー ド化 は 環境 領 域 を走 査 し,曲 座 標 の 関 数 と し て濃 度 変 化 を抽 出 す る。 これ を八 つ の 同 心 ゾー ン に対 し同 一 角 度 で1ゾ 当 り256個

に分 割 す る。 各 分 割 領 域 に2進

コ ー ド割 り当 て 虹 彩 領 域 を 合 計

2048ビ ッ トに コ ー ド化 す る。 照 合 は 二 つ の虹 彩 コ ー ド間Aj,Bj間 をハ ミ ング 距 離HD

ーン

の類似度

で測 り,閾 値 処 理 で 評 価 す る。 照 合 の 問題 とな る点 と して,凝 視 角 度 の 差, 部 分 的 な瞼 の 開 閉,角

膜 か らの 鏡 面 反 射,お

よ び瞳 孔 の 相 対 的 な収 縮 な どが

上 げ られ て い る。 10.2.3 

DNA配

列 を 用 いた 個人 認 証

  DNA情

報 の う ち遺 伝 子 と して の 意 味 や,病 因 に は関 わ らな い が 人 に よ り

著 し く個 人 差 の あ る部 分 を個 人 識 別 用 情 報 と し て適 用 す る。 人 体 を構 成 す る 細 胞 は細 胞 核 と複 数 の ミ ト コ ン ド リア な ど を有 す る。 細 胞 核 の 中 に は,約 30億 の 塩 基 配 列 が デ ィ ジ タル 情 報 と して 格 納 さ れ て い る。 こ の 塩 基 配 列 は A(ア デ ニ ン),G(グ

ア ニ ン),C(シ

トシ ン),T(チ

ミ ン)の 四 つ の 塩 基 を 要

素 と して い る。   DNAは

塩 基 文 字 に よ る暗 号 文 と も考 え られ る。 このDNA配

列 は人 体 の

どの部 分 の細 胞 を とっ て も同 じで,終 生 不 変 で あ る。 また ミ トコ ン ド リア に も塩 基 配 列 が あ り,そ (SNPs:Single

の内 で個 人 に よっ て一 つ の 塩 基 の違 い の あ る部 分

Nucleotide

Phlymorphisms)を

個 人 情 報 に 用 い る研 究 も あ

る。   DNAはSTR(Short

Tandem

Repeat)と 呼 ば れ る個 人 識 別 情 報 領 域 と遺

伝 子 情 報(た ん ぱ く質 の 設 計 ・製 造 ・制 御 に係 る ヒ トゲ ノ ム情 報)か ら構 成 さ れ て い る。STR領

域 は通 常4文 字 の 塩 基 配 列 が 数 回 ∼ 数 十 回繰 り返 し並 ん

で い る。 こ の繰 り返 し をSTRの

ア リル(Allele)と い い,繰

個 人 性 が あ り,個 人 識 別 に適 用 され る。 このSTRア 返 し塩 基 配 列 が,例

え ば(11回,13回)の

り返 しの 回 数 に

リル は1座

に つ き繰 り

よ う に両 親 か ら受 け継 い だ1ペ

ア

の 情 報 とな る。 ア リル を 用 い た 個 人 識 別 情 報 は,口 腔 粘膜 細 胞 を綿 棒 で採 取 し,複 数 座 位 のSTRア

リル 情 報 を分 析 器 で読 み 取 る。i番 目 の座 位 か ら得

られ る ア リル の ペ ア をLi(pi,qi):(pi≦qi)と

な る よ う に 並 び 替 え る とす る。

  ア リル の 数 列αAは,

(10.1) が 得 られ る。

(10.2) な ら αA=16,17,7,8,…18,21と   二 人 間 でαAが

な る 。 こ の αAが 個 人IDと

同 値 と な る 確 率PMは

な る。

認 証 に 用 い る座 位 の 数 に半 比 例 し て

小 さ く な り,各 座 位 間 に 相 関 が な い と仮 定 し,16座 10-21と な る。 またN人 合 で 同 値 のIDが

で こ のIDを

位 用 い た 場 合 で,約

用 い た 場 合,10万

出 現 す る こ と に な るが,STRの

人 に1人

の程度 の割

座 位 数 を増 や す こ と で 必

要 な 精 度 が 得 られ る こ とが 報 告 さ れ て い る。   このαAを 用 い た 秘 密 鍵 δAを

(10.3) に よ り構 成 す る。 た だ し,rAは

大 き な乱 数 で 本 人 の秘 密 とす る。

 公 開 鍵 は暗 号 方 式 と して離 散 対 数 系 のElGamal暗

号 を適 用 す る こ とで,

(10.4) で 得 られ る。   こ こでpは

大 きな素 数,gは

乗 法 群 で の 原 始 元 で あ る。

  仮 に 他 人 の αAを採 取 して 攻 撃 を加 え て も,離 散 対 数 の 性 質 か らgrAmod pを 公 開 して も,rAを

計 算 す る こ と は困 難 で あ る。

  grAを 公 開鍵 と共 にCA(公 き る。 また,DNAは

開 鍵 認 証 機 関)に 登 録 す る こ とで 本 人 確 認 が で

無 機 質 で 安 定 で あ り水 溶 性 な の で,容 易 に イ ン ク な ど

に溶 か し込 む こ とが 可能 で あ る。

10.3 

バ イ オ メ ト リ ク ス 個 人 認 証 技 術 の 課 題2),12),14),15)

10.3.1 

バ イ オ メ トリク ス 個 人 認 証技 術 にお ける 問題 点

  バ イ オ メ ト リク ス個 人 認 証 技 術 で種 々 の生 体 特 徴 で 共 通 な 問 題 とな っ て い る こ と は,(1)認

証 精 度 が 十 分 で な く,セ キ ュ リテ ィの 観 点 か ら十 分 な 安

全 性 が確 保 で き た と は言 え な い 点,(2)傷

害 な ど に よ り,特 定 の ユ ー ザ が

使 え な い場 合 が あ る な どの 点 で あ る。   認 証 精 度 の 向 上 に関 して は,個

々 の 生 体 特 徴 に 特 化 した 形 で研 究 さ れ て い

る。 課 題 を整 理 す る と,識 別 面 を推 定 す る問 題 を対 抗 カ テ ゴ リー に関 す る情 報 な しで 解 か な くて は な らな い 問 題,お

よ び個 人 認 証 装 置 に生 体 特 徴 を 登録

す る際 の 問 題(登 録 の 際,複 数 回 の 生 体 特 徴 の 提 示 が 必 要 に な る が,こ

の回

数 を 多 くす る こ と は現 実 的 で な く,少 な い サ ン プ ル 数 の 学 習 で 高性 能 な識 別 器 の設 計 を要 す る問 題)が 上 げ られ る。

  後 者 の 問題 は,特 徴 空 間 の 次元 数 と学 習 パ タ ー ン数 の問 題 と し て知 られ て い る。 こ の問 題 につ い て 説 明 す る 。   二 つ のパ タ ー ン を識 別 す る こ と は,識 別 関数 に よ り特 徴 空 間 を二 つ に 分 割 す る こ とで あ る 。 例 え ば特 徴 ベ ク トル をxと ルxの

関 数 と してg(x)で

る。 識 別 面 の 構 成 はd次

し線 形 識 別 関 数 を 特 徴 ベ ク ト

表 す と,例 え ばg(x)=0に

よ り識 別 面 を 定 義 で き

元 特 徴 空 間 上 に,類 似 度 の よ うな1次 元 部 分 空 間

を定 め,こ の部 分 空 間 に パ タ ー ン を射 影 し,識 別 面 を閾 値 処 理 な どに よ り構 成 す る こ とを意 味 す る。 この よ うな識 別 関 数 は,識 別 面 を2次 曲 面 で構 成 す る こ と な ど に よ り複 雑 な境 界 を記 述 で き,識 別 精 度 の 向 上 が 望 め る と考 え ら れ る。 この よ うな 識 別 関 数 は,学 習パ ター ン数 を増 や す こ とで 最 適 な識 別 関 数 に漸 近 し て い く。   実 際 は,線 形 識 別 関 数 の 頑 健 性 と呼 ばれ る 性 質 が あ り,2次 特 徴 空 間 の 次 元dの2乗

識別 関数 で は

の オ ー ダ ー の パ ラ メ ー タ の 決 定 が 必 要 とな り,識

別 超 平 面 の記 述 に 必 要 な パ ラ メ ー タ を決 定 す る た め,識 別 器 を 記 述 す る パ ラ メ ー タ数 よ り,よ り多 くの サ ン プ ル が 必 要 とな る。 結 果,学 習 パ タ ー ン 数 が 少 な い場 合,線 形 識 別 関 数 よ り識 別 性 能 が 劣 化 す る場 合 が あ る。 し た が っ て,少 な いサ ン プ ル 数 し か得 られ な い場 合 は,特 徴 数 の 増 加 に も影 響 を及 ぼ し,サ ン プ ル 数 に比 べ 無 視 で き な い 程 度 に 特 徴 次 元dが

大 き くな る と,識

別 性 能 の 劣 化 を招 く こ とに な る。   学 習 パ ター ン数 に よ り,特 徴 数 の圧 縮,削

減,お

よび 特 徴 の合 成 が 必 要 に

な る。   学 習 パ ター ン に よ り確 率 密 度 関 数 の 未 知 パ ラ メ ー タ(分 布 形 は正 規 分 布 で あ る と して,平 均,分

散)を 推 定 す るパ ラ メ トリ ッ ク,確 率 密 度 関 数 の 形 を

想 定 せ ず に学 習 パ タ ー ン か ら直 接 識 別 関 数 を決 定 す る ノ ンパ ラ メ ト リ ッ ク学 習 に よ る識別 器 の設 計 方 法 が あ る。   学 習 に は,学 習 時 に学 習 パ タ ー ンが 所 属 す る ク ラ ス を与 え る,い わ ば解 答 つ きの教 師 つ き学 習 と,学 習 に解 答 を与 え な い教 師 な し学 習 が あ る。 教 師 つ き学 習 は,各

ク ラ ス ご と に確 率 密 度 関 数 が独 立 に推 定 で き る こ とが 前 提 で,

教 師 な し学 習 は ク ラ ス ご と に確 率 密 度 関 数 を 推 定 で き な い こ とが 前 提 で あ る。 教 師 な し学 習 は,所 属 ク ラ ス に 関 す る情 報 な し で提 示 さ れ た パ タ ー ン

が,あ

る ク ラ ス に 属 す る事 前 確 率(そ の ク ラ ス生 起 確 率)か,事

後 確 率(提 示

パ タ ー ンが そ の ク ラ ス に所 属 す る確 率)か を推 定 す る問 題 とな る。 これ は 混 合 分 布 の パ ラ メ ー タ 推 定 問 題 と同 一 で あ る。   現 実 の 生 体 特 徴 で は,確 率 密 度 関 数 が 既 知 で あ る こ と,推 定 対 象 の確 率 密 度 関 数 は正 規 分 布 の よ う な単 純 な分 布 で な く複 雑 で あ る こ とな どか ら,ノ ン パ ラ メ トリ ッ ク な学 習 が 実 用 的 と考 え られ る。 10.3.2 

特 徴 抽 出の 評 価 と ベ イ ズ誤 り確 率

  特 徴 空 間 上 の ク ラ ス の分 布 は,生 体 特 徴 の 特 性(同 一 パ タ ー ン の種 々 の 変 形 お よ び カ テ ゴ リー 化 の難 し さ)か ら重 な りが 生 じる。   ベ イ ズ 誤 り確 率 は特 徴 そ の もの の不 完 全 さ に起 因 す る必 然 的 な誤 り,特 徴 空 間 上 で の分 布 の 重 な り度 合 い と解 釈 で き る。   この 分 布 の 重 な りを評 価 す る基 準 にベ イ ズ 誤 り確 率 が あ る。 ベ イ ズ誤 り確 率 は特 徴 の評 価 基 準 と して重 要 で あ る と言 え る。   ベ イ ズ 誤 り確 率 はベ イ ズ決 定 を実 現 で き る真 の分 布 を仮 定 して い るた め実 際 に は直 接 計 算 は で き な い。 例 え 分 布 が わ か っ て い て も多 次 元 積 分 が必 要 に な り現 実 的 で な い 。 学 習 パ タ ー ン に基 づ い て ベ イ ズ誤 り確 率 を推 定 す る。   ベ イ ズ 誤 り確 率 は,ベ 習 した 後,真 布 をPと

の分 布 で テ ス トした誤 識 別 率 と考 え られ る。 す なわ ち,真 の分

す る と,ベ イ ズ 誤 り確 率 は,ε(P,P)が

識 別 器 を用 い て,真 分 布Pで

イズ 決 定 を実 現 で き る識 別 器 を用 いて 真 の分 布 で学

の 学 習 パ タ ー ン分 布Pで

ベ イス決 定 を実現 で き る

学 習 し,真 の テ ス トパ タ ー ン

評 価 し た誤 識 別 率 と考 え られ る。

  有 限 個 の 学 習 パ タ ー ン で 推 定 さ れ た 分 布 をQと ε(Q,P)お

す る と,ε(P,P)≦

よび ε(Q,Q)≦ ε(P,Q)が 成 り立 つ。

  した が っ て,学 習 とテ ス トの 両 者 の分 布 が 異 な る と,確 実 に誤 識 別 率 が 増 加 す る こ とを 示 す 。   ベ イ ズ 誤 り確 率 の上 限 と下 限 はE｛ ・,・ ｝を期 待 値 とす る と,

で あ る こ とか ら,特 徴 の評 価 は 学 習 パ タ ー ン を テ ス トに も使 用 して推 定 した 誤 識 別 の 期 待 値 と,学 習 パ タ ー ン とは独 立 な テ ス トパ ター ン を使 用 して 推 定 した 誤 識 別 の 期 待 値 とで 推 定 で き る。

10.3.3 

次 元 削 減 と して のKL展

  KL(Karhunen‐Loe've)展

開

開 は,特 徴 ベ ク トル の 分 布 を最 も よ く近 似 す る

部 分 空 間 を求 め る方 法 と して,ま た 次 元 削 減 法 と して知 られ て い る 。   KL展

開 に よ る部 分 空 間 は,数 学 的 に は 主 成 分 分 析 に 等 価 で,パ

ター ンの

分 散 最 大 を基 準 す る。 分 散 最 大 基 準 は 元 の 特 徴 空 間 を部 分 空 間 に射 影 した と き,変 換 後 の 空 間 の パ タ ー ン の 分 散 が 最 大 に な る よ う に部 分 空 間 を構 成 す る。   パ ター ン の 分 散 が よ り大 き けれ ば,そ

の部 分 空 間 は原 空 間 で の パ タ ー ン分

布 の 特 徴 を よ りよ く保 存 した 空 間 とな る。 この,部 分 空 間 に変 換 す る行 列 を Aと

す る と,部 分 空 間 で の パ タ ー ン の 分 散 最 大 基 準 を満 た すAは

パ ター ン

集 合 の原 特 徴 空 間 に お け る共 分 散 行 列 を対 角 化 す る行 列 で,共 分 散 行 列 の 上 位 に位 置 す るい くつ か の 固 有 値 に対 応 す る固 有 ベ ク トル を列 要 素 とす る行 列 と して求 ま る。   KL展

開 に よ り張 られ る部 分 空 間 は,展 開 の 対 象 とな る パ タ ー ン 集 合(特

徴 空 間)に 依 存 した 基 底 で 最 良 に近 似 す るた め一 意 的 で は な い 。相 関 の 強 い 二 つ の 特 徴 が 存 在 す る と,共 分 散 行 列 は0に 近 い 固有 値 を持 つ た め,こ 分 を削 減 す る こ とで 次 元 圧 縮 あ る い は 次 元 削 減 が で き る。KL展

の部

開 の次元 削

減 法 は各 ク ラ ス の パ ター ン分 布 の分 離 度 を最 大 に す る基 準 で,部 分 空 間 を構 成 し,判 別 の た め の 次 元 削 減 法 とい え る線 形 判 別 法 とは異 な る。   KL展

開 す る場 合,ま ず 学 習 パ タ ー ンか ら共 分 散 行 列 を求 め,そ の 固 有 値

と固 有 ベ ク トル を求 め る。 学 習 パ タ ー ン数 の 次 元nが と,共 分 散 行 列 が 正 則 で な くな りd−n−1個 はd次

元 で もn−1次

次 元 数dよ

り小 さ い

の 固 有 値 は0に な る 。 見 か け

元 の空 間 にパ タ ー ンが 分 布 して い る こ とに な る。 し か

し なが ら,現 実 に は互 い に独 立 な 特 徴 を 用意 す る こ と は難 し く,か な らず 相 関 を持 つ 。 新 しい特 徴 を用 意 して も,す で に あ る特 徴 の線 形 結 合 で ほ ぼ 記 述 で き る こ とが しば し ば起 こ る。 こ の 場 合,パ

タ ー ン は見 か け の 次 元dよ

り

少 な い 次 元(実 際 上 の次 元 数 で 固有 次 元 数 と呼 ぶ)を 持 つ 部 分 空 間 に の み 分 布 す る。 事 実 を確 認 す る に は,次 元 数 に比 べ,大 量 な学 習 パ タ ー ン が 必 要 とな る。   KL展

開 の 例 は,128×128程

度 の解 像 度 の顔 画 像 をKL展

開 し,顔 画 像 を

100程 度 の 固 有 顔(固 有 ベ ク トル)の 重 み づ け総 和 に よ り記 述 す る。 認 識 は入 力 顔 画 像 の 重 み の組 と登 録 画 像 の 重 み の 組 との類 似 度 で評 価 す る。 そ の 他, 顔 全 体 で な く顔 の 特 徴 に対 応 した 固 有 空 間 を求 め るModular 法,主

成 分 分 析 の か わ りに多 次 元 判 別 分 析 を求 め る方 法,平

Eigenface手 行 移 動 に不 変 な

特 徴 抽 出 の た め,顔 画像 パ タ ー ン の フー リエ スペ ク トル のKL展 元 圧 縮 を 図 る方 法(K‐F法)な

10.4 

開 に よ り次

どが報 告 され て い る。

認 証 ア ル ゴ リ ズ ム の 新 し い 動 き17)

  顔 画 像 を用 い た 認 証 の分 野 で,特 徴 次元 の 圧 縮 と考 え られ る方 式 お よ び認 証 に有 利 な顔 器 官 を含 む部 分 領 域 を抽 出 し,特 徴 比 較 す る 方法(Local

Feature

Analysis)が 提 案 され て い る。 これ らの 方 法 は特 徴 次 元 の 圧 縮 と同 時 に 顔 の 構 造 的 特 徴 の 抽 出法 を改 善 した もの と考 え られ,パ

タ ー ン に含 まれ る高

周 波 成 分 あ る い は寄 与 度 が小 さい 固 有 顔 を被 覆 す る こ とで,パ

タ ー ンの 分 離

特 性(本 人 パ ター ン間 の 分 散 を小 に,個 人 間 パ タ ー ン の分 散 を大 にす る特 性) を改 善 して い る と考 え られ る。   モ ザ イ ク化 と は,顔 画 像 を ブ ッ ロ ク分 割 し,各 ブ ロ ッ ク の平 均 濃 度 値 を代 表 値 とす る こ とで 原 画 像 を モ ザ イ クパ ター ンで 表 現 す る。 一 種 の 次元 圧 縮 法 で,モ

