基于安全芯片的防伪数码相机

    0 引 言

    数码照片修改非常容易，以至于在新闻业[1]、法律部门行业等所使用的数码照片都不允许被修改。数码相机生产厂商佳能已经推出一套配合相应数码相机的图像数据验证系统[2]，其基本原理是：①在支持图像认证的佳能数码相机拍摄照片时，用预先保存在此数码相机中的密钥对图像数据进行签名，将签名值 A 添加到图像数据的扩展部分；②验证系统将签名值A从图像数据中分离，再把剩余的内容用同样的密钥签名，得到签名值B；③如果签名值A 与签名值 B相同，则证明图像未被修改。

    此方案存在两个问题：第一，只能验证数码照片被拍摄后没有被修改，它不能处理常见的“翻拍”问题，即相机拍摄的对象本身就是一张经过修改的、高级喷墨打印机输出的照片；第二，它需要专门从佳能公司购买验证系统，此验证系统最主要的功能是提供一个安全的密钥，用于验证图像的修改情况。下面详细分析这两个问题：首先，分析所有翻拍方式，它们都有一个共同的特点：翻拍范围内的物体都在一个平面上(具有同一深度信息)，而正常的拍摄具有层次感，所拍摄区域内的物体具有不同的深度信息；其次，对于验证图片可信的流程，如果使用 RSA 公开密钥密码体制[3]作为数字签名方式，可以使整个验证流程公开、透明、标准，可以让验证过程并不依赖特殊的硬件来提供验证的密钥。基于以上分析，本文提出了一种新型的防伪数码相机的架构，此数码相机自带一个安全芯片，在拍摄照片时，同时测量并记录所拍摄范围内的深度信息，将图片数据及深度信息一起送入安全芯片进行数字签名[4]，将签名信息附加到图像数据的扩展区域。在验证图像是否可信时，除了验证签名值是否有效外，还要验证图像区域内机架构不仅能验证图像在拍摄后是否被修改，而且能验证所拍摄物体是否为翻拍，从而进一步提高了数码相机的防伪能力，同时还让整个验证流程更简化、更容易。

    1 系统概述

    1.1 相机系统架构

    基于安全芯片的防伪功能的数码相机与普通数码相机相比，新增或改进了部分模块。系统架构图如图 1 所示，其中带有底纹的模块表示新增的或者是有改进的模块。

    CPU 模块：部分流程改变，在拍摄瞬间通知对焦测距系统完成对所拍摄区域内的深度信息采集；驱动安全芯片对图像数据、图像元数据及深度信息进行数字签名。

    对焦测距系统模块：在原来只是对焦功能的基础上做了改进，新添了测量拍摄区域内的多个点的深度信息功能。安全芯片模块：此新增模块完成对图像数据、图像元数据及深度信息的数字签名功能。