METech 版 (精华区)

发信人: hitter (有天), 信区: METech
标  题: 基于数字水印的IP保护技术
发信站: 哈工大紫丁香 (Sun Dec 28 21:57:57 2003), 站内信件


IP产业的飞速发展：
    IP(Intellectual property)是受专利、版权保护的所有的产品、技术和软件的总称。

在IC设计产业中，比较狭义的IP概念可定义为密封在硬件设计中可重复利用的软件，即VC

(Virtual Components)。
    IP复用技术给集成电路设计业带来了新的观念，它冲击着传统的IC设计产业，特别是

在VLSI和SOC设计中，IP复用变的越来越重要。与传统IC设计不同的是，现代IC系统设计的

真正挑战在于设计者要找到合适的IPs，并对其做尽量小的修改，再嵌入到系统中以满足设

计者的要求，这标志着电子工业向为复用而设计的方法学转变，这种观念上的转变是资源

得到了充分的利用，减小了IC设计的复杂程度，并有效缩短了IC设计的周期和降低成本。


基于上述优点，IP产业得到了迅速的发展。关于1997-2003年全球IP市场规模与预测如下表

：
 年份          1997 1998 1999     2000 2001      2002      2003
 年收入1M$  255 395 528 732 1038 1424 1893
 年增长率%  54.5 54.9 33.7 38.6 41.8 37.2 32.9
IP产业的迅速发展还表现在它在IC市场所占比例的变化，以ASIC为例，采用IP设计的ASIC

将以迅猛的速度发展，并迅速成为这一行业的主流：
年份 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
不采用IP % 80 69 43 41 33 24 16
采用IP % 20 31 47 59 67 76 84
IP的迅速开发将带来巨大的商业机遇。IP将会成为一种商品在市场上流通。这也极大的促

进了IC产业专业分工的形成。
全球的IP开发与供应商北美和欧洲占了绝大部分，而且美国占绝对优势。日本在IP产业上

奋起直追，随着DRAM市场的下跌，多数半导体公司正在转向SOC.目前，大的半导体公司正

迅速接受IP的概念。尤其是东芝、索尼和富士通分别和美国的EDA开展了广泛的合作。据预

测，日本90%的SOC的设计要用到重复使用的IP，在其国内正采用多种方法生成所必需的IP

．
我国的IP产业与国外还存在很大的差距，目前国家正通过加强对专业人才的培养、加强IP

库的管理和开发等方面，缩小与国际上的差距。我国IP产业正在从概念阶段向实用阶段过

渡，IP库的建立则把“系统集成”和“功能模块设计”分开，分散了设计难度和规模，设

计自主知识产权的高端芯片产品成为可能，因此，IP产业是我国进入国际市场的最好切入

口。
２．IP遭受严重侵害
与其他类型知识产权类似，伴随着IP复用技术的飞速发展，微电子行业的IP侵害也已经成

为一个较大的问题．包括对IP的非法使用以及对IP的抄袭，这种侵害对知识产权造成了巨

大伤害．以美国为例，根据1998 RSA年会上公布的数据，专家估计IP侵害所造成的损失接

近$10亿/天，因此这一问题也引起了FBI的极大关注。调查显示，80%的电子设计侵害源自

于IP开发公司内部，而另外20%来自于外部薄弱环节。这是由于一些终端产品被逆向设计工

程、拷贝或是简单的被窃取造成的。随着电子工业向为复用而设计的方法学转变，虚拟元

件的贸易正在扩大，潜在的危害也在同步增大，这样的侵害已经引起非常明显的工业恐慌

。
3、IP保护的相对落后和不完善
尽管从整体上来说，在VC和电子行业，VC保护已迅速成为关注的焦点。但是，对这一问题

的总体认识还是比较低。因此上，国际上已经成立了多个保护IP的组织或工作组，如1997

年创建的VISA IP 保护工作组，主要从事应用于VC的保护、探测和跟踪机制的研究。
目前，有效的IP保护程序很少，而潜在的IP侵害者却拥有更先进的手段。因此，各个国家