ザ イ ク と ニ ュー ラ ル ネ ッ トを用 い た顔 画 像 の 認 識 法 が 報 告 され て い

る。   Local Feature

Ana1ysisは

世 界 最 初 の 研 究 と して 位 置 づ け ら れ て い る金 出

らの 方 法 が代 表 的 で あ る。2値 化 顔 画 像Fに に よ りエ ッ ジ を抽 出 し,エ

ッ ジ画 像 のx方

顔 器 官 を抽 出 した 。Brunelliら

向,y方

向 へ の周辺 分布 によ り

は各 器 官 ご との 抽 出 方 法 を工 夫 す る こ とで,

抽 出 精 度 向 上 を 図 っ て い る。 目,鼻,口 ば,鼻

対 し ラ プ ラ シ ア ン(∂xx+∂yy)F

は ∂x,∂yから検 出 し て い る。 例 え

は垂 直 方 向 の エ ッ ジ画 像 ∂xFの 水 平 方 向 へ の 周 辺 分 布 を 求 め,そ の

ピー ク位 置 か ら検 出 して い る。   眉,鼻,口,顎 表 す 位 置,幅

に対 して も,そ れ ぞ れ の 位 置 を検 出 後,そ

れ ぞれ の特 徴 を

の パ ラ メ ー タ お よ び形 状 を 表 す パ ラ メ ー タ(合 計35)で 顔 の特

徴 を表 現 して い る。 識 別 は これ ら のパ ラ メ ー タ を用 い マ ハ ノ ビス 距 離 に基 づ

き統 計 的 に行 っ て い る。   Brunelliら に よ る前 述 と同一 の デ ー タ に対 し,テ ン プ レ ー トマ ッチ ン グ法 との 識 別 比 較 実 験 も行 わ れ て い る。 テ ン プ レ ー トと し て,目,鼻,口

領域 お

よ び これ を 内 に 含 む顔 の全 体 領域 の4領 域 を矩 形 で 抽 出 し,そ れ ぞ れ の 領 域 で 標 準 パ タ ー ン との 相 関 を計 算 し,そ の 総 和 で マ ッチ ン グ を行 っ た 結 果,識 別 精 度 は￨∂xF￨+￨∂yF￨＞￨∂xxF￨+￨∂yyF￨で,目＞

鼻＞ 口＞ 顔 の順 で 識 別 精 度

が よ い こ とが 報 告 され て い る。

10.5 

む

す

び

 生 体 特 徴 は非 剛体 で 極 め て 多 くの 特 徴 を有 して い る に もか か わ らず,互

い

に 極 め て よ く似 た構 造 を持 って い る。 人 に よ る違 い はわ ず か で 単 一 ク ラ ス を な し て い る。 接 触 入 力 の場 合 は 変 形 を受 け,非 接 触 入 力 の場 合 は,入 力 時 の 姿 勢 の変 化,照

明 条 件 の変 化 な どが 認 証 シス テ ム の評 価,特

に 認証 精 度 の評

価 を複 雑 な もの に して い る。 本 章 で は,す で に提 案 され て い る生体 特 徴 を用 い た 個 人 認 証 に お け るパ タ ー ン認 識 の基 礎 技 術 に つ い て,特 に 特 徴 空 間 を構 成 す る上 で 重 要 な学 習 サ ン プ ル 数 の 不 足 が 及 ぼす 影 響 につ い て紹 介 した 。  電 子 透 か し技 術 の 個 人 認 証 へ の 適 用 例 を挙 げ る と,主 に カ ー ドの 改 ざ ん検 出 を 目 的 に した 例 が あ る。(1)カ

ー ド発 行 者 は所 有 者 に関 す る暗証 番 号 な ど

の 個 人 情 報 を変 調 し て カ ー ド上 の 顔 写 真 に 透 か して埋 め込 む。(2)カ 有 者 は カ ー ドを リー ダ に挿 入 し暗 証 番 号 を入 力 す る。(3)カ

ー ド所

ー ド リー ダ は カ

ー ドか ら顔 写 真 の 解 像 度 や ダ イ ナ ミ ッ ク レ ン ジ を 補 正 し,透 か し を抽 出 す る 。(4)透

か しデ ー タ を復 調 し,読 み 取 っ た 情 報 と復 調 した情 報 と を比 較 し

て カー ドの 改 ざ ん を検 査 し,所 有 者 が 入 力 した 暗 証 番 号 と復 調 した 暗 証 番 号 と を比 較 す る こ とで 本 人 認 証 す る。 こ の例 で,埋

め込 む情 報 は 暗証 番 号 の代

わ りに生 体 情 報 を適 用 す る こ とで 種 々 の応 用 が 考 え られ る。

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Machine

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on

K.Jain:"On

Pattern

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Linear

Recognition

Intelligence,Vol.24,

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Pankanti,Salil "

Fisher's

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Analysis

and

Machine

of Fingerprints Intelligence,

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Gao,Maylor

Transactions

pp.764-779(June 10) 小 杉:"モ II ,Vol.J 11) 板 倉,辻

K.H.Leung;"Face on

Pattern

Recognition

Analysis

and

Machine

Using

Line

Edge

Map",

Intelligence,Vol.24,No.6,

2002).

ザ イ ク と ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト を用 い た 顔 画 像 の 認 識",電

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田:"怪

奇!!次 元 の 呪 い― 識 別 問 題,パ

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井:"イ

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像 情 報 メ デ ィ ア 学 会Vol.55,No.2,pp.180‐

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V.Stewart,Badrinath

Roysam,Howard

Feature‐Based,Robust,Hierarchical of

the

Curved

Machine

Human

Retina",IEEE

for

Transactions

L.Tanenbaum:"A Registering on

号

RWC情

Pairs of

Pattern

Intelligence,,Vol.24,No.3,pp.347‐364(March

27)  大 森:"記

28)  西,大

Algorithm

Images

Analysis

and

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と 情 報 処 理 ア ー キ テ ク チ ャ",

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井,大

森:"記

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測 自

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野:"眉

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Kam

子 通 信 学 会

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Problems",IEEE

Basu:"Complexity Transactions

Measures of

on

Pattern

Supervised

Analysis

and

Machine

Classification Intelligence,

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Confidence

Independence",IEEE

Visual Transactions

Recognition

of

on

Pattern

KL

for

Persons Ana1ysis

by

a

and

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Transactions

on

Pattern

Ana1ysis

Pattern and

Representation Machine

and

Intelligence,

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崎,青

木,安

田:"手

指 動 か ら の 特 徴 抽 出 に よ る リ ア ル タ イ ム 個 人 認 証",電

子 通

信 学 会 論 文 誌D‐II,No.2,pp.258‐265(2001). 34)  篠 原,南,結

城:"モ

ル フ ォ ロ ジ ー 演 算 を 用 い た 耳 介 画 像 に よ る 個 人 識 別",画

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谷 川 孝 明:"並

列 組 合 せ ス ペ ク ト ル 拡 散 方 式 を 用 い た 個 人 認 証 シ ス テ ム",

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第11章 攻撃とその対策

東京大学生産技術研究所  古原和邦,今 井秀樹

11.1 

は

じ め

に

  デ ィ ジ タ ル 技 術 の進 展 に伴 い,コ

ン テ ン ツ の デ ィ ジ タ ル化 が 進 ん で い る。

コ ン テ ン ツ の デ ィ ジ タ ル 化 は利 用 者 に様 々 な恩 恵 を もた ら して い る一 方,コ ンテ ン ツ の提 供 者 に対 し て新 た な 問 題 を引 き起 こ し て い る。 そ の一 つ が 不 正 コ ピ ーの 問題 で あ る 。 デ ィ ジ タ ル 化 され た コ ンテ ン ツ は オ リジ ナル とそ の コ ピー と を区 別 す る こ とが 非 常 に 難 し く,し か も,何 の 対 策 も施 さ れ な けれ ば,コ ン テ ンツ の 複 製 や 編 集 は極 め て容 易 に行 え る。 そ の 上,複 製 ・編 集 さ れ た コ ン テ ンツ の 配 布 は デ ィジ タ ル ネ ッ トワ ー ク を用 い れ ば極 め て容 易 に行 え る。   こ の よ うに コ ン テ ン ツ の コ ピー が 容 易 に行 え る状 況 に お い て,コ

ンテ ン ツ

の 保 護 に欠 か せ な い技 術 の一 つ が 「電 子 透 か し技 術 」 で あ る。 本 章 で は,電 子 透 か しに対 す る攻 撃 方 法 と対 策 な らび に 今後 解 決 す べ き課 題 に つ い て 述 べ る。

11.2 

電 子 透 か しを 用 い て 埋 め 込 まれ る情 報 の 分 類

  デ ー タ に情 報 を埋 め 込 む 手 法 は総 称 して 情 報 秘 匿(Information

Hiding)

技術 と呼 ば れ て い る 。情 報 秘 匿 技 術 は,埋 め 込 む 情 報 と埋 め込 み媒 体 との 関 係 に よ りス テ ガ ノ グ ラ フ ィ,サ ブ リ ミナ ル チ ャネ ル お よび 電 子 透 か し に分 類 す る こ とが で き る。 ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ とサ ブ リ ミナル チ ャ ネル は秘 密 情 報 を

送 信 す るた め の技 術 で あ り,埋 め 込 み媒 体 は何 で も よ い*。 また,情 報 を埋 め 込 む こ と に よ り埋 め込 み 媒 体 が大 幅 に変 化 した と して も,そ れ が 不 自然 で な く,そ こ に情 報 が埋 め 込 まれ て い る こ とが 分 か らな け れ ば 問 題 な い 。 これ に対 し て,電 子 透 か しで は埋 め込 み 媒 体 で あ る コ ン テ ンツ が 主 役 とな る。 つ ま り,情 報 の埋 め込 み に よ り コ ン テ ン ツ の 品 質 が 大 幅 に劣 化 して は な ら な い 。 ま た,埋

め 込 む情 報 は コ ン テ ン ツ と強 く結 び つ け ら れ な け れ ば な ら な

い 。 こ の こ と は,コ ン テ ン ツ を劣 化 させ る こ と な く埋 め込 み 情 報 を消 去 す る こ とが 困 難 で な けれ ば な らな い こ と を意 味 す る。 反 対 に,電 子 透 か しに対 す る優 れ た 攻 撃 方 法 とは,コ

ンテ ン ツ の 品 質 を 大 幅 に劣 化 させ る こ とな く埋 め

込 み情 報 を 消 去 あ る い は 改 ざん す る 方 法 を指 す 。   ス テ ガ ノ グ ラ フ ィや サ ブ リ ミナ ル チ ャ ネ ル にお い て埋 め 込 まれ る情 報 は秘 匿 デ ー タ の み で あ るが,電 子 透 か しで は以 下 の よ う な情 報 が埋 め 込 ま れ る。 (1)  著 作 権 情 報   コ ン テ ン ツ の 著 作 者 名,使

用 条 件 な どの 著 作 権 情 報 も し くは そ の 管 理ID

を埋 め 込 む。 コ ン テ ン ツ の使 用 時 に表 示 して 注意 を促 した り,他 人 が 自分 の コ ンテ ン ツ を無 断 で 利 用 して い る と きな どに,そ れ が 自分 の 著 作 物 で あ る こ とを証 明 す るた め に用 い る。 (2)  不 正 者 追 跡 用 情 報   コ ン テ ン ツ の 購 入 者 や利 用 者 のIDを

埋 め込 む 。 コ ンテ ンツ が 不 正 に コ ピ

ー さ れ 再 配 布 され た 際 に,そ の 流 出 元 を特 定 す るた め に用 い る。 (3)  制 御 情 報   コ ピー や そ の 他 の 処 理 に 関 す る制 御 情 報 を埋 め 込 む 。 コ ンテ ン ツ再 生 機 器 に この 制 御 情 報 に従 っ て処 理 を行 わ せ る こ とで,コ

ン テ ンツ の 不 正 使 用 を 防

止 す る。 (4)  改 ざ ん 検 出 用 情 報   改 ざ ん検 出用 の情 報 を埋 め込 む 。 コ ンテ ン ツ が 改 ざ ん さ れ て い るか 否 か を 判 定 す るた め に 用 い る。 *ス テ ガ ノ グ ラ フ ィは秘 密 情 報 を媒 体 に隠 す 技 術 全 般 を指 す 用 語 と して 利 用 さ れ て い る が,サ ブ リ ミナ ル チ ャネ ル は,そ の 中で も特 に デ ィジ タル署 名 や 暗 号 プ ロ トコル な どの デ ー タ に秘 密 情 報 を隠 す 技術 を指 す 用語 と して利 用 され て い る 。

  な お,こ れ らの情 報 は デ ィ ジ タ ル署 名 を用 い て コ ンテ ン ツ と結 び つ け る こ と も可 能 で あ る。 しか し な が ら,こ の 方 法 で は,デ

ィ ジ タル 署 名 が 取 り除 か

れ コ ンテ ン ツ の み が 配 布 さ れ る危 険 性 が あ るた め,十 分 な解 決 策 で あ る とは 言 え な い 。 電 子 透 か し を用 い る理 由 は,こ れ らの情 報 が コ ン テ ンツ か ら切 り 離 され な い よ うに す るた め で あ る。

11.3  埋め込まれた電子透か しに対する攻撃と対策   一 般 に電 子 透 か しの 埋 め込 み は,コ

ンテ ン ツ を そ の 品 質 の 変 化 の 少 な い範

囲 内 で 変 化 さ せ る こ と に よ り行 わ れ る。 同 様 に,電 子 透 か し に 対 す る 攻 撃 (す なわ ち,透 か しの 消 去 あ る い は 改 ざ ん)も 品 質 の変 化 の 少 な い範 囲 内 で コ ン テ ン ツ を変 化 さ せ る こ とに よ り行 わ れ る。 通 常,埋

め 込 む デ ー タ に は繰 り

返 しな どの 冗 長 性 を持 た せ て い るた め,や み く もに コ ンテ ン ツ を変 化 させ た と して も埋 め込 む情 報 が 変 化 す る可 能 性 は 小 さ い。 しか し なが ら,電 子 透 か しの埋 め 込 み,あ

る い は抽 出 ア ル ゴ リズ ム が 明 らか に な った 場 合,攻

撃者 は

変 化 させ るべ き箇 所 の候 補 を大 幅 に絞 り込 む こ とが で き るた め,消 去 あ る い は改 ざ ん が 成 功 す る可 能 性 は大 幅 に高 ま る。   そ の た め,現 在 の と こ ろ電 子 透 か しを消 去 ・改 ざ ん か ら確 実 に保 護 す る に は,透 か しの 埋 め込 み お よ び抽 出 アル ゴ リズ ム を(十 分 評 価 した上 で)非 公 開 にせ ざ る を得 な い。 な お,透

か しの 抽 出 ア ル ゴ リズ ム を完 全 に公 開 で き る方

式 に 関 す る研 究 も進 め ら れ て お り,将 来 こ の 状 況 は改 善 さ れ る 可 能 性 が あ る。 しか し なが ら,現 在 の と こ ろ現 実 的 な 解 決 策 は見 つ か っ てお らず,こ

の

よ うな戦 略 を取 らざ る を得 な い(11.5参 照)。   以 下 で は,ア ル ゴ リズ ム が非 公 開 で あ っ た と して も汎 用 に適 用 で き る攻 撃 手 法 に つ い て 述 べ る。 そ れ らは,大

き く分 けて 以 下 の よ う に分 類 す る こ とが

で き る。 (1)  幾 何 学 的 な 攻 撃   静 止 画 や 動 画 に対 して 回 転,拡

大 縮 小,切

り出 し,ひ ず み な どの幾 何 学 的

な 編 集 を加 え る攻 撃 。 音 声 ・音 楽 に対 して は,時 間 お よび ピ ッチ の圧 縮 と伸 長 を加 え る攻 撃 な どが 含 ま れ る。

(2)  非 幾 何 学 的 な 攻 撃   ノ イ ズ 付 加,フ

ィル タ処 理,圧

縮,再 符 号 化,DA/AD変

換 な ど の処 理 を

施 す 攻 撃 。 音 声 ・音 楽 に対 して は ス テ レ オ か らモ ノ ラル へ の チ ャネ ル 数 変 換 やFM,AM,PCMな

どの変 調 な ど も含 まれ る。

(3)  結 託 攻 撃   利 用者 が 互 い に コ ン テ ンツ を比 較 し て透 か し の埋 め 込 み位 置 を探 り,そ の 部 分 の情 報 を書 き換 え た り入 れ替 えた りす る攻 撃 。   幾 何 学 的 な攻 撃 を 画 像 に対 し て行 う ツ ー ル と し て はStirMark1)が

有 名で

あ り,そ れ を用 い た 透 か しの 解析 が 行 わ れ て い る11),12)。 幾 何 学 的 な攻 撃 が 加 え られ た 場 合,透

か しの 埋 め 込 み 位 置 と読 み 取 り位 置 が 一 致 し な くな るた

め,透 か し を正 し く抽 出 す る こ と は難 し くな る。 また,人

間 の視 覚 は幾 何 学

的 な変 化 に鈍 感 で あ る た め,こ の 種 の変 化 が 加 え られ た と して も品 質 が 劣 化 し た と感 じ る人 は ま ず い な い で あ ろ う。   幾 何 学 的 な攻 撃 に対 処 す るた め に は,ひ ず み を検 出 す る た め の パ イ ロ ッ ト 信 号 を コ ン テ ン ツ に埋 め 込 め ば よ い。 例 えば,元

デ ー タ を必 要 と し な い埋 め

込 み 方 式 で あ るパ ッチ ワー ク方 式2)な ど を用 い て あ る決 め られ た 場 所 に透 か し を埋 め 込 ん で お く。 透 か し を抽 出す る 際 に は,ま ず,透

か し を埋 め込 ん だ

位 置 の 近 傍 を検 索 し,現 在 の 透 か し の位 置 を探 す。 次 に,検 出 され た 透 か し の位 置 か ら コ ン テ ン ツ に加 え られ た ひ ず み を推 定 して コ ン テ ン ツ を補 正 す る。 コ ン テ ンツ が 正 し く補 正 され れ ば,幾 何 学 的 な 攻 撃 の効 果 は消 え る。   結 託 攻 撃 は,コ

ン テ ン ツ に埋 め込 まれ て い る利 用 者 情 報 な どの 不 正 者 追 跡

用 情 報 を消 す 際 に有 効 な攻 撃 方 法 で あ る 。 不 正 者 追 跡 用 情 報 は コ ン テ ン ツ の 利 用 者 ご とに異 な る た め,結 託 に よ りお互 い の コ ンテ ンツ を比 較 し て,異 な る部 分 を入 れ替 え る こ とで コ ン テ ン ツ に埋 め込 まれ て い る透 か し を改 ざ ん す る こ とが で き る。 また,異 な って い る部 分 の 値 に対 し て平 均 値 や 中 間 値 を取 る とい う攻 撃 も可 能 とな る。 なお,ス ペ ク トル 拡 散 技 術 を利 用 して 透 か しを 埋 め 込 む 場 合6),数 人 の コ ン テ ン ツ の値 の 平 均 が取 られ た と し て もす べ て の 結 託 者 を検 出 す る こ とが で き る。 しか しな が ら,検 出 で き る結 託 者 の数 は埋 め込 む ス ペ ク トル拡 散 に用 い られ る 擬 似 ラ ン ダ ム 系 列 の 長 さ に比 例 す る た め,多

くの 結 託 者 を検 出 す るた め に は よ り長 い系 列 を埋 め 込 む 必 要 が あ る。

11.4 

透 か しの埋 め込み ・抽 出装 置 に対 する攻 撃 と対策

  電 子 透 か しの 埋 め 込 み あ る い は抽 出 作 業 を,コ

ン テ ンツ を利 用 す る側 の機

器 で 行 う場 合,以 下 の よ う な危 険 性 が 伴 う こ とに な る。 危 険1  利 用 者 の 所 有 す る機 器 は解 析 の 対 象 とな りや す く,こ こか ら ア ル ゴ リズ ム が 流 出 す る可 能 性 が あ る。 ア ル ゴ リズ ム が い っ た ん 流 出 す る と,そ れ に対 応 した 透 か しの 消 去 ・改 ざ ん プ ロ グ ラ ム が何 者 か に よ り作 成 さ れ,配 布 さ れ る 危 険 性 が あ る。 また,そ 合,攻

の機 器 が 透 か しの 抽 出 機 能 を持 っ て い た場

撃 者 は そ の機 器 を透 か しの 消 去 ・改 ざ ん 判 定 ツ ー ル と して 利 用 で き

る。 危 険2  利 用 者 の 所 有 す る機 器 が 改 造 され,透

か し の 埋 め込 み 機 能 や 抽 出 機

能 が 迂 回 さ れ る危 険 性 が あ る。   つ ま り,電 子 透 か しの埋 め 込 み あ る い は抽 出作 業 は,コ

ンテ ン ツ の利 用 者

の所 有 す る機 器 に行 わ せ る よ りは コ ンテ ン ツ の 著 作 者 も し くは配 布 者 が 行 う 方 が よ い。 しか しな が ら,コ ン テ ン ツの 配 布 形 態 や 埋 め込 む 情 報 の種 類 に よ っ て は,利 用 者 側 の機 器 で そ れ らの 作 業 を 行 わ な けれ ば な ら な い 場 合 が あ る 。 制 御 情 報 の 読 み書 き を利 用 者 側 の 機 器 で行 う場 合 や,不 正 者 追 跡 情 報 の 埋 め 込 み を再 生 機 器 で行 う場 合 が そ うで あ る 。例 え ば,コ

ンテ ン ツ を1回 の

み コ ピー して も よ い とい うポ リシ ー を実 現 す るた め に は,コ

ン テ ン ツが オ リ

ジ ナ ル な の か コ ピー され た も の な の か を識 別 す る必 要 が あ るが,こ

れに必要

な情 報 の読 み 書 き は利 用 者側 の機 器 で 行 う必 要 が あ る。 また,放 送 やパ ッケ ー ジで 配 布 され る コ ンテ ン ツ は通 常 同 一 の もの で あ り,配 布 者 も そ れ らが ど こに 流 れ て い くか を予 め 把握 す る こ と はで きな い 。 そ の た め,不 正 者 追 跡情 報 の 埋 め込 み も通 常 利 用 者 側 の 機 器 で 行 わ ざ る を得 な い。 これ につ い て は, 以 下 の 項 で 詳 し く説 明 す る。 11.4.1 

コ ンテ ンツ の 配布 形態 と不 正 者 追 跡情 報 の埋 め込 み

  コ ン テ ン ツの 配 布 形 態 に は大 別 して 以 下 の よ う な方 法 が あ る。 (1)  オ ン ラ イ ン型   利 用 者 が ネ ッ トワ ー ク上 の サ ー バ に接 続 し,コ ン テ ンツ をダ ウ ン ロ ー ドす る形 態 。

(2)  パ ッ ケ ー ジ型   DVDな

どの よ うに 物 理 的 な媒 体 と と も に コ ン テ ン ツ を配 布 ・販 売 す る形

態。 (3)  放 送 型   同 一 の コ ンテ ン ツ を放 送(ブ ロー ドキ ャス ト)す る形 態 。   前 項 で 述 べ た とお り,パ ッケ ー ジ型 や 放 送 型 に お い て不 正 者 追 跡 用 情 報 を 著 作 者 ・配 布 者 側 で埋 め 込 む こ と は容 易 で は な い 。 なぜ な ら,不 正 者 追 跡 用 情 報 は受 信 者 ご とに異 な らな け れ ば な ら な いが,パ

ッ ケ ー ジ型 や 放 送 型 で は

同一 の コ ン テ ン ツが 多 数 の 利 用 者 に配 布 さ れ る た め,著 作 者 や 配 布 者 が 受信 者 ご と に異 な る情 報 を前 もっ て 同 一 の コ ン テ ンツ に埋 め込 ん で お く こ と はで きな い か らで あ る。 した が っ て,パ

ッ ケー ジ型 や 放 送 型 に お け る利 用者 情 報

の埋 め込 み は,通 常 利 用 者 の所 有 す る機 器 に任 せ ざ る を得 な い 。 11.4.2 

装 置 に対 す る攻 撃 と対策

  コ ン テ ン ツ 再 生 機 器 に よ る不 正 者 追 跡 用 情 報 の 埋 め込 み は,利 用 者 が コ ン テ ン ツ を 再 生 あ る い は外 部 へ 出 力 す る際 に そ の 出 力 信 号 に そ の 機 器 のID, も し くは そ の 所 有 者 情 報 を埋 め込 む こ とで 行 え る。 こ う して お け ば,再 生 さ れ た コ ン テ ン ツ を利 用 者 が 不 正 に コ ピー して流 出 させ た と して も,埋 め 込 ま れ て い る情 報 か らそ の 不 正 者 を特 定 す る こ とが で き る。 しか し なが ら,こ の 方 法 で は透 か し の埋 め 込 み ア ル ゴ リズ ム が 利 用 者 の 機 器 内 に存 在 す る こ と に な り,こ の部 分 が 攻 撃 の 対 象 に な り得 る。 コ ンテ ン ツ を再 生 す る機 器 は大 量 に生 産 さ れ るた め,こ れ らが 解 析 され て透 か しの 埋 め込 み アル ゴ リズ ム が 暴 か れ る可 能 性 は否 定 で き な い。 い った ん,透 か しの 埋 め込 み ア ル ゴ リズ ムが 明 らか とな れ ば,そ

の情 報 を利 用 して 透 か し を消 去 す るア ル ゴ リズ ム が 出 回

る こ とが 予 想 され る。   耐 タ ン パ ー 装 置**や 暗 号 機 能 を 組 み 込 ん だ 汎 用 マ イ ク ロ プ ロ セ ッ サ (MCMP)17)を

用 い て 透 か しの ア ル ゴ リズ ム と そ の処 理 を保 護 す る こ と は可

能 で は あ る が,完 壁 な耐 タ ンパ ー 装 置 を安 価 に実 現 す る こ と は容 易 で は な い 。 そ の た め,そ

れ ら を用 い た保 護 に も限界 が あ る。 また,コ

ンテ ン ツ の再

生 はパ ソ コ ン上 の ソ フ トウ ェア で 行 わ れ る場 合 もあ る 。 難 読 化 の施 され た ソ フ トウ ェ ア の 解 析 は,質 の 良 い 暗 号 を解 読 す る よ り簡 単 で あ る た め,コ

ード

が リバ ー ス エ ン ジニ ア され 透 か しの埋 め 込 み ア ル ゴ リズ ム が暴 露 され る危 険 性 は否 定 で きな い。   で は,耐

タ ンパ ー性 に 頼 らず 利 用 者 側 で 安 全 に 透 か しを埋 め 込 む に は ど う

す れ ば よ い で あ ろ うか 。 文 献5)で 提 案 さ れ て い る 方 式 を 応 用 した 一 つ の 解 決 策 を 紹 介 し よ う。 まず,コ

ン テ ン ツ の あ る部 分 に対 して 異 な る透 か しが埋

め 込 まれ た 数 通 りの 別 形 を用 意 し て お く。 図11.1の に対 し て,"00","01","10","11"と

例 で は 埋 め 込 み 箇 所1

い う シ ン ボ ル が 埋 め込 ま れ た4種 類

の 別 形 が 用 意 され て お り,埋 め込 み箇 所2に

対 して も同様 に4種 類 の 別 形 が

用 意 さ れ て い る。 次 に,各 別 形 を そ れ ぞ れ 異 な っ た 鍵 で暗 号 化 し,コ ツ の再 生 機 器 に も そ れ ぞ れ 異 な っ た鍵 を 割 り当 て て お く。 図11.1の 各 別 形 は ユ ニ ー ク な 鍵 で 暗 号 化 され,利

用 者Aの

利用者A 図11.1 

ンテ ン 例 で は,

機 器 に は横 縞 と斜 め チ ェ

利 用者B

受信 者 側 の 装置 で利 用者 情 報 を埋 め込 む一 つ の方 法

**内部 の デー タ を直 接 読 み 書 きで き な くす るた め の物 理 的 な装 置 。 保 護 レベ ル に応 じて, 単 に 内部 の デー タ を物 理 的 に保護 す るだ け の もの か ら,各 種 セ ンサ を備 え,装 置 に異 常 が 生 じた場 合 に 内部 の デ ー タ を消 去 す る もの まで あ る。

ッ ク の鍵 が 割 り当 て られ,利 用 者Bの

機 器 に は 縦 縞 と横 チ ェ ッ ク の 鍵 が 割

り当 て られ て い る。 各 機 器 は 自分 の持 っ て い る鍵 に 対 応 す る部 分 の み を復 号 で き る た め,利 用 者Aの

機 器 か ら は"01,00"と

テ ン ツ が 再 生 さ れ る こ とに な り,利 用 者Bの

い う透 か しの 入 っ た コ ン 機 器 か ら は"11,10"と

いう

透 か しの 入 っ た コ ン テ ン ツが 再 生 され る こ とに な る。 再 生 され た コ ンテ ン ツ を利 用 者 が コ ピー し て 流 出 させ た 場 合,そ

こに埋 め 込 まれ て い る情 報 を読 み

と る こ とで 不 正 者 を特 定 す る こ とが で き る。 な お,こ の 方 法 は 放 送 型 や パ ッ ケ ー ジ型 の み な らず,オ

ン ラ イ ン型 で も利 用 で き る。 こ の場 合,サ

ーバ は利

用 者 が コ ン テ ンツ を ダ ウ ン ロー ドす るた び に利 用 者 情 報 を コ ンテ ン ツ に 埋 め 込 む 必 要 が 無 くな るた め,サ ー バ の 負荷 は軽 減 され る。   上 述 の 方 式 の利 点 は埋 め 込 み アル ゴ リズ ム を利 用 者側 の 再 生機 器 内 に 入 れ な くて よい 点 に あ るが,問

題 点 と して は以 下 の よ う点 が 挙 げ られ る。

問 題 点1  コ ン テ ンツ の 別 形 を数 通 り用 意 す る必 要 が あ る た め,コ

ンテ ンツ

の容 量 が 増 加 す る。 問 題 点2  コ ン テ ン ツ の 別 形 を復 号 す る た め の 復 号 鍵 が 流 出 す る恐 れ が あ る。 問 題 点3  結 託 した 利 用 者 が,受

け取 っ た別 形 を お 互 い に入 れ替 え る こ と に

よ り,新 た な系 列 の 埋 め込 まれ た コ ンテ ン ツ を生 成 す る こ とが で き る。   問題 点2に 対 処 す る た め に は,図11.1で

用 い られ て い る各 鍵 を一 時 鍵(使

い捨 て る鍵)と 考 え,そ の 鍵 を 鍵 の 無 効 化 が 可 能 な プ ロ ー ドキ ャ ス ト暗 号 化 方 式 を用 いて 暗 号 化 す れ ば よい 。 な お,鍵 ト暗 号 化 方 式 とは,図11.2の こ とで あ り,8),9),10),11)な

の無 効 化 が 可 能 な プ ロー ドキ ャス

よ う に 受 信 者 を毎 回 指 定 で き る暗 号 化 方 式 の どの 方 式 が 知 られ て い る。 特 に,文 献15)

の方 式 は上 述 の一 時 鍵 を用 い る方 式 との相 性 が よ く,プ ロ ー ドキ ャ ス トす る 暗 号 文 の サ イ ズ と再 生 機 器 に 入 れ る鍵 の サ イズ を と も に よ り小 さ くす る こ と が で き る。   一 時鍵 を復 号 す るた め の 鍵 が 漏 え い した 場 合 に は,漏 す る こ とで,そ

え い した 鍵 を無 効 化

の 鍵 は そ れ以 降 発 行 さ れ る コ ン テ ン ツの 復 号 に は使 え な くな

る。 また,一 時 鍵 は使 い捨 て な の で,仮

に それ らが漏 え い した と し て も,そ

れ 以 降配 布 され る コ ン テ ンツ の 復 号 に は使 え な い。 さ ら に,一 時 鍵 と不 正 者

図11.2 

鍵 の 無効 化 が可 能 な プ ロー ドキ ャ ス ト暗 号 で 実 現 で き る機 能

図11.3 IDの

符 号 化 方 法 の 一 例4)

追 跡 情 報 は一 対 一 で 対 応 し て い るた め,漏

え い した 一 時 鍵 か ら も漏 え い者 を

特 定 す る こ とが 可 能 で あ る。   問 題 点3に 対 処 す るた め に は,結 託 に強 いIDの

符 号 化 方 式 を採 用 す れ ば

よ い 。 一 つ の 例 と して 文 献4)に お い て提 案 さ れ て い る方 式 を 説 明 し よ う。 この 方 式 で は,各 利 用 者 のIDは 変 換 さ れ る。 利 用 者 のIDが

図11.3の

よ う に0と1が

連続 す る系 列 に

どの 系 列 に変 換 さ れ コ ン テ ン ツ の ど こ に埋 め 込

まれ るか は管 理 者 の み が 知 っ て お り,利 用 者 に は知 ら さ れ な い。 い ま,Bob とDaveが

結 託 して各 自の 受 け取 った コ ン テ ン ツ を持 ち 寄 っ た とす る。 彼 ら

は両 者 の コ ン テ ン ツ を比 較 す る こ と に よ りIDの

中 央8ビ

ッ トに相 当 す る コ

ン テ ン ツ の 一 部 に違 い が あ る こ と を知 る こ とが で き る。 彼 らが,そ お 互 い に 入 れ 替 え た とす る と,例 え ば 「0000

1001

0101

の部 分 を

1111」 とい う系

列 の 埋 め込 まれ た コ ンテ ン ツ を作 成 す る こ とが 可 能 とな る。 この コ ンテ ン ツ に埋 め込 まれ て い るIDはBobの

もの と もDaveの

もの と も異 な るが,彼

ら

が結 託 者 の 中 に含 まれ て い る こ と は以 下 の よ うな 考 えか ら推 測 す る こ とが で き る。 ま ず,最 初 の4ビ

ッ トが す べ て0で

あ り次 の4ビ

ざ っ て い る こ とか ら,結 託 者 の 中 に 少 な く と もBobが が 高 い 。 なぜ な ら,5ビ

Aliceが 含 まれ て い る場 合,最

初 の4ビ

Daveが

混 ざるた めに

含 ま れ な け れ ば な ら な い が,

ッ トに も1が 混 ざ る可 能 性 が 高 くな

結 託 者 に 含 まれ て い る 可 能 性 は 低 く,Bobが

い る可 能 性 は高 い こ と に な る。 同様 に最 後 の4ビ 手 前 の4ビ

ッ トに は0と1が

混

含 まれて い る可能性

ッ ト目か ら8ビ ッ ト目 ま で に0と1が

は 結 託 者 の 中 に 少 な く と もBobかAliceが

る。 よ って,Aliceが

ッ トに は0と1が

結 託 して

ッ トが す べ て1で あ りそ の

混 ざ っ て い る とい う こ とか ら,結 託 者 の 中 に

含 まれ て い る可 能 性 が 高 い こ とが わ か る。

  この他 に も さ ま ざ ま なIDの

変 換 方 法 が 提 案 さ れ て い るが,一 般 に 多 くの

結 託 者 を 高 い 精 度 で検 出 す る た め に は よ り長 い 系 列 を埋 め 込 む必 要 が あ る。 ち な み に,問 題 点2の 解 決 策 の箇 所 で 述 べ た 一 時 鍵 を毎 回 変 え る方 式 を 用 い た 場 合,埋

め 込 むIDを

動 的 に変 化 させ る こ とが で き る た め,よ

り長 い 系 列

を(し か も動 的 に)埋 め込 む こ とが で き る。

11.5 

今 後の課題

  電 子 透 か し を よ り使 い易 くか つ 安 全 な も の に す るた め に,現 在 以 下 の よ う な 方 式 が 求 め られ て い る。 (1)  結 託 攻 撃 に 強 くよ り短 い 埋 め 込 み 系 列 を 生成 す る 符 号 化 方 式 の 開発   前 節 の 結 託 攻 撃 の欄 で も述 べ た が,例 IDが1ビ

え ば,動 画 の各 フ レ ー ム に購 入 者 の

ッ トず つ 埋 め込 ま れ て い る よ うな 場 合,結

託 した 複 数 の購 入 者 は

各 自が 入 手 した 動 画 の フ レ ー ム を ラ ン ダ ム に入 れ 替 え る こ とで,埋 て い るIDを

め込 まれ

改 ざ ん す る こ とが で き る3)。IDが 改 ざ ん され る と不 正 者(コ ン

テ ン ツ を不 正 に複 製 ・流 出 させ た 者)を 追 跡 で きな くな るだ け で な く,改 ざ ん さ れ たIDが

他 人 のIDと

一 致 し た 場 合,無

実 な購 入 者 が 不 正 者 と して 疑

わ れ る こ と に な る。 こ れ ら に対 処 す る た め のIDの 12)に お い て提 案 さ れ て い る が,多

符 号 化 方 法 が 文 献4),

くの 結 託 者 に対 処 す る た め に は非 常 に長

い系 列 を埋 め込 む必 要 が あ る。 ま た,系 列 を よ り短 くす る た め の研 究14), 9)も 行 わ れ て い る が,現 実 的 な 長 さ で 十 分 大 き な数 の結 託 に対 処 で き る符 号 化 方 法 は まだ 見 つ か って い な い 。   この た め,よ

り短 い 系 列 で よ り多 くの 結 託 に対 処 で き る符 号 化 方 法 が 求 め

られ て い る。 (2)  透 か しの 抽 出 方 法 を公 開 で き る 電 子 透 か し の 開 発   現 在 実 用 化 さ れ て お り,か つ あ る程 度 強 固 に コ ンテ ン ツ との 結 び つ き を実 現 して い る電 子 透 か し方 式 で は,透 か し の抽 出 に秘 密 情 報 を 用 い て い る。 も し,秘 密 情 報 を一 切 用 い る こ とな く公 開 情 報 の み で 透 か し を抽 出 す る こ とが で きれ ば,非 常 に便 利 な非 対 称 電 子 透 か しを構 成 す る こ とが で き る。   非 対 称 電 子 透 か し は,透 か しの抽 出 方 法 を公 開 した と して も,透 か し を消 去 あ る い は改 ざ ん す る こ とが 難 しい 方 式 で あ る。 その よ うな 方 式 を 実現 す る た め の一 つ の概 念 が 文 献16)に るた め に は解 決,あ

お い て 提 案 さ れ て い るが,こ

の 概 念 を実 現 す

る い は明 確 に し な け れ ば な ら ない 点 が い くつ か あ る。 例

え ば,ユ ー ク リ ッ ド距 離 の よ うな 数 学 的 な距 離 が 実 際 の コ ンテ ン ツ の ひ ず み を的 確 に あ らわ す こ とが で き るか と い う 問題,ま

た,そ

れ に関 連 して コ ン テ

ン ツ か ら距 離 が あ る一 定 の 閾 値 以 上 離 れ た コ ンテ ン ツ は 品 質 が 劣 化 して 使 い 物 に な らな い とい う仮 定 が 果 た し て妥 当 か とい うモ デ ル化 の 問 題,ま

た,具

体 的 な誤 り訂 正 符 号 と して 何 が使 え,そ の復 号 は実 際 的 な 計 算 量 で 可 能 か と い っ た実 装 上 の 問 題 で あ る。こ の 方 式 は,漸 近 的 に は安 全 性 が 証 明 で き そ うで あ るが,有 限 の 範 囲 内 で は,誤 り訂 正 符 号 の 選 択 に安 全 性 が 大 き く依 存 す る。 この よ うな安 全 性 の 問題 も含 め,具 体 的 な構 成 法 が まだ 確 立 され て い な い 。   透 か しの 抽 出 方 法 を公 開 で き る方 式 の 開 発 は,透 か し技 術 を よ り有 効 で, 使 い や す い もの とす るた め に は必 要 不 可 欠 で は あ る が,そ の 実 際 的 な構 成 は

最 も難

しい課 題 の一 つ に な って い る。

11.6 

ま

と

  本 章 で は,埋 込 み

め

め込 ま れ た電 子 透 か しに対 す る攻 撃 方 法 お よ び 透 か し の埋 め

・抽 出 装 置 に 対 す る 攻 撃 方 法 を 紹 介 す る と と も に,そ

れ らへ の 対 処 方 法

と 今 後 の 課 題 に つ い て 述 べ た 。 電 子 透 か し に 対 す る 攻 撃 は,単

純 な もの で あ

れ ば あ る 程 度 の 対 策 を 施 す こ と で 防 ぐ こ と が で き る 。 し か し な が ら,利 れ る 環 境 や 埋 め 込 む 情 報 の 種 類 に よ っ て は,防

用 さ

ぐ こ との 難 しい攻 撃 が 存 在 す

る こ と も 事 実 で あ る 。 電 子 透 か し 技 術 を 採 用 す る 際 に は,か

け る こ との で き

る コ ス トや 得 ら れ る 効 果 を 考 慮 し て 適 切 な 技 術 を 選 択 し て い く必 要 が あ る で あ ろ う。

参 考 文 献 1) "stirmark

benchmark

4.0",http://www.petitcolas.net/fabien/watermarking/stirmark

/. 2) W.Bender,D.Gruhl,N.Morimoto,and Systems

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for data

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3) G.R.Blakley,C.Meadows,and messages",Proc.of 4) D.Boneh

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G.B.Purdy,"Fingerprinting long CRYPTO

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8) T.Matsusita,K.Kobara,and pirate Information 9) H.Muratani,"A and

H.Imai,"Revocable

decoders",Proc.of

Security

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tracing

International

against

selfdefensive

Workshop

on

Applications(WISA'01),pp.335‐353(2001).

collusion‐secure its random

black‐box

The

error

fingerprinting

resilence",Proc.of

code

reduced

Information

by chinese Hiding

remaindering Workshop

(IHW'01),(2001). 10)  D.Naor,M.Naor,and

J.Lotspiech,"revocation

receivers",CRYPTO

2002:LNCS

11)  F.A.P.Petitcolas "

and

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R.J.Anderson,"Evaluation

Multimedia

tracing

of

copyright

M.Kuhn,"Attacks

Second

schemes

for

stateless

marking

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12)  F.A.P.Petitcolas,R.J.Anderson,and systems",Proc.of

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Information

Hiding

on

copyright

marking

Workshop(IHW'98):LNCS

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and

frameproof

properties codes",SIAM

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Discrete

of Mathematics

,Vol.11,pp.41‐53(1998). 14)  吉 田 淳,岩 年 暗 号

村 恵 市,今

井 秀 樹:"画

質 劣 化 が 少 な く 結 託 攻 撃 に 強 い 電 子 透 か し 法",1998

と 情 報 セ キ ュ リ テ ィ シ ン ポ ジ ウ ム 講 演 論 文 集,10.2.A,January(1998).