包括我国在内都在致力于IP保护的研究，包括制定相应的法律，以及对IP保护机制研究工

作。
    现阶段主要的IP保护方法主要有以下几种：
一、威慑(Deterrents) 试图阻止非法行为的发生，提供合法保护的外部交流信息。它们并

不提供任何的物理保护。现用的威慑保护类型有：专利、版权、商业机密、合同和诉讼。


二、保护(protection)包括了采取积极措施来阻止VC的非法使用。保护机制包括：许可协

议和加密。
三、探测(Detection) 包括判断是否已出现非法使用的能力，以及在出现剽窃行为时追踪

其源头的能力。现有的探测和跟踪方法包括：制造厂IP跟踪或标注、数字签名（例如数字

指纹和数字水印）、噪声指纹。
然而事实证明，这些保护方式中，任何一种都是有局限性的，都不可能对VC的所有使用过

程，所有数据形式，以及数据暴露的所有时间都进行保护。
4．在数字多媒体中迅速发展的水印技术
水印的出现由来已久，最近几年又与数字技术结合，成为一种有效的知识产权保护工具，

应用到数字多媒体中版权问题和内容认证方面，成为在数字媒体保护的主要工具，取得了

很大的成功，越来越多的数字媒体开始使用这种方法。国际上对数字水印的研究也在向更

为多样，更为有效的方向发展。
二、 课题研究目的和意义
VISA IP 保护发展工作组在其发表的白皮书中指出，这
个工作组的目的是
1． 使IP提供商能够保护他们的VC不被非法使用。
2． 保护各种用来生产和传递VC的设计数据。
3． 探测VC的使用情况
4． 跟踪VC的使用
这构成了IP保护的发展方向，IP保护就是通过各种有效的方法，确保IP不被非法使用。


     由于IP保护方案的局限性，IP开发商不得不从众多保护方式种选择更为有效的方案，

并且应用足够多的机制和预防措施，以求达到这样的目的：使侵害IP者所需的开销超过由

此而获得的利益价值，同时，VC拥有者所承担的保护开销和IP丢失的风险与损失价值相一

致，这一点也是IP开发商进行产权保护的目标和原则。
    对IP的侵害影响了IC设计产业的正常秩序，给整个产业造成了巨大的伤害，尤其是IP

开发商和供应商，所遭受的损失更为巨大。IP开发商为了保护自己的VC不被非法使用，使

用了各种保护IP的方法，不仅影响了各种VC间的匹配和VC的开放标准，同时还耗费了大量

的人力和财力。
为了保护IP开发者权益，促进整个电子设计行业的健康快速的发展，各种科研及应用机构

都在对IP的保护进行开创性的研究工作，以求尽快研究出更加有效的IP保护方案，并在实

际中应用。
数字水印在多媒体方面的巨大成功使我们想到将数字水印技术应用到VC的保护，也将会取

得立竿见影的效果，成为IC设计中IP保护的优秀方法，并有效的减小被非法使用的可能性

和进行保护的成本。水印技术在工业界和学术界都是个热点。目前的卓有成效的工作表明

，在不远的将来，会出现有效的工具和方法使得水印的实现和探测变得经济可行。
数字水印是一种间接的保护方案，它通过为VC的设计者提供一种证明VC所有权的能力来威

慑侵犯者。水印可以通过一定的算法嵌入到VC中, 并且在需要的时候被提取出来，用来证

明自己是这一IP的拥有者。
为了更好的发挥水印的作用，IP的保护对水印提出了更高的要求，它应该具有一下特性：


1、隐蔽性，即嵌入到系统中而不被使用者发现或感知的能力
2、冗余性 通常水印信息应分布在载体数据的很多样本中，从而得到整体的强健性。也就

是说利用一小部分嵌入水印的数据就可以恢复出水印。
3、整体性能 即嵌入水印后不能降低VC的性能或只产生很小的影响
数字水印在多媒体业的成功给我们带了了启示，因此这一课题的内容就是：
1、 借鉴数字水印在媒体信息中的应用，并从中选择一种适合于应用于IP保护的数学算法

，并作适当的修正，使它应该具有上面提到的特性。
2、  用计算机语言编程将上述水印算法嵌入到IP core中，并且能在需要时将水印从已嵌

入水印的IP core中通过程序提取出来。 
即实现了用水印方法对指定IP的保护工作。

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