15)  金 美 羅,古 Encryption方

原 和 邦,今

井 秀 樹:"許

式".2003年

暗 号

容 受 信 者 の お よ そ 半 数 の 無 効 化 に適

し たBroadcast

と 情 報 セ キ ュ リ テ ィ シ ン ポ ジ ウ ム 講 演 論 文 集,5B‐1,

January(2003). 16)  山 口 和 彦,岩 し",1999年

村 恵 市,今 暗 号

井 秀 樹:"誤

り訂 正 符 号 を 用 い た ア ル ゴ リ ズ ム 公 開 型 電 子 透 か

と 情 報 セ キ ュ リ テ ィ シ ン ポ ジ ウ ム 講 演 論 文 集,pp.713‐718,January

(1999). 17)  末 松 俊 成,今

井 秀 樹:"MCMPを

利 用 し た ソ フ ト ウ ェ ア 保 護 方 式 に 関 す る 一 考 察",情

報 処 理 学 会 論 文 誌,42(9),pp.2351‐2358(2001).

第12章 デ ィ ジ タ ル ・ス テ ガ ノグ ラ フ ィ技 術 につ い て

九州工業大学工学部 河 口英二,野 田秀樹,新 見道治

12.1 

は

じ め

に

  社 会 の情 報 化 とネ ッ トワ ー ク化 が 進 み,イ

ン タ ー ネ ッ トが 日常 生 活 に欠 か

せ ない もの とな った 。 そ して,情 報 の安 全 性 に関 す る社 会 の 関 心 も高 ま っ て きた 。 こ の よ うな 時 代 を反 映 して,最 )"と

近,"ス

テ ガ ノ グ ラ フ ィ(steganography

い う 言 葉 が 少 し ず つ 広 ま っ て い る。 し か し,こ の 言 葉 は ま だ 一 般

の 辞 書 に は な く,そ の意 味 は分 か りに くい 。 本 章 で は ス テ ガ ノ グ ラ フ ィに 関 す る基 本 的 な事 項 と,筆 者 らの 研 究 グ ル ー プが 開 発 し た ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ技 術 に つ い て 解 説 す る。

12.2 

デ ィジタル ・ステガ ノグ ラフ ィ技術 の位置 づ け

  人 類 は 有 史 以 来,"他 交 換 で き る 技"を の"こ

人 に 気 づ か れ る こ と な く特 定 の 相 手 と こ っ そ り情 報

探 し 求 め て き た 。"steganography"の

っ そ り 書 き 込 ん だ も の(steganos)"に

リ シ ャ 時 代 に も様 々 なsteganographyが

由 来 す る そ う で あ り,す

で にギ

使 わ れて いた。 その ような時代 を

物 語 る も の と し て,「 奴 隷 の 頭 髪 を 剃 り 上 げ,秘 れ 墨 し,頭

語 源 は ギ リシ ャ 語

密 の メ ッセ ー ジ を頭 皮 に入

髪 が 伸 び た 後 で そ の 奴 隷 を 敵 陣 に 放 ち,味

方 と連 絡 を 取 ら せ た 」

とい う逸 話 は有 名 で あ る。   従 来 か ら のsteganographyは 術 で あ っ た 。 し か し,今

物 理 ・化 学 的 な 現 象 を 応 用 し た ア ナ ロ グ 技

や ほ と ん ど のsteganographyは

デ ィ ジ タ ル ・ス テ

表12.1 

"steganography"に

関 連 した 単 語 や フ レ ー ズ を 含 むWeb

ペ ー ジ 数(2002年2月,Googleに

ガ ノ グ ラ フ ィ(digital   "steganography"の し",あ

る い は"情

や す い"電

steganography)で

報 迷 彩"な

る テ ロ 事 件 に 関 連 し て,ア

っ て"ス

あ る。

日 本 語 訳 と し て は,"画

子 あ ぶ り 出 し"を

steganographyを

よ る)

像 深 層 暗 号","電

ど が あ る が,筆

者 な どは 一 般 の 人 に もわ か り

推 奨 し て い る 。2001年9月

の ア メ リカ に お け

メ リカ の メ デ ィ ア の 一 部 が テ ロ リ ス ト と

結 び つ け て 報 道 し た こ と が あ り,そ

テ ガ ノ グ ラ フ ィ"と

子 あ ぶ り出

の翻 訳 が 日本 に も伝

い う 目 新 し い 言 葉 が 日本 語 のWeb上

さ れ る よ う に な っ た 。 事 情 は と も あ れ,"ス

テ ガ ノ グ ラ フ ィ"が

に も散 見 そ の まま日

本 語 と し て 定 着 す る こ とが 望 ま し い 。   表12.1は,2002年2月 フ レ ー ズ を 含 むWebぺ グ ラ フ ィ"の

上 旬 の 段 階 でsteganographyに ー ジ 数 を 示 し て お り,"暗

タ 処 理 技 術 で あ る 。 い ず れ も"あ 術 で あ り,共

が ら,両

比 べ て"ス

テ ガ ノ

知 名 度 が 低 い こ とが わ か る。

  ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ と 電 子 透 か し は,し

る"技

号"に

関 連 した単 語 や

ば し ば 混 同 さ れ る デ ィ ジ タ ル ・デ ー

る情 報 を 別 の 情 報 媒 体 の 中 に 紛 れ 込 ませ

に 情 報 秘 匿 技 術(information

hiding)で

者 は 目 的 と技 術 条 件 が 正 反 対 で あ る(表12.2参

い を 根 拠 と し て 筆 者 ら は"ス

あ る。 し か し な

照)。

この ような違

テ ガ ノ グ ラ フ ィ は 電 子 透 か し と は ま っ た く違 う

表12.2 

ス テガ ノグ ラ フ ィ と電 子透 か しの 違 い

図12.1 

ス テガ ノ グ ラ フ ィ技 術 の 位 置 づ け

もの で あ る"と の立 場 を取 って い る。   ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ を"特 殊 暗 号"と 位 置 づ け る人 も い る が,暗 号 とは まっ た く別 物 で あ る。 暗 号 は第3者

に知 られ た くな い情 報 デー タ を"か き混 ぜ て

(scrambling)"内

容 を わ か らな くす る技 術 で あ る が,"そ

こに 怪 しげ な デ ー

タ が 存 在 す る"こ

とは隠 せ ない 。 す な わ ち,秘 密 の 内 容 は保 護 す るが,秘

密

の 存 在 を強 調 して し ま う。   これ に対 して ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ とは,秘 密 情 報 を何 気 な い別 の 情 報 媒 体 に 紛 れ 込 ませ て(埋 め込 ん で),秘

密 の存 在 まで もわ か ら な くす る技 術 で あ る。

秘 密 情 報 の 埋 め 込 み 対 象 と な る"何 気 な い 別 の 情 報 媒 体"は,"vessel", "container" ,"cover"あ る い は"ダ ミー デ ー タ"と 呼 ば れ る。 秘 密 情 報 を 埋 め込 ん だ 後 の ダ ミー画 像 は ス テ ゴ 画像 と呼 ばれ る こ と もあ る。 秘 密 情 報 を あ らか じめ 暗 号 化 し て お き,そ れ を ス テ ガ ノ グ ラ フ ィで 秘 匿 す れ ば極 め て 強

力 な 情 報 保 護 技 術 と な る の で,ス あ る。 図12.1は

テ ガ ノ グ ラ フ ィ と暗 号 は協 調 で き る技 術 で

上 記 に従 っ て ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ の位 置 づ け を示 した も の で

あ る。

12.3 

従 来か らのデ ィジタル ・ステ ガノグ ラフ ィ

  これ まで に様 々 な デ ー タ を ダ ミー とす るデ ィ ジ タ ル ・ス テ ガ ノ グ ラ フ ィが 考 案 さ れ て き た が,や 他,音

は り,画 像 デ ー タ を ダ ミー とす る もの が 多 い。 そ の

響 デ ー タ(音 声 や 音 楽),マ

ル チ メ デ ィア ・デ ー タ,さ

らに はテ キ ス

ト ・デ ー タ な どを ダ ミー とす る も の もあ る。 (1)  画 像 デ ー タ の最 下 位 ビ ッ トへ の 埋 め 込 み   多 値 画 像(白 黒 濃 淡 画 像 や カ ラ ー 画 像)は,そ

れ ぞ れ の 画 素 の 明 る さや 色 情

報 を 複 数 ビ ッ トで 記 述 す る。 カ ラ ー 画 像 の 場 合 だ とR(赤),G(緑),B(青) の各 成 分 の 強 さ を そ れ ぞ れ8ビ

ッ トで 表 現 す る こ とが 多 い 。

  白黒 濃 淡 画 像 や カ ラー 画 像 の最 下 位 ビ ッ トは画 像 全 体 へ の 視 覚 的 影 響 が 少 な く,別 の デ ー タ と置 き換 え て も変 化 が 少 な い 。 この こ と を利 用 して最 下 位 ビ ッ トに秘 密 情 報 を埋 め 込 ん で も(置 き換 え て も),視 覚 的 な 埋 め込 み の 証 拠 は残 らず,秘 密 デ ー タ を隠 す こ と が で き る。 この"最

下 位 ビ ッ トに 埋 め 込

む"方 法 は,典 型 的 な ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ方 式 と し て知 られ て い る。 な お,こ の原 理 は 一 次 元 時 系 列 デ ー タ で あ る音 楽 デ ー タ な ど へ も そ の ま ま適 用 で き る。   この 方 式 で 埋 め込 まれ るデ ー タ 量 は,ダ (12.5%)を

ミー 画 像 フ ァ イ ル ・サ イ ズ の1/8

超 え る こ とは な い。 最 下 位 ビ ッ トだ けで な く,そ の 次 の ビ ッ トに

埋 め込 ん で も画 質 が劣 化 し な い場 合 が あ り,そ の よ うな場 合 の 埋 め込 み 容 量 は ダ ミー の1/4程 む 方 式 は,埋

度 に な るが,こ

の よ うに"定

ま っ た部 分"に

情 報 を埋 め込

め込 み の事 実 が 比 較 的容 易 に見 破 られ て し まい,あ

ま り強 力 な

ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ とは い え な い。 (2)  テ キ ス ト ・デ ー タ をダ ミー と す る ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ   少 な い情 報 量 で あれ ば テ キ ス ト ・デ ー タ に も情 報 を隠 す こ とが で き る。 例 え ば,以 下 の よ う な簡 単 な 方 法 が あ る。 まず,次 の[メ

ッセ ー ジ原 文]を

考

表12.3 

文字 列 選択 コー ド表

えて み よ う。 これ が ダ ミー ・デ ー タで あ る 。 [メ ッセ ー ジ原 文] 「社 会 の情 報 化 と共 に コ ン ピ ュ ー タ は毎 日 の生 活 に 欠 か せ な い もの とな り, 若 者 の情 報 産 業 へ の 関心 も高 くな って い る。」   こ の原 文 で,ア

ン ダ ー ラ イ ン を付 け た文 字 列 につ い て考 えて み る。 それ ぞ

れ の文 字 列 の 原 形 に 対 して,次

の よ うな 派 生 形 を考 え,対 応 を表12.3の

よ

う に用 意 して お く。   こ の表 を使 え ば,元 の メ ッセ ー ジ の 意 味 を あ ま り変 え ず に,秘 (例 え ば"010101")を

密 デー タ

隠 す こ とが で き る 。 す な わ ち,原 文 の ア ン ダ ー ラ イ ン

部 分 の文 字 列 選 択 を"0,1,0,1,0,1"と

す れ ば,そ の 結 果 は次 の よ う に な る。

[秘密 を秘 匿 し た通 信 文] 「社 会 の情 報 化 と共 に パ ソ コ ン は毎 日の 生 活 に 必 須 の もの とな り,若 者 の 情 報 産 業 へ の興 味 も高 くな っ て い る。」   メ ッセ ー ジ の 送 り手 と受 け手 が,こ

の よ うな秘 密 の"コ

ー ド表"を

共有す

る こ とに よ り,テ キ ス ト ・デ ー タ を ダ ミー とす るス テ ガ ノ グ ラ フ ィが 実 現 で き る。 (3)  そ の 他 の 方 法   画 像 や音 響 デ ー タ は,"周 波 数 成 分"に よ う な変 換 の 際 に,オ

変 換 して 扱 う こ とが で き る。 そ の

リ ジ ナ ル の デ ー タ(ダ ミー とな る画 像 や 音 響 デ ー タ)の

特 定 周 波 数 帯 域 の 成 分 を"秘 密 デ ー タ"と 置 き換 え る ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ方 式 が あ る。 低 周 波 帯 域 や 高 周 波 帯 域 を置 き換 え る と,目 立 つ こ とが 多 い の で,

中 間 周 波 帯 域 の 一 部 を置 き換 え る よ う な方 法 が 採 られ る こ とが あ る。 そ の 他 の 方 法 と して"サ が,い

ンプ リン グ誤 差"を

利 用 した 埋 め込 み 方 法 も知 られ て い る

ず れ も埋 め込 み容 量 が 少 な い の が 欠 点 とい え る。

  また,"裏

技"的

な方 法 と して は,記 録 媒 体 の 特 性 や フ ァイ ル の"規 格 外"

の部 分 に秘 密 デ ー タ を埋 め込 む方 法 もあ る(偽 装)。 しか し,そ の よ うな 裏 技 ス テ ガ ノ グ ラ フ ィは情 報 技 術 と して は認 め られ な い。

12.4 

実験 プログラムや文 献

  国 内 で公 開 さ れ て い る デ ィ ジ タ ル ・ス テ ガ ノ グ ラ フ ィの プ ロ グ ラ ム は比 較 的 少 な い が,海

外 に はか な りの 有 料,無

料 ダ ウ ン ロ ー ドサ イ トが あ る(末 尾

参 照)。   ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ に 関 す る論 文 や 書 籍 は ま だ あ ま りな い が,末

尾 の文

献1)-4)は一 読 す べ き もの で あ ろ う。 しか し これ ら も情 報 秘 匿 技 術 の 一 つ の 側 面 とし て ス テガ ノ グ ラ フ ィ に言 及 して い る場 合 が 多 い 。   以 下,12.5で

は筆 者 らが 独 自 に 考 案 し て 開 発 したBPCS‐Steganography

の 原 理 を解 説 し,12.6と12.7で

は そ の 応 用 と し て 限 定 色 画 像 や圧 縮 画 像 デ

ー タ を ダ ミー とす るス テ ガ ノ グ ラ フ ィの 仕 組 み を解 説 す る。

12.5 

BPCS‐Steganography方

  筆 者 ら は,1997年

式

に 画 像 デ ー タ の ビ ッ トプ レ ー ン分 解 に基 づ く大 容 量 の

デ ィ ジ タ ル ・ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ 方 式(BPCS‐Steganography)を BPCSと

はBit‐Plane Complexity

方 式 をBPCS方   BPCS方

Segmentationの

開 発 した 。

意 で あ る。 以 下,こ

の

式 と呼 ぶ 。

式 は,ダ

ミー 画 像 を三 つ の 色 成 分 ご と に ビ ッ トプ レー ン に 分 解

し,そ の プ レー ンの複 雑 な領 域 だ け に秘 密 情 報 を埋 め 込 む もの で あ る。 こ の と き,秘 密 情 報 フ ァ イ ル も ラ ン ダ ム な2値 パ タ ン とな る よ う に処 理 して お く。 こ の 方 式 の 最 大 の 特 徴 は埋 め 込 み 容 量 が 大 き い こ とで あ る 。

12.5.1 

BPCS‐Steganographyの

  BPCS‐Steganographyは

基 本原 理

以 下 の原 理 を利 用 して 実 現 され た技 術 で あ る

(1)  多 値 画 像 は ビ ッ トプ レ ー ン分 解 す る こ とで2値

画像 の組 に分解 で き

る。 (2)  自然 な 多 値 画 像 の ビ ッ トプ レー ン で は,複 雑 な部 分 は ラ ン ダ ム ・パ タ ン とな って い る。 (3) 

ビ ッ トプ レー ン上 の局 所 的 に ラ ン ダ ム な部 分 を,他 の ラ ン ダ ム な パ タ

ン と入 れ替 え て も,視 覚 的 な変 化 は な い。 (4)  情 報 を 変 え ず に,簡 単 な2値 画 像 パ タ ン を複 雑 なパ タ ン に 変 換 し た り,逆 変 換 した りす る こ とが で き る。 (5)  圧 縮 す れ ば フ ァイ ル は ラ ン ダ ム に な る。 12.5.2 

白 黒2値

画 像 の 複 雑 さ の 定 義 と 秘密 の 埋 め 込 み

  2値 画 像(例 え ば 白 ・黒)が 複 雑/簡 単 で あ る とは,そ

の画像 中 の情報 量 が

多 い/少 な い こ とで あ る。 白黒 画 像 が 持 つ 情 報 と は,白

と黒 の 境 目 が もた ら

す情 報 の こ とで あ る ので,複

雑 さ の 尺 度 は"白

と黒 の 境 界 線 長"を

定 義 す る の が 妥 当 で あ る。BPCS‐Steganographyで

は,2値

基 に して

画 像 の複 雑 さ

(α)を,

と 定 め て い る。 た だ し,lは

そ の 画 像 内 の 白 黒 境 界 線 の 総 延 長,Lは

面 で 可 能 な 境 界 線 の 最 大 長 で あ る 。 こ の よ う な α は,画 局 所 領 域 に つ い て も定 義 で き る 。 α の 値 は 一 般 に0≦ 黒 の 画 像 で は α=0で

あ り,市

松 模 様 で は α=1で

立 点 だ け か ら な る 画 像 で は4/Lで 多 様 で あ り,か

つ,ラ

α≦1と

な る。 真 白 や 真

あ る 。 さ ら に,一 近 の2値

の ビ ッ トプ レ ー ン も α＜0.7程

所 的 に0.2＜

ン(多 く は α=0.5付

面 全 体 と し て も,

α程 度 の 複 雑 さ を 持 つ 領 域 を,別

個 の孤

パ タ ン は極 め て

ン ダ ム な パ タ ン で あ る 。 自 然 な 画 像(白

と も に)に つ い て は,ど か も,局

あ る 。 α=0.5付

その画

・黒,カ

ラー

度 の 範 囲 に あ り,し の ラ ンダ ム 状 の パ タ

近)と 入 れ 替 え て も視 覚 的 に は 区 別 で き な い 。 こ れ ら は

実 験 的 な知 見 で あ る。   BPCS‐Steganographyで

は,あ

ら か じ め ダ ミ ー 画 像 の 複 雑 さ の 閾 値(α0＜

0.5)を 定 め て お き,こ の 閾 値 に よ っ て ダ ミー 画 像 の 各 ビ ッ トプ レ ー ン を複 雑 な領 域(ラ ン ダ ム な ノイ ズ 状 の領 域)と 簡 単 な 領 域(形 の情 報 を持 つ 領 域)に 分 割 す る。 そ して,複 雑 な領 域 だ け を秘 密 デ ー タ と置 き換 え る。 実 際 に は, 秘 密 デ ー タ を小 ブ ロ ッ ク(例 え ば,8×8ビ

ッ ト単 位 で)の 系 列 と して 表 わ し

て お き,各 ブ ロ ッ ク を次 々 に ダ ミー画 像 の ビ ッ トプ レー ン上 の複 雑 な領 域 と 置 き換 え る。 す な わ ち,複 雑 さが 閾 値 以 上 の局 所 領 域 の み が 秘 密 の埋 め込 み 場 所 とな る。 埋 め 込 まれ た秘 密 デ ー タ を復 元 す る場 合 は,閾 値 以上 に複 雑 な 局 所 領 域 を秘 密 デ ー タ と して 取 り出 す。 12.5.3 

秘 密 デ ー タ のConjugation操

作

  以 上 の 埋 め 込 み/抽 出 処 理 に お い て 問 題 と な るの は,秘 密 デ ー タ の各 ブ ロ ッ ク の複 雑 さが 閾 値 以 下 にな る場 合 で あ る。 こ の場 合,秘

密 デ ー タ を抽 出 し

よ う とす る際 に 閾 値 に よ る領 域 分 割 で は埋 め 込 み場 所 を特 定 で きな い の で, 秘 密 デ ー タ は完 全 に は復 元 で き な い こ と にな る。   この 問 題 を 解 決 す る た め に,BPCS‐Steganographyで 下 で あ る秘 密 デ ー タ ブ ロ ッ ク に 対 して,"conjugation"操

は複 雑 さが 閾 値 以 作 を施 す5)。こ の

操 作 を行 う こ と に よ り,す べ て の ブ ロ ッ クの 複 雑 さ を0.5以 上 にす る こ とが で き る。conjugationさ

れ た ブ ロ ッ ク を も う一 度conjugationす

ロ ッ ク に復 元 で き る。 埋 め 込 み処 理 の 際,"ど れ た か"を"conjugation‐map"と に埋 め 込 む),秘

る と元 の ブ

の ブ ロ ッ ク がconjugationさ

して 記 録 して お き(こ の 情 報 もダ ミー 画 像

密 デ ー タ の 抽 出処 理 で利 用 す る。 この よ うな 抽 出処 理 に よ

っ て 秘 密 デ ー タ は完 全 に復 元 さ れ る5)。 12.5.4 

BPCS‐Steganographyの

特徴

  BPCS‐Steganographyの

最 大 の 特 徴 は,埋

る。 さ らに,埋

出処 理 の い ず れ も整 数 演 算 と記 号 処 理 だ け で構 成

め込 み,抽

め 込 み 容 量 が 大 きい こ とで あ

で き る の で処 理 速 度 が 速 い。 また,埋 め 込 み ア ル ゴ リズ ム に多 様 性 が あ り, これ を"埋 め 込 み鍵"と

し て も利 用 で き る の で,通 常 の パ ス ワ ー ドよ りも さ

らに 安 全 な シ ス テ ム と な る。

12.6 

限 定色 力ラー画像 への適 用

  基 本 的 にBPCS方 が,パ

式 は フル カ ラ ー 画 像 に 対 す る ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ で あ る

ソ コ ン や イ ン ター ネ ッ トで は フ ル カ ラ ー画 像 よ り も限定 色 カ ラー 画 像

が よ く利 用 さ れ る。 限 定 色 カ ラ ー 画 像 は,R,G,Bの

色(カ ラ ー ベ ク トル)

が 記 述 され た カ ラー テ ー ブ ル と,そ の イ ンデ ック ス の 値 を 画 素 値 とし て持 つ 画 像 デ ー タ(イ ン デ ッ クス 画 像)で 構 成 さ れ る。 こ こ で は,R,G,B値 び イ ン デ ッ ク ス値 は8ビ

ッ トで 表 現 で き る と し,カ ラー テ ー ブ ル とイ ン デ ッ

ク ス画 像 か ら生 成 さ れ るR,G,Bそ ぶ 。 本 節 で は,限 Steganography方 12.6.1 

およ

れ ぞ れ の輝 度 画 像 を色 成 分 画 像 と呼

定 色 カ ラ ー 画 像 を ダ ミ ー 画 像 と し た 場 合 のBPCS‐ 式 を示 す 。

この 分 野 にお け る従 来 の 研 究

  これ まで に提 案 さ れ て い る埋 め込 み 方 法 は,カ の 順 番 を秘 密 情 報 に対 応 さ せ る 手 法6)と,イ

ラー パ レ ッ トを操 作 し,色

ンデ ックス画像 に埋 め込 む手

法7),8)に大 別 で き る。 前 者 の 方 法 は画 質 を ま っ た く変 化 さ せ な い が,画 像 処 理 ツ ー ル を使 っ て デ ー タ の移 動 や 保 存 処 理 を す る と き,カ

ラー テ ー ブ ル上 の

色 順 が 変 え られ て し ま い,結 果 的 に埋 め 込 ん だ情 報 が 壊 され る恐 れ が あ る。 また,イ

ン デ ッ ク ス画 像 に対 す る埋 め込 み 方 法 で も,基 本 的 に は カ ラ ー テ ー

ブ ル の 並 べ 替 えが 必 要 とな る。 特 に,こ の 手 法 で は カ ラ ー テ ー ブル の色 が 規 則 的 に 並 ぶ 場 合 が あ り,カ ラー テー ブ ル と して は 不 自然 に な る。   ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ で は 第 三 者 に対 して ス テ ゴ画 像 の不 自然 さ を知 られ て は い け な い の で,カ

ラ ー テ ー ブ ル 上 の カ ラ ー ベ ク トル の規 則 的 な並 び は好 ま し

くな い 。 そ こ で,カ

ラ ー ベ ク トル の順 に関 係 な くデ ー タ 埋 め 込 み を 行 う方

法9),10)が提 案 さ れ た 。 し か し な が ら,埋 12.5%程

度 で あ る。 以 下 で は,BPCS方

め 込 み 量 は 最 大 ダ ミー 画 像 の

式 を利 用 し て,カ

ラ ー ベ ク トル の

順 序 に 関 係 な く(し た が っ て よ り安 全 に)大 量 の デ ー タ が埋 め 込 め る方 法 につ い て 述 べ る。 12.6.2 

限定 色 カ ラー 画像 に対 す る デ ー タ 埋 め 込 み

  埋 め 込 ま れ た 秘 密 情 報 が カ ラー テ ー ブ ル の色 順 に依 存 しな い よ うに,本 手 法 で は 色 成 分 デ ー タ に対 して 秘 密 情 報 を埋 め込 む 。 色 成 分 デ ー タ は カ ラ ー テ

ー ブ ル の 色 順 に は 依 存 しな い 。 こ こで 問題 にな るの は どの 色 成 分 に 秘 密 情 報 を埋 め込 む か で あ る。 限 定 色 カ ラ ー 画 像 に は,3つ で,そ

の 中 の 一 つ の 成 分 に 対 し てBPCS方

BPCSで

の色 成 分 が存 在 す るの

式 で 秘 密 情 報 を 埋 め 込 む。

は,情 報 が 埋 め込 まれ た 後 の 画像 情 報 の変 化 は許 さ れ な い 。

  埋 め込 み 処 理 に よ って,あ

る限 定 色 カ ラ ー 画 像 の 一 つ の 色 成 分 が 変 化 した

だ け で も,そ の 限 定 色 カ ラ ー 画 像 を表 現 す るた め の カ ラー ベ ク トル 数 は256 を超 え る こ とが あ る。 そ の場 合,そ

の他 の 色 成 分 を縮 退 させ て減 色 し な けれ

ば,こ の カ ラ ー 画 像 デー タ は 限 定 色 カ ラ ー 画像 と して表 現 で きな い 。 こ の こ とは,秘 密 情 報 を埋 め込 む た め に情 報 を変 化 させ る色 成 分 画 像 と,減 色 の た め に情 報 を縮 退 させ る色 成 分 画 像 が 必 要 で あ る こ とを示 す 。   人 間 の 視 覚 は,輝

度 変 化 よ り色 変 換 に鈍 感 だ とい わ れ て い る。本 手 法 で

は,こ の 人 間 の視 覚 特 性 に基 づ き,輝 度 変 化 を 出来 る だ け保 存 す る よ う に秘 密 情 報 を埋 め込 む 。 輝 度 情 報 はYIQ表

色 系 のY成

と し て求 め る こ とが で き る。 た だ し,BPCS方

分,

式 は整 数 演 算 の み で 埋 め 込

み処 理 をす る こ とが 望 ま しい 。 つ ま り,上 記 の 式 に よ り輝 度 成 分 を計 算 して 利 用 す る こ と(小 数 値 の 計 算)は 好 ま し くな い 。 そ こで,輝 度 成 分 に最 も寄 与 す るG成

分 に 対 してBPCS方

式 を適 用 す る。 これ は,秘 密 情 報 を埋 め 込 む

こ とに よ る色 成 分 の 劣 化 よ り も減 色 処 理 に よ る色 成 分 の 劣 化 が 大 き い と仮 定 して い る こ とに よ る。 な お,秘 分 デ ー タ)をG'画

密 デ ー タ が 埋 め 込 まれ た 後 のG画

像 とす る。

  以 上 よ り,本 手 法 で は,ま ず オ リジ ナ ル ダ ミー画 像 よ りG画 そ のG画 G'とR

像 に 対 してBPCS‐Steganographyを ,B画

像 を生 成 し,

適 用 し秘 密 情 報 を埋 め 込 む。

像 よ り新 た な カ ラー テ ー ブ ル を 生 成 す るが,こ

テ ー ブ ル の 色 数 が256よ 12.6.3 

像(G成

の時,カ

ラー

り大 き け れ ば以 下 に述 べ る減 色 処 理 を行 う。

減 色 ア ル ゴ リズ ム

 G',R,B画 の数 が256を

像 よ りカ ラ ー テ ー ブ ル を作 成 す る と,一 般 に イ ン デ ッ ク ス 超 えて し ま うの で,限 定 色 カ ラー 画 像 フ ォー マ ッ トの フ ァイ ル

とす る に は,減 色 処 理 が 必 要 に な る。 秘 密 情 報 が 埋 め 込 まれ て い るG'画 は変 化 さ せ る こ と は で き な い の で,R,B画

像

像 の み変化 させ減 色処 理 を行

わ な け れ ば な らな い。   カ ラ ー テ ー ブ ル に記 述 さ れ て い る色 は,G値

に よ り複 数 の 色 の 集 合 に グ

ル ー プ 分 け で き る。 そ の 色 集 合 の 数 をng(ng〓256)と 数 が1個

の 色 は減 色 で きな い が,2個

色 した 場 合 は,ng色

以 上 の 場 合 は 減 色 候 補 とな る。 最 も減

まで減 色 で き る。

  カ ラ ー テ ー ブル 上 で,k番 ラ ー ベ ク トル のR値

目 の カ ラ ー ベ ク トル のR値

をRl,k番

をRk,l番

目の カ

目 の カ ラ ー ベ ク トル の 画 素 数 をmk,l番

目 の カ ラ ー ベ ク トル の 画 素 数 をmlと 合 す る こ と に よ り得 られ るR値R(kl)を

  B値

す る。 色 集 合 の 要 素

す る。 この 二 つ の カ ラ ー ベ ク トル を統 以 下 の 式 で 定 義 す る。

に 関 し て も同様 にB(kl)を,

と定 義 す る。 こ の よ う に新 た な色 を定 義 した場 合,ど

の よ う な順 序 で 色 を統

合 す るか が 問題 とな る。 そ こ で,本 手 法 で は減 色 指 数CRMklを

以 下 の式 で

定 義 し,そ の値 を基 に して カ ラ ーベ ク トル の統 合 順 序 を決 定 す る。

こ こ で,

で あ る。   CRMklが

最 も小 さ い カ ラー ベ ク トル 同 士 を統 合 して い け ば,減 色 に よ る

画 質 へ の影 響 を小 さ くで き る。 この処 理 を,カ ラ ー ベ ク トル 数 が256以

下に

な る まで繰 り返 す 。 12.6.4 

実験

  GIRL(256×256),LENNA(512×480),MANDRILL(512×512)に

対 し

て埋 め込 み 実 験 を行 っ た。 埋 め 込 み の単 位 と な る小 画 像 ブ ロ ッ クの 大 き さ は 8×8画 素,秘

密 情 報 と し て は2値 乱 数 を用 い た。 そ の 結 果,ダ

デ ー タ 量 の20%程

ミー画 像 の

度 の 埋 め込 み を行 っ て も視 覚 的 に見 劣 りす る こ と は な い

こ とが わ か っ た 。 また,秘

密 情 報 を 埋 め 込 む 色 成 分 画 像 をR,Bと

せ て ス テ ゴ画 像 を観 察 し た が,G成

変化 さ

分 画 像 に 秘 密 情 報 を埋 め込 ん だ 場 合 が

最 も視 覚 的 な劣 化 が 少 な い こ とが 確 か め られ た 。

12.7 

ウ ェ ー ブ レ ッ ト非 可 逆 圧 縮 画 像 へ の 適 用

  BPCS‐Steganographyに

代 表 さ れ る ビ ッ トプ レー ン分 解 に基 づ くス テ ガ

ノ グ ラ フ ィ は,非 可 逆 圧 縮 さ れ た メ デ ィア デ ー タへ の適 用 はで き な い と考 え られ て い た 。 なぜ な ら,非 可 逆 圧 縮 に よ っ て デ ー タ値 が 変 化 す れ ば,抽 出 さ れ る秘 密 情 報 が 変 化 す る こ とに な り,非 可 逆 圧 縮 が 許 さ れ な い か らで あ る。 現 実 に は,各 種 デ ー タ は圧 縮 さ れ た 形 で 通 信 され る のが 普 通 で あ る こ と を考 え る と,こ れ は重 大 な 問題 点 で あ った 。 また,全 般 的 に,圧 縮 デ ー タ を埋 め 込 み 対 象 に で き る ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ の例11)-13)は少 な い 。 文 献11)で

は,適

応 型 離 散 コ サ イ ン 変 換 に よ る圧 縮 画 像 へ の 情 報 埋 め 込 み 法 を,文 献12)で は,JPEG符

号 化 列 へ の埋 め 込 み法 を提 案 して い る。 しか し なが ら,い ず れ

の 方 法 で も,埋 め 込 み 量 は,圧 縮 フ ァイ ル の デ ー タ 量 の 数%程 度 の よ うで あ る 。 文 献13)で は,特 異 値 分 解 とベ ク トル 量 子 化 に基 づ く画 像 デ ー タ の 埋 め 込 み 法 を提 案 して い るが,こ

の 方 法 は,1枚

の ダ ミー 画 像 中 に1枚 の 画 像 デ

ー タ を埋 め込 む場 合 に しか適 用 で きな い 。   本 節 で は,ウ

ェ ー ブ レ ッ ト変 換 を 用 い た 逐 次 近 似 型 の 画 像 圧 縮 法 を用 い

て,圧 縮 画 像 に適 用 可 能 なBPCS‐Steganographyを

紹 介 す る。 こ こで は,

そ の よ うな 画 像 圧 縮 法 と して 最 初 に提 案 され たEZW(embedded wavelet)ア ル ゴ リズ ム14)を 用 い る が,SPIHT(set trees)ア ル ゴ リズ ム15)やJPEG

zerotree

partitioning

in hierarchical

2000を 用 い る こ と も可 能 で あ る。 こ

の よ うな 画 像 圧 縮 法 で は,画 像 の ウ ェ ー ブ レ ッ ト係 数 が,ビ

ッ トプ レー ン構

造 を 有 す る形 で 量 子 化 表 現 さ れ て い る た め,BPCS‐Steganographyが 可 能 とな る。 本 方 法 に よ っ て,BPCS‐Steganographyな ン分 解 を 用 い た ス テ ガ ノグ ラ フ ィ技 術 が,情

適用

どの ビ ッ トプ レ ー

報圧縮 されたメ ディアデー タに

対 し て適 用 可 能 に な り,ス テ ガ ノ グ ラ フ ィの利 用 利 便 性 を飛 躍 的 に 向 上 させ る こ とが で き る。

12.7.1 

EZW圧

縮 画 像 へ の情 報 秘 匿 法

  EZW符

号 化 で は,ウ

ェ ー ブ レ ッ ト係 数 の 絶 対 値wは,w=T(a0+a12-1

+a22-2+…),ai∈{0,1}の T＞0.5wmaxを

よ う に 量 子 化 表 現 さ れ て い る 。 こ こ で,Tは,

満 足 す る 定 数wmaxは

ウ ェ ー ブ レ ッ ト変 換 画 像 中 の ウ ェ ー ブ

レ ッ ト係 数 の 絶 対 値 の 最 大 値)で あ る 。 通 常 は,T=2「log2wmax」

とす る場 合 が

多 い 。(a0+a12-1+a22-2+…)は2進

ェー ブ レ ッ ト

表 現 で あ る こ と か ら,ウ

変 換 画 像 に お い て も ビ ッ ト プ レ ー ン 構 造 を 考 え る こ と が で き,BPCS‐ Steganographyが   EZW圧 EZW圧 化 で,ウ

適 用 で き る こ とに な る。

縮 に 組 み 込 ん だ 情 報 埋 め 込 み 法 の ブ ロ ッ ク 図 を 図12.2に 縮 は,(1)原

画 像 を 離 散 ウ ェ ー ブ レ ッ ト変 換 す る,(2)EZW符

ェ ー ブ レ ッ ト係 数 を量 子 化 す る,(3)量

表 す シ ン ボ ル 系 列 を 算 術 符 号 化 す る,と 込 み は,(2)のEZW符

号 化 と(3)の

囲 ま れ た 部 分 で 行 わ れ る 。EZW復 ッ ト係 数 か ら,ビ

示 す。

子 化 ウ ェ ー ブ レ ッ ト係 数 を

い う 手 順 で 行 わ れ る14)。情 報 の 埋 め 算 術 符 号 化 の 間 で,図12.2の

破 線 で

号 化 に よっ て 得 られ た量 子 化 ウ ェー ブ レ

ッ ト プ レ ー ン が 構 成 さ れ る 。 情 報 の 埋 め 込 み は,こ

トプ レ ー ン 上 でBPCS‐Steganographyに

号

よ っ て 行 わ れ,情

の ビッ

報 が 埋 め込 ま れ

た 量 子 化 ウ ェ ー ブ レ ッ ト係 数 が 得 ら れ る 。 こ の ウ ェ ー ブ レ ッ ト係 数 がEZW 符 号 化 さ れ,そ

の 後,算

術 符 号 化 が 行 わ れ る 。 ま た,圧

縮 済 み の 画 像 フ ァイ

ル(ビ ッ ト列)中 へ の 情 報 埋 め 込 み も行 う こ とが で き る 。 ビ ッ ト列 の 算 術 復 号

図12.2 

EZW圧

縮 に組 み込 ん だ情 報秘 匿 法 の ブ ロ ッ ク図

化 に よ っ て シ ン ボ ル 系 列 を 得 る こ と が で き,EZW復

号 化 した 後 は前 述 の 通

りに行 え ば よ い。   逆 に,情

報 が 埋 め 込 ま れ た 圧 縮 画 像 フ ァ イ ル(ビ

ッ ト列)か

る 方 法 は 次 の 通 り で あ る 。 ビ ッ ト 列 を 算 術 復 号 化 し,得 をEZW復

ら情 報 を 抽 出 す

られ た シ ン ボ ル 系 列

号 化 し て 量 子 化 ウ ェ ー ブ レ ッ ト係 数 を 得 る 。 量 子 化 ウ ェ ー ブ レ ッ

ト係 数 か ら ビ ッ ト プ レ ー ン を 構 成

し,BPCS‐Steganographyに

よ る情 報 の

抽 出 を行 え ば よ い。 12.7.2    3枚

情 報 埋 め 込 み 実 験 の 標 準 画 像(Lena,Barbara,Goldhill)を

ダ ミー 画 像 と し て 用 い る 埋 め

込 み 実 験 を 行 っ た 。 用 い た 画 像 は モ ノ ク ロ 画 像 で,8bit/pixel(bpp),512× 512画

素 で あ る 。Daubechies

9/7フ

ト 変 換 を 行 っ た 。EZW圧 の う ち,上

ィ ル タ を 用 い た5レ

ベ ル の ウ ェー ブ レ ッ

縮 に お け る ビ ッ ト プ レ ー ン の 数 は8と9と

し,そ

位 五 つ の プ レー ン に は 情 報 を埋 め込 まな い こ と と した。 埋 め 込 み

ブ ロ ッ ク の 大 き さ は4×4画 ば,Lenaで

は,ビ

bpp,1.15

bppに

素,秘

密 情 報 と し て は2値

ッ ト プ レ ー ン 数 を8と9と 圧 縮 さ れ た 。3枚

乱 数 を用 い た。 例 え

し た 場 合,そ

れ ぞ れ0.59

の 画 像 を 用 い た 実 験 結 果 を 総 合 す る と,

画 像 の 劣 化 が 知 覚 さ れ る こ と な し に,圧

縮 画 像 フ ァ イ ル サ イ ズ の25%位

ま

で の 量 の 情 報 を 秘 匿 で き る こ とが 確 認 さ れ た 。

参 考 文 献 1) 松 井 甲 子 雄:「 画 像 深 層 暗 号 」 森 北 出 版(1993)

.

2) 井 上 彰:「 電 子 透 か し 」 丸 山 学 芸 図 書(1997). 3) Stefan

Katzenbeisser

techniques 4) Neil

and

Fabien

for steganography

and

digital

and

Sushil

F.Johnson,Zoran

Academic

Duric

A.P.Petitcolas

(eds):"Information

watermarking",Artech

hiding

House(2000).

Jajodia:"Information

Hiding",Kluwer

Publishers(2001).

5) 新 見 道 治,野 号 化",電

田 秀 樹,河

口 英 二:"複

雑 さ に よる領 域 分割 を利 用 した大 容 量 画 像 深 層 暗

子 通 信 学 会 論 文 誌,D‐II,Vol.J81‐D‐II,No.6,pp.131‐140(1998).

6) Gifshuffle,http://www.darkside.com.au/gifshuffle/ 7) EZ

Stego,http://www.stego.com/

8) Robert

Ouellette,Hideki

: Topological

Ordered

Color

Noda,Michiharu Tab1e

for BPCS

Niimi Steganography

and

Eiji using

Kawaguchi Indexed

Color

Images,Trans.IPSJ,Vol.42,No.1.,pp.110‐113(2001). 9)  Jiri

Fridrich,Du

IS&T 10)  Jiri .

Dui:A

PICS Fridrich,Du

Workshop

new

steganographic

method

for

palette‐based

images,

Conference,pp.285‐289(1999). Dui:Secure

on

11)  片 岡 利 幸,田

Steganographic

Information

中 清,中

Method

for

Platte

Images,3rd

Int

Hiding,pp.47‐60(1999).

村 康 弘,松

井 甲 子 雄:"適

ラ ー 画 像 へ の 記 述 情 報 の 埋 め 込 み",電

応 型 離 散 コ サ イ ン 変 換 符 号 化 に お け る カ

子 情 報 通 信 学 会 論 文 誌Vol.J

72‐B‐I,pp.1210‐

1216(1989). 12)  小 林 弘 幸,野

口 祥 宏,貴

家 仁 志:"JPEG符

電 子 情 報 通 信 学 会 論 文 誌,Vol.J 13)  Chung,K.L.,Shen,C.H.and Hiding

Chang,L.C.:"A

Scheme",Pattern

Recognition

14)  Shapiro,J.M.:Embedded IEEE

Image

Trans.Signal

Pearlman,W.A.:"A

Set

in

Video

Novel

Coding

Using

Hierarchical

New,Fast,and Trees",IEEE

Technology,Vol.6,pp.243‐250(1996).

*BPCS‐Steganographyの

解 説

http://www.know.comp.kyutech.ac.jp/BPCS/ (リ ン ク を た ど っ て 実 験 プ ロ グ ラ ム も 入 手 可 能) *様

々 なSteganography

SVD‐and

VQ‐Based

Image

Letters,Vol.22,pp.1051‐1058(2001). Zerotrees

ｏf Wavelet

Coemfficients,

Process.,Vol.41,pp.3445‐3462(1993).

15) Said,A.and Partitioning

号 化 列 へ の バ イ ナ リ デ ー タ の 埋 め 込 み 法",

83‐D‐II,pp.1469‐1476(2000).

Software

http://members.tripod.com/steganography/stego/software.html

Efficient Trans.Circuits

Image

Codec and

based

Systems

on for

第13章 電子透かしに関する国際標準化動向 東京大学 先端 科学技術研 究 センター  青 木 輝 勝 東京大学 国際 ・産 学共 同研 究 センター  安 田  浩

13.1 

は

じ め

に

  ブ ロ ー ドバ ン ドア ク セ ス,モ バ イ ル イ ン タ ー ネ ッ ト,P2P通

信 等 の急速

な 普 及 に伴 い,音 楽 配 信 を 中 心 と した デ ィ ジ タル コ ンテ ン ツの 流 通 が盛 ん に 行 わ れ る よ うに な りつ つ あ る。 この 流 れ は今 後 衰 え る こ とな く続 き,通 信 放 送 融 合 の 流 れ 等 も含 め,今 後 ます ます 盛 ん に な っ て行 くで あ ろ う。   この よ う な背 景 の も と,安 全 か つ 健 全 な デ ィジ タ ル コ ン テ ン ツ流 通 社 会 を 築 くべ く様 々 な 国 際 標 準 化 団体 にて 著 作 権 管 理 ・保 護 技術 の 標 準 化 が進 め ら れ て い る。 本 稿 で は,こ れ ら国 際 標 準 の 動 向 に つ い て,特 の 立 場 か ら,ISO/IEC

JTC

1 SC 29/WG

11(通 称MPEG)を

に電 子 透 か し技 術 中心 に そ の 標 準

化 動 向 を概 説 す る。

13.2 

デ ィ ジ タル コ ンテ ン ツ 流 通 に 関 す る 国 際 標 準 化 機 関 ・団 体 と そ の 目 的

  デ ィ ジ タ ル コ ン テ ンツ 流 通 と一 口 に言 っ て も,そ の流 通 形 態,流 ン ツの メ デ ィア 種 別,ビ の た め,多

通 コ ンテ

ジ ネ ス モ デ ル 等 に よ って そ の定 義 は様 々 で あ る。 こ

くの 国 際 標 準 化 機 関 ・団体 に て 同 時 並 行 的 に標 準 化 が 進 め られ て

い る。   電 子 透 か し を扱 っ て い る代 表 的 な 国 際 標 準 化 団 体 と して は,比 較 的 汎 用 用 途 を対 象 と したISO/IEC

JTC1

SC 29/WG

11(MPEG-2/IPMP(Intellectual

Property

Management&Protection)1),MPEG‐4/IPMP2),MPEG‐

213))を は じ めOPIMA(Open

Platform

Initiative

や 個 々 の コ ン テ ン ツ に ユ ニ ー ク なIDを (Content

ID

Forum)5)等,ま

流 通 を 目 的 と し たDVD たSDMI(Secure たTVAF(TV

Forum6),安

Digital Anytime

  し か し な が ら,一

た,特

Music

Access)4)

付 与 す る こ と を 目 的 と し たcIDf

定 用 途 で はDVDの

普 及 促 進,安

全 な

全 な 音 楽 コ ン テ ン ツ の 配 信 を 目的 と し

Initiative)7),通

Forum)8)等

for Multimedia

信 放 送 融 合 時 代 を前 提 と し

が 挙 げ られ る。

般 に国 際 標 準 に て 電 子 透 か し技 術 や暗 号 技 術 等 の特 定 の

要 素 技 術 を 標 準 に す る こ と は 少 な い 。 と い う の も,特

定 の 要 素 技 術 が標 準 化

さ れ れ ば 利 便 性 が 著 し く向 上 し普 及 が 促 進 さ れ る 反 面,特 に ハ ッ キ ン グ さ れ る危 険 を は ら ん で お り,ハ

ック され た瞬 間 に そ の標 準 そ の

も の が 使 用 で き な くな っ て し ま う か ら で あ る 。 実 際,標 ハ ッ ク さ れ た 歴 史 を 持 つ も の も あ り,そ さ は 絶 大 で あ っ た 。 ま た,特

定 の 要 素 技 術 は常

の 社 会 的,産

準 に よ っ て は過 去 に 業 的 イ ン パ ク トの 大 き

定 の 要 素 技 術 の 提 案 は様 々 な 国 ・企 業 ・大 学 等

か ら構 成 さ れ る 国 際 標 準 化 団 体 で は 賛 同 が 得 られ に く い と い う 政 治 的 な 側 面 も あ る 。 各 企 業 ・大 学 等 は い ず れ も本 音 を 言 え ば 自 社 開 発 の 透 か し 技 術,暗 号 技 術 を 標 準 化 す る こ と が 理 想 で あ る が,そ

れ を 強 行 に主 張 す れ ば標 準 策 定

作 業 そ の もの が 難 航 す る こ とは容 易 に 想 像 で き る。   以 上 の よ う な 背 景 か ら,一

般 に 国 際 標 準 に お け る 透 か し 技 術 と は,(プ

ラ

グ イ ン 等 の)透 か し モ ジ ュ ー ル の イ ン タ ー フ ェ ー ス 規 定 を 指 す こ と が 多 い 。   例 と し て 図13.1にOPIMAの し下 記 書 式A=BBB(C,D)の パ ラ メ ー タ を,Aは

電 子透 か しイ ンター フェー スを示す。 ただ う ち,BBBは

関 数 名 を,Cお

出 力 パ ラ メ ー タ を表 す もの とす る 。

図13.1 OPIMAに

お け る電 子透 か しイ ン ター フ ェー ス

よ びDは

入力

13.3 

MPEG‐21と

  本 章 で は,ISO/IEC

電 子透か し JTC

l SC 29/WG

11(MPEG)に

て 現 在,標 準 化 が 進

め られ て い るMPEG‐21に

お け る電 子 透 か し の状 況 を報 告 す る。

13.3.1 

概要

  ISO/IEC

MPEG‐21の JTC

l SC 29/WG

新 た な標 準 と し てMPEG‐21の ま で のMPEG標

11(MPEG)で

は,2000年3月

よ りMPEGの

活 動 を開 始 し て い る。MPEG‐21は,こ

準(MPEG‐1,MPEG‐2,MPEG‐4,MPEG‐7)を

れ 基礎 に

円 滑 な コ ン テ ン ツ 流 通 社 会 を実 現 す るた め の マ ル チ メ デ ィ ア フ レ ー ム ワー ク の構 築 を 目的 と して お り,現 時 点 で は図13.2に

図13.2 

図13.3 

MPEG‐21の

MPEG‐21

示 す 通 り,14の

各パ ー ト

DIの

概念

パ ー トか ら

構 成 さ れ て い る。   MPEG‐21で MPEG‐2で

は,図13.3に

示 す 通 り,い

わ ゆ る コ ン テ ン ツ 本 体(例

符 号 化 さ れ た 映 像 コ ン テ ン ツ 。MPEG‐21で

と 呼 ぶ)に メ タ デ ー タ,そ

え ば

は これ を リソー ス

して メ タ デ ー タ の 構 造 の 三 つ の情 報 を 一 つ の セ ッ

ト と し て デ ィ ジ タ ル ア イ テ ム(DI:Digital

Item)と

定 義 し て お り,す

べての

パ ー トが こ の 前 提 の 上 に 成 り立 っ て い る 。   図13.2に

示 し た14の

パ ー ト の う ち,Part

1はMPEG‐21の

め る た め の テ ク ニ カ ル レ ポ ー トの 作 成,Part

2は

こ のDIそ

全 体 像 を固 の もの の宣 言 方

法 の 規 定 で あ る。   続 くPart

3か

らPart

6ま で は 主 に デ ィ ジ タ ル コ ン テ ン ツ 著 作 権 管 理 ・保

護 に 関 す る 標 準 で あ る 。 具 体 的 に は,Part

3は 著 作 権 管 理 ・保 護 の た め に

必 要 と な る コ ン テ ン ツ 識 別 子 に 関 す る 標 準 で あ り,続

くPart

4は

コンテ ン

ツ の 著 作 権 管 理 ・保 護 シ ス テ ム の ア ー キ テ ク チ ャ に 関 す る 標 準,Part Part

5・

6は 著 作 権 を 中 心 と し た 権 利 関 係 を 表 現 す る た め の 言 語 な ら び に そ の

権 利 デ ー タ辞 書 の定 義 を行 っ て い る。   ま た,Part

7は 端 末 の 違 い や 個 人 の 違 い,利

然 環 境 の 違 い,流

通 す る コ ン テ ン ツ の 違 い,セ

図13.4 

MPEG‐21/DIA

用 ネ ッ ト ワ ー ク の 違 い,自 ッ シ ョン の違 い等 を考 慮 した

コ ンテ ンツ ア ダ プ テ ー シ ョ ン を可 能 と して い る(図13 .4)。   な お,Part

8∼14は 活 動 が 始 ま っ た ば か りで 具 体 的 な標 準 内 容 は固 ま っ

て い な い部 分 が 少 な くな い が,現 在,提 案 の 募集 やWD(Working

Draft)の

作 成 が 活 発 に進 め られ て い る。 13.3.2 

MPEG‐21に

お け る電 子 透 か しの 役割

  これ ま でMPEGで

は,電 子 透 か し の標 準 化 に関 して は非 常 に幅 広 い 議 論

が行 わ れ て きた 経 緯 が あ る。MPEG‐4/IPMP分 化 必 要 性 の 有 無,善 IPMP

悪 が 数 年 間 繰 り返 し 議 論 さ れ た の を は じ め,Non

Watermark(電

も約1年

科 会 にて 電 子 透 か し の標 準

子 透 か しの 著作 権 管 理 ・保 護 以 外 の 利 用 法)に つ い て

に わ た っ て 議 論 が続 け られ た。 こ の結 果,MPEG標

準 と して は,

「電 子 透 か し は い まだ 性 能 的 に不 十 分 で あ り,著 作 権 管 理 ・保 護 用途(IPMP 用 途)で あ れ それ 以 外 の 用 途(Non

IPMP用

途)で あ れ,MPEGで

標準 化 す

る必 要性 は な い 」 との結 論 に落 ち着 い て い る。   しか しな が ら,MPEG‐21の

出 現 と と も に再 度 電 子 透 か しの 必 要 性 が 叫 ば

れ る よ う に な り,つ い に新 パ ー トと して Part 11:Persistent

Association

Technologies

が 立 ち上 が った9)。   この よ う に,従 来 不 要 と見 な され て き た 電 子 透 か しが再 度 見 直 され る き っ か け と して,MPEG‐21で

は 前 述 し た通 りデ ィ ジ タ ル ア イ テ ム(DI)を 扱 う

こ とを前 提 と し て い る こ とが挙 げ られ る。 す な わ ち,デ 考 え方 で は,リ

ィジタルアイテ ムの

ソ ー ス(コ ンテ ン ツ本 体)と メ タ デ ー タ を永 続 的 に結 び つ け る

機 能 が 不 可 欠 で あ り,次 の13.3.3で

述 べ るDII(コ ン テ ン ツ 識 別 子)を 何 ら

か の 形 で リ ソー ス本 体 と結 び つ けて お か な い と運 用 上 様 々 な 支 障 を きた す 恐 れ が あ る か らで あ る 。 13.3.3 

MPEG‐21/DII

  一 般 に デ ィジ タル コ ン テ ン ツ にIDを   (1)  Uniqueness:同

付 与 す る に あ た って は,

一 コ ン テ ン ツIDが

複 数 の コ ン テ ン ツ に割 り当 て ら

れ て い な い こ と。   (2)  Persistency:コ

ン テ ン ツ の 寿命 以 上 に永 続 可 能 なIDで

  (3)  Interoperability:広

あ る こ と。

く世 界 中 で 使 用 で き る よ う各 種 団 体 標 準 と相

互 運 用 性 を有 す る こ と。・   (4) 

Resolvability:コ

ン テ ン ツ,コ

ン テ ン ツIDの

ロ ケ ー シ ョ ン を与 え

る仕 組 み を有 す る こ と。 の 条 件 を 満 た す こ と が 必 要 で あ る 。 こ れ ら の う ち,(1)(2)は テ ン ツIDに

必 須 条 件 で あ り,ま

い 。 一 方,(4)は え ば,デ

た(3)は

すべて のコ ン

可 能 な 限 り満 足 す る こ と が 望 ま し

そ の 運 用 形 態 に よ っ て 必 要 な場 合 と不 要 な場 合 が あ る。 例

ィ ジ タ ル コ ン テ ン ツ の 検 索 や 著 作 権 保 護 が 主 目 的 の 場 合 に は(4)は

必 須 条 件 で あ る が,ISBN(書

籍ID)等

の場 合 に は 必 ず し も重 要 な 条 件 で は

ない。   こ の よ う に 「コ ン テ ン ツID」 求 条 件 が 若 干 異 な る た め,こ ン テ ン ツIDに

とひ と こ とで 言 っ て も そ の 用 途 に よ っ て 要

れ ま で デ ィ ジ タ ル/ア ナ ロ グ を 問 わ ず 多 く の コ

関 す る 国 際 標 準 が 制 定 さ れ て い る 。 代 表 的 な 標 準 を 図13.5

に 示 す10)-16)。   MPEG‐21で

は,こ

れ ら と は 異 な る 新 し いID体

く要 因 に な り得 な い と の 判 断 か ら,図13.5の 準 化 が 進 め ら れ て17),2002年12月 13.3.4 

Persistent

  す で に13.3.2で

系 を作 る こ と は混 乱 を 招

各 種IDを

統 合 す る方向 で標

に 無 事 に そ の標 準 化 が 完 了 し て い る。

Association

Technologies

述 べ た 通 り,MPEG‐21で

は電 子 透 か し に代 表 され る コ

ン テ ン ツ本 体 とメ タ デ ー タ との 関 連 づ け手 法 につ い て の標 準 化 を 開 始 して い

図13.5 

コ ンテ ンツIDに

関 す る代 表 的 な 国際 標 準

る。2003年10月

現 在 で は標 準 策 定 はWD作

成 段 階で あ るた めそ の 内容 は

今 後 変 更 す る可 能 性 もあ る が,現 在 まで に議 論 さ れ て い るPAT(Persistent Association

Technologies)の

(1)  PATの   PATと

概 要 を ま とめ て お く。

定義

は,す

で に 図13.3に

か ら構 成 され るDI(Digital

示 し た 通 り メ デ ィ ア リ ソー ス とメ タ デ ー タ

Item)に お い て メ デ ィ ア リ ソー ス とメ タ デー タ を

永 続 的 に 結 び つ け る 手 法 全 般 を指 す。 す な わ ち,必 ず し も電 子 透 か し に特 化 し て い るわ けで は な く,規 格 上 は以 下 の4候 補 を想 定 して い る。 ・ヘ ッダ挿 入 型 ・電 子 署 名 型 ・電 子 透 か し型 ・Fingerprint型   た だ し,実 際 に本 標 準 を実 装,運

用 し て行 くに関 し て は,こ れ ら4候 補 の

う ち電 子 透 か しが 中 心 と な る こ と は議 論 の余 地 の な い と こ ろで あ る。 (2)  標 準 化 内容   PATで は 当初, ・電 子 透 か しそ の も の を 定 義 す る ・電 子 透 か しイ ンタ ー フ ェー ス を定 義 す る とい う動 き も存 在 した もの の,現 在 は それ らか ら若 干 方 向性 を転 換 し, ・電 子 透 か し の評 価 ツー ル を明 確 化(標 準 化)す る こ と を 目的 と して い る。   また,電 子 透 か しやFingerprintに

関 し て は,一 般 に メ デ ィ ア リ ソー ス の

種 類(映 像 メ デ ィア か 音 響 メ デ ィア か な ど)に よ っ て そ の 手 法,性 能 等 が 異 な るが,PATで

は まず は じ め に音 楽 業 界 か らの 要 請 が 大 きい こ と を考 慮 して

音 響 メ デ ィア の み を対 象 と して標 準 策 定 を急 ぎ,必 要 に 応 じて 次 期 バ ー ジ ョ ン に て映 像 そ の 他 の メ デ ィ ア リ ソー ス を対 象 とす る こ とに して い る。 (3)  標 準 化 項 目   現 在PATで は具 体 的 な評 価 項 目 と して 次 の7項 目が挙 げ られ て い る。 ・Fingerprintサ イ ズ:メ デ ィ ア リ ソー ス固 有 の 性 質 を表 わ す 情 報 の 量 。 情 報 量 が 少 な い と有 効 なFingerprintと

は な りに く く,逆 に情 報 量 が 大 き い

とデ ー タ ベ ー ス へ の 格 納,検

索 な ど の処 理 に 時 間 を 要 す る よ う に な るた

め,適 切 な サ イ ズ 決 定 が 必 要 で あ る。 ・電 子 透 か しペ イ ロー ド:電 子 透 か し と して メ デ ィア リソー ス に挿 入 す る情 報 量 。 一 般 に この 情 報 量 が 多 い ほ ど優 れ た 透 か しで あ る と言 え る。 ・関 連 づ け の粒 度:メ

デ ィア リ ソー ス に対 し どの 粒 度 でPAT情

報 が 含 まれ

て い るか を示 す 。 ・知 覚 性:関

連 づ け情 報 を ユ ー ザ(視 聴 者)に

場 合 が あ る。 例 え ば,TV番 とが あ る が,こ

「見 せ る」場 合 と 「見 せ な い」

組 で は画 面 の 一 部 に放 送 局 の ロ ゴ を入 れ る こ

れ は 「見 せ る」 場 合 で あ り,逆 に電 子 透 か し挿 入 な ど は

「見 せ な い 」 場 合 で あ る。 ・耐 性:メ

デ ィア リソー ス に対 す る意 識 的,無 意 識 的 な処 理,攻 撃 に よ り関

連 付 け情 報 が 改 ざ ん さ れ た り消 され た りし な い こ と を示 す 。 耐 性 の 具 体 的 な評 価 手 法 の 一例 を次 の13.4で ・信 頼 性:関

示 す。

連 づ け情 報 の正 確 さ を示 す。 信 頼 性 が 高 い ほ うが優 れ た 技 術 で

あ る と言 え る。 ・演 算複 雑 性:関

連 づ け情 報 の挿 入,検

出 に要 す る演 算 時 間。 演 算 時 間 が 少

な い ほ うが 優 れ た 技 術 で あ る と言 え る 。

13.4  電子透かしに関する耐性評価項 目   13.3.4で

は,MPEG‐21/Persistent

Association

で に 挙 が っ て い る 要 求 条 件 を ま と め た が,そ

Technologiesで

の うち

これ ま

「耐 性 」 に 関 し て は よ り

詳 細 な 基 準 策 定 が 必 要 で あ る 。 特 に 音 楽 コ ン テ ン ツ に 関 し て はSDMIや 団 法 人 日 本 音 楽 著 作 権 協 会(JASRAC)のSTEP

2000/200118),19)等

社

に て基準

策 定 が 行 わ れ て い る 。 こ れ ら は, ・マ ス タ リ ン グ ス タ ジ オ で の 処 理 ・放 送 ス タ ジ オ で の 処 理(お よ び 放 送 実 施 環 境 の 想 定) ・イ ン タ ー ネ ッ ト配 信 に 関 わ る 処 理 ・消 費 者 が 用 い る 一 般 的 機 器 で の 処 理 を 想 定 し た も の と な っ て お り,例

え ばJASRACで

規 定 さ れ たSTEP

2000/

表13.1 

耐 性 テ ス トの 具体 的 項 目

2001の 具 体 的 な 耐 性 テ ス トは 表13.1の は,WAV形

項 目 か ら構 成 され て い る。 課 題 曲

式 の フ ァ イル(44.1kHz/16bit/2

ch)と して,

・ポ ップ ス2曲 ・ク ラ ッシ ッ ク1曲 ・特 殊 音 響 曲2曲 の 計5曲

をCD‐Rに

記 録 し た もの を 参 加 企 業 に 提 供 し,あ

らか じ め 参 加 企

業 が 挿 入 した 透 か し デ ー タ が 再 び抽 出 で き る か ど う か を評 価 す る形 で行 わ れ た。   また,耐 性 評 価 テス トは,当 然 なが ら音 質 テ ス ト もあ わ せ て 行 う必 要 が あ る。 実 際STEP

2000/2001で

もABXテ

ス ト形 式 で 音 質 テ ス トを実 施 し て い

る 。ABXテ

ス ト と は,被

験 者が

  A:透

か し挿 入 され て い な い オ リジ ナ ル 音 楽

  B:透

か し挿 入 さ れ て い る音 楽

  X:A,Bい

ず れか一方

の 三 つ の う ち,A,Bを を40秒

交 互 に40秒

ず つ そ れ ぞ れ2回

間 聴 く こ と に よ っ てXがAな

あ る 。 こ の 時,こ

の かBな

の テ ス トを す べ て5回

ず つ 聴 き,そ

の 後X

の か を 判 定 す る テ ス ト法 で

ず つ 行 い,5回

の テ ス トの結 果 す べ

て 正 答 が 得 ら れ た 場 合 の み 被 験 者 が 透 か し の 有 無 を 判 別 し た と定 義 し て い る 。 こ の 定 義 に よ り,回

13.5 

ま

と

  本 章 で は,デ

答 結 果 の 有 意 性 は95%以

上 と な る。

め

ィ ジ タ ル コ ン テ ン ツ 流 通 に 関 す る 国 際 標 準 の 動 向 に つ い て,

特 に 電 子 透 か し 技 術 の 立 場 か ら,ISO/IEC

JTC 1

SC

29/WG

11(MPEG)を

中 心 に そ の 動 向 を 概 説 し た 。 電 子 透 か し 技 術 は 優 れ た 手 法 が 次 々 と開 発 さ れ て い る 反 面,商

用 レベ ル で の 普 及 率 は十 分 に上 が っ て い な い な い のが 現 状 で

あ る 。 こ れ は,現

時 点 の 電 子 透 か し技 術 は 残 念 な が ら 実 装 コ ス トに 対 す る セ

キ ュ リ テ ィ 強 度 の 向 上 度 が 必 ず し も高 くな っ て い な い こ と に 起 因 し て い る も の と推 測 さ れ る 。 一 方,MPEG‐21に

見 られ る よ う に今 後 の コ ン テ ン ツ流 通

に お い て コ ン テ ン ツ 本 体(メ デ ィ ア リ ソ ー ス)と メ タ デ ー タ と の 関 連 づ け は 不 可 欠 で あ り,今

後 ま す ま す 電 子 透 か し の 重 要 性 ・有 用 性 が 高 ま っ て 行 く こ と

は 疑 い な い 。 本 分 野 の さ ら な る 発 展 と普 及 を 期 待 し た い 。

参考文 献 1) ISO/IEC 2) ISO/IEC

JTC

2001/AMD 3) ISO/IEC

1/SC 29/WG

JTC

1/SC 29/WG

11/N 5274,"Study 11/N 4849,"Study

Text of

of IS0/IEC FPDAM

13818‐11/FCD" ISO/IEC

14496‐1:

3" JTC

1/SC 29/WG

11/N 5231,"MPEG‐21 Overview

v.5"

4) http://www.opima.org 5) http://www.cidf.org 6) Interim Report,Results of

Phase I and II,Issued by DHYSG

CPTWG,Apr.1998.

7)  http://www.sdmi.org 8)  http://www.tv‐anytime.org 9)  ISO/IEC

1/SC

29/WG

fo Identification

JTC

and

11/N

5229,"Requirements

Description

of

Digital

for

the

Persistent

Association

Items"

10)  http://www.cisac.org 11)  http://www.doi.org 12)  http://www.smpte.org 13)  http://www.isbn.org 14)  http://www.ifpi.org 15)  http://www.issn.org 16)  http://www.indecs.org 17)  ISO/IEC

JTC

1/SC

29/WG 11

N

Description(DII&D)Committee 18)  http://www.jasrac.or.jp/release/00/10.html 19)  http://www.jasrac.or.jp/release/Ol/10_2‐2.html

4532"MPEG‐21 Draft"

Digital

Item

Identification

and

第14章 今後 の展望― まとめにかえて―

明治大学理工 学部   田 中 賢 一

 本 書 の最 後 に,こ れ ま で紹 介 され た 技 術 を ま とめ,今 後 の 展 望 を述 べ る。

14.1 

紙 幣 に 対 す る 透 か し(第2章)

  電 子 透 か し技 術 を 考 え る際 に,そ の 原 点 とな る技 術 に つ い て 考 え る必 要性 が こ こで は示 され た 。 それ は,紙 幣 に対 す る透 か しで あ り,紙 に対 す る透 か しの 歴 史 ・種 類 ・作 り方 ・品 質評 価 が 示 さ れ た 。   紙 に透 か し を入 れ る こ とは,そ の紙 の 製 造 や 品 質 な ど を証 す る商 標 と した こ と に起 源 を発 して い る。 そ れ以 降,そ の 特 徴 を利 用 して本 物 で あ る こ と を 確 認 す る手 段 と して透 か しが 用 い られ て き て い る。 そ の代 表 的 な例 は紙 幣 や パ ス ポー トな どで あ り,偽 造 され る と社 会 的 な 混 乱 を起 こ して 困 っ た事 態 と な る。 こ の事 態 を防 止 す るた め に透 か し技 術 が 用 い られ て きた 。   電 子 透 か しに 対 して 用 い られ る"透 か し"の 言 葉 は,電 子 媒 体 の真 正 性 を 証 明 す る た め の もの,す   また,電

なわ ち,隠

子 透 か し をWatermarkと

され た 本 物 の 証 で あ る とも い え る。 呼 ぶ 理 由 は,JIS

P 0001_1998(紙 ・パ

ル プ 用 語)に す き入 れ ・透 か し の定 義 か ら,紙 を 漉 くに は水 が 必 要 で あ るた め で あ る こ とが わ か った 。 この た め,電 子 透 か し を考 え る に当 た り,紙 幣 に 対 す る透 か し を思 い起 こす 必 要 が あ る こ とが 示 さ れ た 。   今 後,紙

幣 の 偽 造 を 防 止 す るた め に,多 大 な努 力 が 必 要 とな って くる と思

わ れ る。 こ の こ とは,社 会 的 な見 地 か ら も必 要 な こ と で あ る と考 え られ る。

14.2 

文 書 画 像 へ の 応 用(第3章)

  文 書 画 像 に電 子 透 か し を適 用 す る場 合 に は,三 つ の 条 件 が 必 要 とな る。 す なわ ち,   (1)  文 書 を読 む人 に 不 快 感 を与 え な い よ うな 画 質 で あ る こ と   (2)  不 正 あ るい は悪 意 を持 つ第 三 者 に対 して,透 か し情 報 の 埋 込 み位 置 の発 見 や そ の解 読 を防 ぐ こ と   (3)  ハ ー ドコ ピー を作 成 して,複

写 を繰 り返 して も,透 か し情 報 が 失 わ

れ ない こと の三 つ の 条 件 で あ る 。   一 般 的 に,テ キ ス ト画 像 で は冗 長 性 が 少 な い た め,透 か し情 報 を埋 め 込 む に は,テ キ ス ト形 式 の変 換 に よ るか,テ

キ ス トの 要 素 で あ る文 字 の特 徴 を利

用 す る こ とに な る。   しか し,文 書 画 像 に お け る デー タ量 を増 加 さ せ ず して 冗 長 性 を増 加 す る こ と は困 難 で あ るた め に,透 か し情 報 を埋 め 込 む た め の 空 間 が 少 な く,効 率 的 か つ秘 匿 性 の あ る良 策 は い まだ に見 い だ され て い な い の が 現 状 で あ る。   また,こ れ まで 多 く提 案 さ れ て きた 手 法 の 多 くは十 分 な 攻 撃 耐 性 を持 っ て い な い と考 え られ る。 これ は,デ ー タ が1ビ

ッ トで も変 わ る と,文 字 情 報 が

他 の 文 字 情 報 に変 わ っ て し ま う こ とに起 因 す る。   今 後,電 子 出版 な ど文 書 画 像 が 身 近 に な っ て,ペ ー パ ー レス の 時 代 が 到 来 す る こ と で あ ろ う。 こ れ を考 え る に,電 子 文 書 の 信 頼 性 と著 作 権 を 守 るた め,電 子 透 か し技 術 が ます ます 発 展 す る こ とが 期 待 され る。

14.3    第4章

静 止 画 像 へ の 応 用(第4章) で は,JPEG画

像 へ の応 用 に絞 っ て,そ

は画 像 を離 散 コサ イ ン変 換(DCT)し

て,DCT係

の概 要 を示 し た 。JPEGで 数 を圧 縮 処 理 して い る。 こ

の た め,透 か し情 報 の埋 め 込 み に は,基 本 的 にDCT係

数 の操 作 を行 う こ と

に よ る もの と され る。   も し,著 作 権 保 護 の た め に透 か し情 報 を埋 め込 む 場 合 に は,種 々 の 画 像 処

理 ・変 換 が 行 わ れ た 場 合 に あ って も,透 か し情 報 が 取 り出 せ る必 要 が あ る。 また,改

ざ ん 位 置 の 検 出 の た め に用 い る の で あ れ ば,JPEGの

再圧 縮 に よっ

て 透 か し情 報 が 変 化 し な い よ う にす る こ と も必 要 で あ る。 さ らに,画 質 を劣 化 させ な い よ う に す るた め の工 夫 も必 要 とな る。   現 在 の と こ ろ,画 質 評 価 はPSNRを とPSNRと

用 い る方 法 が 主 で あ るが,主

が 必 ず し も一 致 して い る と は限 らな い。 この た め,透

観評 価

か し情 報

が 目立 た な くな る た め の 工 夫 が な され る こ とが 多 くな る と考 え られ る。   これ か ら も,画 像 符 号 化 の標 準 が 変 化 して い くもの と考 え られ る の で,そ れ に対 応 した 透 か し情 報 の埋 め込 み を考 え て い く必 要 が あ る。

14.4 

動 画 像 へ の 応 用(第5章)

  静 止 画 像 に対 し て,電 子 透 か し技術 が 適 用 され る よ うに な る と,動 画 像 に 対 して も応 用 され る よ う に な っ て きた 。 透 か し情 報 の 埋 め込 み ・検 出 に 当 た っ て 動 画 像 圧 縮 プ ロ セ ス そ の もの の利 用 を意 識 した も のや そ う で な い もの が 提 案 され て き た 。 す な わ ち,動 式 や,MPEGを

き補 償 部(MC)+DCT圧

縮 を前 提 と し た 方

前 提 と しな い 方 式 な どで あ る。

  これ らの 技 術 は実 用 的 な段 階 に 入 りつ つ あ るわ けだ が,今 後,シ

ステムへ

の 電 子 透 か しの 実 装 を進 め る 開発 者 の た め の評 価 尺 度 を確 立 す る必 要 が あ る と考 え られ る。 現 状 で は,Stirmarkな

る 静 止 画 用 の 攻 撃 ツ ー ル を利 用 した

評 価 を応 用 させ て い る。 しか し,こ の 方 法 で は フ レー ム ご と に対 す る評 価 と な っ て し ま い,静 止 画 と同 じ方法 で評 価 す る と非 常 に見 づ らい 画 像 とな る。 この た め に,固 定 パ ラ メ ー タ で 同一 の ひ ず み を す べ て の フ レー ム に対 して 与 え る必 要 性 が あ る。 この こ とか ら,画 像 の 評 価 尺 度 の 確 立 は 急 務 で あ る とい え る。   電 子 透 か し方 式 も,暗 号 方 式 と同様 に して,ア 撃 に 耐 え られ る 方 式 を 目指 し,で れ る こ とが,今

ル ゴ リズ ム を公 開 して も攻

き るだ けオ ー プ ンな場 に お い て 議 論 が な さ

後 の 新 し い方 式 の 開 発 の 一 助 に な る と考 え られ る。

14.5 

三 次 元形状モデ リングへの応 用(第6章)

  三 次 元 形 状 モ デ ル に は,イ

ン タ ー ネ ッ トに 存 在 す るWeb

械 部 品 設 計 図 面 と して の三 次 元 形 状CADデ

ー タ,な

3 Dモ デ ル,機

ど多 くの種 類 が 存 在 す

る。 こ の三 次 元 形 状 に対 して 埋 め込 み を行 う電 子 透 か し に つ い て は,ポ

リゴ

ン メ ッ シ ュ な どが 挙 げ られ る。   メ ッ シ ュ形 状 に対 し て埋 め 込 む 透 か しの 条 件 に は,二 次 元 画 像 の 場 合 の不 可 知 性,攻

撃 耐 性 な どの定 義 づ けが 異 な る。

  三 次 元 形 状 の 解 析 や 処 理 に つ い て は,処 理 技 術 の 問 題 や,姿

勢正規化 な ど

の難 問 が あ るた め に,こ の分 野 で の電 子 透 か しの 実 用 化 は これ か ら も課 題 と な る と考 え られ る。 実 用 を考 え る な らば,三

次元 メ ッ シ ュ形 状 を対 象 と し,

取 出 し に元 メ ッ シ ュ との比 較 が 不 要 で あ る透 か し技術 の導 入 が必 要 に な っ て く る と思 わ れ る。 しか し現 状 で は,元 モ デル と透 か しモ デ ル の 姿 勢 の 正 規 化 が で き な い た め,実 用 は難 しい 課 題 で あ る と考 え られ る。   三 次 元 形 状 モ デ リン グ に お け る基 盤 技 術 の進 展 と とも に,こ の 分 野 で の透 か し技 術 の発 展 を期 待 した い 。

14.6 

ホ ロ グ ラ フ ィ へ の 応 用(第7章)

  ホ ロ グ ラ フ ィ は,立 体 映 像 を平 面 媒 体 に格 納 す るた め の写 真 技 術 で あ る。 電 子 透 か し技 術 と ホ ロ グ ラ フ ィ と を関 連 づ け る技 術 は計 算 機 ホ ログ ラ フ ィで あ る。 この計 算 機 ホ ロ グ ラ ム を透 か し情 報 と して 用 い る方 法 が これ ま で に提 案 され て きた。   計 算 機 ホ ロ グ ラム を透 か し情 報 と して 用 い た 場 合 の 特 徴 は,デ ー タ の欠 落 な どの 攻 撃 に対 して 強 い ア タ ッ ク耐 性 を 有 し て い る こ とで あ る。 また,他 方 式 と比 較 して,透 し,フ

の

か し情 報 の 複 製 が 困 難 で あ る こ とが 挙 げ られ る。 しか

ィル タ リン グや 幾 何 学 的 変 換 に対 して 計 算 機 ホ ロ グ ラ ム が 回 復 で き る

よ うに な らな い と,実 用 化 は難 しい もの と思 わ れ る。   この た め,暗 号 と して の計 算 機 ホ ロ グ ラ ム の有 効 性 を 見 い 出 す こ とや,フ ィ ル タ リ ング に強 い計 算 機 ホ ロ グ ラ ム の作 成 な どが 今後 の課 題 として残 され る。

14.7 

音楽情報 に対 す る応 用(第8章)

  ブ ロー ドバ ン ドイ ンタ ー ネ ッ トの普 及 に伴 い,音 楽 や 映 像 な どの エ ンタ ー テ イ メ ン トコ ンテ ン ツ の イ ン タ ー ネ ッ トで の流 通 の 本格 化 が 現 実 化 し て きて い る。 そ の裏 で,大 量 な コ ン テ ンツ の 不 正 配 信 が行 わ れ る よ うに な り,市 場 を脅 か す 結 果 とな っ て き て い る。 この た め,現 状 で 実 用 化 さ れ て い る一 例 と して,複 製 制 御CD(CCCD)が

発 売 され る よ う に な った 。 そ れ で もな お,セ

キ ュ リ テ ィ面 で の不 十 分 さ の た め に,音 楽CDと Wabぺ

し て 発 売 さ れ る翌 日 に は

ー ジ に ア ッ プ ロ ー ドされ る と い う状 態 が続 い て い る。

  音 楽 情 報 に対 す る電 子 透 か し の利 用 に は,三 つ の 目的 が あ る。 す なわ ち, ハ ー ド間 の コ ピー コ ン トロー ル,不 正 配信 行 為 の追 跡 と証 拠 の保 全,著 の利 用 の 管 理 で あ る。 現 在,音 術 は,MP3な

作物

楽 産 業 にお い て注 目 され て い る電 子 透 か し技

どの デ ィジ タル フ ァイ ル で,不 正 配 信 の 追 跡 と証 拠 保 全 に あ

る と言 わ れ て い る。   この 分 野 に お い て は,技 術 の 進 展 は も と よ り,ユ ー ザ の モ ラル も重 要 視 さ れ る と考 え られ る。 早 急 な 実 用 化 が 望 まれ る分 野 とい え る。

14.8    DVDは,近

DVDへ

の応用(第9章)

年 に な っ て 普 及 し始 め て い る電 子 媒 体 の 一 つ で あ る。 これ に

対 して,著 作 権 を保 護 す る た め に,電 子 透 か し を導 入 し な けれ ば な らな くな った。   この コ ンテ ン ツ保 護 に は,IBMの 法 を 用 い た,Galaxy,Philipsに

デ ー タ ハ イ デ ィ ン グ 法 に よ る統 計 的 手 よ るJAWSを

基 礎 と したMillennium,の

二 つ の 方 式 が あ る。 両 方 式 の 技 術 評 価 は す で に終 わ っ て い るが,両

方式 にお

け る採 用社 で の 知 的 所 有 権 の合 意 は得 られ て お らずDVD‐Videoの

電子 透 か

し の採 用 に は い ま だ に 結 論 が 出 て い な い 。   健 全 な コ ン テ ン ツ流 通 を 目指 す た め に は,DVD‐Videoに

お いての電 子透

か し を導 入 す る こ とが 急 務 で あ る。 技 術 的 に は,ハ ー ドウ ェ アか ら ソ フ トウ ェ ア に至 る まで,あ

ら ゆ る場 面 で 安 全 性 を 確保 す る必 要 が あ る。 これ に つ い

て も,今 後,技 術 に関 す る議 論 を重 ね,か

つ ユ ー ザ の モ ラル を 向上 させ る必

要 が あ る。

14.9 

バ イ オ メ ト リ ッ ク ス 本 人 認 証 技 術(第10章)

  バ イ オ メ トリ ッ ク ス本 人 認 証 技 術 に お け る基 本 原 理 は,   (1)  事 前 の 登 録 時 に本 人 認証 に用 い る本 人 情 報 を登 録 す る   (2)  本 人 認 証 時 に認 証 請 求者 に よ っ て 提 示 さ れ た 提 示 情 報 と登 録 情 報 と を認 証 者 が 比 較 照 合 す る   (3)  認 証 請 求 者 が 登 録 さ れ た本 人 で あ る こ とを確 認 す る こ とか ら成 り立 つ。   本 人 認 証 技 術 に お い て は,画 像 処 理 お よ びパ タ ー ン解 析 あ る い はパ タ ー ン 認 識 技 術 を基 礎 と して い る。 その 認 証 に 当 た っ て,生 体 特 徴 を用 い る。 生 体 特 徴 は 非 剛 体 で極 め て多 くの 特 徴 を有 して い る に もか か わ らず お 互 いが 極 め て よ く似 た 構 造 を も っ て い る 。人 に よ る差 異 はわ ず か で 単 一 ク ラス を な して い る。 接 触 入 力 の場 合 に は変 形 が 原 因 で,非 接 触 入 力 の 場 合 に は入 力 時 の姿 勢 の 変 化 や証 明 条 件 の 変 化 な どが 原 因 で,認 証 シ ス テ ム の 評 価,と

くに,認

証 制 度 の評 価 を複 雑 な もの に して い る。   画 像 処 理 技 術 に お い て は特 徴 の抽 出 技 術 が重 要 とな り,パ タ ー ン認 識 技術 に お い て は特 徴 空 間 を構 成 す る上 で の 重 要 な学 習 サ ン プ ル 数 が,認 証 精 度 に 大 き な影 響 を 及 ぼ す こ とが わ か っ た。 識 別 に有 利 な特 徴 空 間 の 構 成 お よ び特 徴 の 選 択 削 減 法 は,今 後 の課 題 で あ る。

14.10 

攻 撃 と そ の 対 策(第11章)

  電 子 透 か しの 攻 撃 に は,様 々 な 方法 が あ る。 そ の代 表 例 は,幾 何 学 的 な攻 撃,非

幾 何 学 的 な攻 撃,結

託 攻 撃 な どで あ る。

  幾 何 学 的 攻 撃 の ツ ー ル と してStirmarkが

よ く知 られ て い る。 この 幾 何 学

的 攻 撃 の 対 策 と し て は,ひ ず み 検 出 の た め の パ イ ロ ッ ト信 号 を埋 め込 む こ と が 挙 げ られ る。 結 託 攻 撃 は,コ

ンテ ン ツ に 埋 め込 まれ て い る利 用 者 情 報 な ど

の不 正 者 追 跡 用 情 報 を 消 す 際 に 有 効 な攻 撃 で あ る。 こ の た め の 対 策 と して は,透 か しの 埋 め込 み ・抽 出 装 置 が攻 撃 さ れ な い よ う に す る こ とが 挙 げ られ る。   こ の攻 撃 な ら び に そ の 対 策 に つ い て は,電 子 透 か し技 術 を考 え る上 で 重 要 不 可 欠 な課 題 で あ る 。 つ ま り,電 子 透 か しの 攻 撃 に対 す る耐性 を強 化 す る必 要 性 が あ り,今 後 の課 題 と して は,   (1)  結 託 攻 撃 に よ り強 く短 い 埋 め込 み 系 列 を生 成 す る符 号 化 器 の 開 発   (2)  透 か しの抽 出 方 法 を公 開 で き る電 子 透 か しの 開 発 が 挙 げ られ る。

14.11 

ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ(第12章)

  ス テ ガ ノ グ ラ フ ィは,電 子 透 か し と は 一 線 を 画 し,"電 子 あ ぶ り出 し"と 呼 ば れ る。 ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ と電 子 透 か しの相 違 点 は,価 値 の あ る情 報 が ス テ ガ ノ グ ラ フ ィで は外 か ら見 え な い秘 密 情 報 で あ る とい う こ と と,埋 め 込 み 情 報 が ス テ ガ ノ グ ラ フ ィで は で き るだ け大 きい こ とが 望 ま し く,外 に見 え る 情 報 に手 を加 え る と容 易 に壊 れ て も構 わ な い 点 に あ る とい う こ とが 挙 げ られ る。   新 し い ス テ ガ ノ グ ラ フ ィの 方 式 と して,BCPSス

テ ガ ノ グ ラ フ ィが 提 案

され た 。 この 方 法 は 多値 画 像 を ビ ッ トプ レー ン に分 解 す る こ とで2値 画 像 の 組 合 せ に 分 解 し,そ の 中 に多 くの 秘 密 情 報 を埋 め込 む こ とに成 功 した 方 式 で あ る。 この 方 法 は,従 来 の ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ技 術 と比 較 して 処 理 速 度 が 速 く,埋 め 込 み ア ル ゴ リズ ム に 多様 性 を求 め る こ とが 可 能 で あ る の で,安 全 性 が 高 ま って きた。   今 後 は,埋 込 み容 量 の さ らな る増 大 や,安 全 性 の さ ら な る増 大 を 目指 し, 電 子 透 か し と相 補 的 な役 割 を果 た せ る よ う な情 報 セ キ ュ リテ ィの 方 式 と して 確 立 して ゆ く必 要 が あ る と考 え られ る。

14.12 

国 際 標 準 化 動 向(第13章)

  ブ ロー ドバ ン ドア ク セ ス,モ バ イ ル イ ン タ ー ネ ッ ト,P2P通 速 な普 及 に伴 い,デ

信 な どの 急

ィ ジタ ル コ ン テ ンツ の 流 通 が盛 ん に な っ て き て い る。 安

全 か つ健 全 な デ ィ ジ タ ル コ ンテ ン ツ流 通 社 会 を築 くた め に,様 々 な 国 際標 準 化 団 体 に よ っ て,デ

ィ ジタ ル コ ン テ ンツ の 著 作 権 管 理 ・保 護 技 術 の強 化 が行

わ れ て き た 。 例 え ば,ISO/IECJTC1 MPEG‐21,OPIMA,cIDf,DVD

SC29/WG11,MPEG‐4/IPMP, Forum,SDMI,TVAFな

どが 電 子 透

か し を扱 っ て い る国 際 標 準 化 団 体 で あ る と言 わ れ て い る。   電 子 透 か し 技 術 は,優 れ た 手 法 が 次 々 に 提 案 され て い る時 代 と な っ て き た 。 と こ ろが,実

装 コ ス トに対 す る セ キ ュ リテ ィ強 度 の 向 上 が 十 分 で な い た

め に,商 用 レベ ル で の 普 及 率 は まだ 十 分 上 が って い る と は言 え な い 状 況 で あ る 。 よ り優 れ た 方 式 が 提 案 さ れ,実 用 化 さ れ る こ とが 重 要 で あ るが,そ の こ と に よ っ て,標 準 的 な電 子 透 か しの 方 式 も確 立 され る もの と考 え られ る。

  電 子 透 か し技 術 は この よ うに 多 岐 にわ た っ て,か

つ 実 用 に 向 け て 急 ピ ッチ

で研 究 が 進 め ら れ て い る。 ブ ロ ー ドバ ン ドイ ンタ ー ネ ッ トが 急 速 に 普 及 して い る 現 状 で は,コ れ て い る。

ンテ ン ツの 著 作 権 保 護 の 立 場 か ら一 刻 も早 い実 用 化 が 望 ま

索

引

JASRAC 

【アルファベット】

128

JPEG 

8

AM 

129

JPEG2000 

ATRAC 

129

JPEG圧

BIEM 

128

Judder 

186

KL展

126

Laplacianフ

141

MP3 

CD‐R 

141

MPEG‐2 

CISAC 

128

MPEG‐4 

CPPM 

141

MPEG‐21 

CPRM 

141

MPEG‐4SNHC 

CSS 

141

MPEGシ

ン タ ッ ク ス 

79

MPEGス

ト リ ー ム 

79

BPCS方

式 

CCCD(複

製 制 御CD) 

CD 

DCT係

数 

54,57

8 縮 

8 90

開 

161 ィ ル タ 

100 129 9 10 199 107

DNA 

157

Millennium方

DVD 

141

P2P通

DVDCPTWG 

142

PCM 

DVD‐Audio 

143

PSNR 

DVD‐RAM2.0 

143

RGB表

DVD‐RAM 

143

Real

DVD‐ROM 

143

robust

DVD‐RW 

143

SN比 

DVD‐R 

143

SPIHT 

192

STEP2001 

130 157

DVD‐Video 

141,143

式 

150

信 

197 129 62

色 系 

56

Audio 

129

watermark 

100 2

DVD+RW 

143

STR 

DVD+R 

143

Shaking 

89

EZW圧

縮 

193

StirMark 

8

EZW符

号 化 

193

Stirmark 

89

129

Wasserzeichen 

16

FM  fragile

watermarking 

49

watermark 

GOP構

造 

79

Web3D 

150

Windows

Galaxy方 Heat

式 

devil 

91

YIQ表

16 107 Media

色 系 

Audio 

129 190

ク ロ ス ハ ッ チ ン グ 法 

46

【ア 】 圧縮 

2

計 算 機 ホ ロ グ ラ ム 

113

ア フ ィ ン変換 

11

結 託 攻 撃 

170

ア ル ゴ リズ ム 

75

検 証 

154

暗号 強 度 

38 光 学 系 

116

虹 彩 

156

国 際 標 準 化 

197

個 人 認 証 

153 126

イ ンター ネ ッ ト 

15,181

イ ン デ ック ス画 像 

189

ウ ェー ブ レ ッ ト変 換 

72

コ ピ ー コ ン ト ロ ー ル 

動 き補 償 

76

コ ピ ー ラ イ ト 

埋 め込 み 

95

コ ン テ ン ッ 

埋 め込 み位 置 

38

75 2

【サ 】 音 楽 電 子透 か し 

125 【カ 】

改 ざん  改 ざん検 出  改 ざん検 出用 情 報  回転 

サー フェ ス モデ ル 

98

サ ブ リ ミナル チ ャネル 

167

漸 近 メ ッシ ュ表 現 

104

6 53 168 11

色 調 補正  識 別  時 間 分散 型 

9 154 84

鍵 

3

写 真 フ ィル ム 

114

各 種 改変 

2

シ ャー プニ ング 

121

重 ね 書 き 

12

周 波 数領 域 

87

画 像 深 層暗 号 

182

冗 長 性 

38

カ ラーベ ク トル 

189

焦 点 面 

116

46

情 報 化 

181

情 報 通信 利 用 者動 向 

125

情 報 迷彩 

182

間隔情 報  管 理ID 

幾 何 学 的 な攻撃 

168

白黒 透 か し 

17

白透 か し 

17

43

真 正性 

15

切 り取 り 

10

シ ンタ ッ ク ス 

77

擬 似乱 数 

81

空 間領 域 

86

透 か し攻 撃 ツール 

89

黒 透 か し 

17

す き入 れ 

15

輝 度  輝 度パ ター ン 

169 9

透 か し 

1

ス テ ガ ノ グ ラ フ ィ(Steganography)  7,40,167,181 ス ぺ ク トル 拡 散 法 

81

制 御 情 報 

168

生 体 特 徴 

153

セ キ ュ リ テ ィ 

認 証 ア ル ゴ リズ ム 

156

認 証 局 

154

認 証 書 

154

ネ ッ ト ワ ー ク 化 

181 【ハ 】

38

ソ リ ッ ドモ デ ル 

98

バ イ オ メ ト リ ク ス 

153

パ イ ロ ッ ト信 号 

170

背 景 パ タ ー ン  【タ 】 耐 性  耐 性 評 価  耐 タ ン パ ー 装 置 

バ ー コ ー ド  5

ハ フ マ ン符 号 化 

8

ハ ミ ン グ 距 離  パ ラ メ ト リ ッ ク 曲 面 

172

多 値 画 像 

41 113 55 156 96

43

ダ ミ ー ・デ ー タ 

183

著 作 権 

1

著 作 権 者 

4

著 作 権 情 報 

168

低 域 通 過 フ ィ ル タ 

9

デ ィ ジ タ ル 情 報 

1

デ ー タ ハ イ デ ィ ン グ  電 子 あ ぶ り出 し 

53 182

電 子 透 か し 

1

非 幾 何 学 的 な 攻 撃  秘 匿 

37

評 価 

8

フ ァ イ ル サ イ ズ 

9,75

66

フ ァ イ ル 変 換 ソ フ ト 

135

フ ォ トポ リマ ー 

114

フ ォ ー マ ッ ト変 換  不 規 則 メ ッ シ ュ  復 号  複 製 制 御(コ

2 104 59

ピ ー コ ン ト ロ ー ル)

CD(CCCD)  動 画 像 

170

複 素 振 幅 

126 116

動 ベ ク トル 

79

符 号 化 

取 り出 し 

95

不 正 者 追 跡 用 情 報 

168

フ ラ ウ ン ホ ー フ ァ ー 回 折 

114

ドル ビ ー デ ィ ジ タ ル 

142

プ リ ッ カ  【ナ 】

197 127

99

プ ロ バ ィ ダ ー 

2次 元 離 散 コ サ イ ン 変 換 

57

文 書 画 像 

2値 画 像 

37

認 識 

78

ブ ロ ー ドバ ン ド 

2次 元 ユ ー ク リ ッ ド空 間 

ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト 

58

162

平 行 移 動 

154

ベ イ ズ 誤 り確 率 

37

10 160

ベ ク トル デ ー タ 

7

ベ ク トル パ タ ー ン 

41

ペ ー パ ー レ ス 社 会 

50

編 集 

2

ボ ク セ ル 

96

ポ リ ゴ ン メ ッ シ ュ 

モ ザ イ ク 

162 【ラ,ワ

】

ラ ン ダ ム 位 相 

115

ラ ン レ ン グ ス 

42

ラ ン レ ン グ ス 符 号 化 

55

96

ホ ロ グ ラ フ ィ 

113

離 散 フ ー リエ 変 換 

ホ ワ イ トノ イ ズ 

129

量 子 化 

57

本 人 認 証 

154

量 子 化 テ ー ブ ル 

64

本 人 認 証 技 術 

153

利 用 者 情 報 

4

20

利 用 者 のID 

168

レ ー ザ 

113

本 物 の 証  【マ 】 マ ス キ ン グ 効 果 

72

レ ン ダ リ ン グ 

メ タ デ ー タ 

203

ワ イ ヤ ー フ レ ー ム 

メ ッ シ ュ簡 単 化 

106

和 文 

メ ッ セ ー ジ 認 証 

154

面 積 情 報 

44

114

96

7 40

〈監 修 ・執 筆 〉

小 松 尚 久(監 修,ま

えが き)早稲田大学理工学部

稲 葉 宏 幸(第1章)京 都工芸繊維大学工芸学部 川 合 淳 郎(第2章)元  東京工芸大学工学部 教授 松 井 甲 子 雄(第3章)防

衛大学校情報工学科

汐 崎   陽(第4章)大 阪府立大学大学院工学研究科 酒 澤 茂 之(第5章)KDDI研 究所 大 渕 竜 太 郎(第6章)山

梨大学医学工学総合研究部

田 中 賢 一(監 修,第7・9・14章)明

治大学理工学部

松 尾 秀 城(第8章)株

式会社  野村総合研究所

田 中

州大学工学部

 清(第9章)信

篠 原 克 幸(第10章)工 古 原 和 邦(第11章)東

学院大 学工学部 京大学生産技術研究所

今 井 秀 樹(第11章)東

京大学生産技術研究所

河 口 英 二(第12章)九 野 田 秀 樹(第12章)九

州工業大学工学部 州工業大学工学部

新 見 道 治(第12章)九 青 木 輝 勝(第13章)東

州工業大学工学部 京大学 先端科学技術研究セ ンター

安 田   浩(第13章)東

京大学 国際 ・産学共同研究センター

電子透か し技術 デ ィジ タル コ ンテ ンツ のセ キ ュ リテ ィ 2004年1月20日 

第1版1刷

編 監

発行

者 画 像 電 子 学 会 修 小 松 尚 久 田

中

賢

一

発行者 学校法人 東 京 電 機 大 学 代 表 者  丸 山 孝 一 郎 発 行 所  東 京 電 機 〒101‐8457

大 学 出 版 局

東 京 都 千 代 田 区 神 田 錦 町2‐2 振 替 口 座  00160‐5‐71715

印刷 三美印刷(株) 製本 渡辺製本(株) 装丁 鎌田正志

〓

The

電 話   (03)5280‐3433(営

業)

(03)5280‐3422(編

集)

Institute

Engineers Printed

of in

of Image

Japan

Japan

*無 断 で転 載 す る こ とを禁 じ ます。 *落 丁 ・乱 丁 本 はお取 替 えい た します 。 ISBN4‐501‐32320‐5

C3055

2004

Electronics