VITO CAPPELLINI MEDIA INTEGRATION AND COMMUNICATION CENTRE, UNIVERSITÀ DI FIRENZE

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2 VITO CAPPELLINI MEDIA INTEGRATION AND COMMUNICATION CENTRE, UNIVERSITÀ DI FIRENZE 1. INTRODUZIONE I progressi compiuti negli ultimi anni dalle tecnologie multimediali, il rapido sviluppo di Internet e degli altri mezzi di comunicazione ci hanno dato la possibilità di guardare alle opere d arte in modo interattivo, portando alla nascita su tutto il Web di numerosi Musei Virtuali e di Gallerie d Arte. Inoltre, i proprietari di opere che fanno parte del Patrimonio Culturale digitale sono profondamente interessati alla possibilità di distribuire i loro beni al maggior numero di utenti a livello mondiale. Contemporaneamente sta nascendo una sempre più sentita necessità di tutela dei Diritti di Proprietà Intellettuale (Intellectual Property Rights - IPR), dovuta a molteplici ragioni: in primo luogo, nella riproduzione della tecnologia digitale i costi cono sono molto bassi e le reti di computer permettono la distribuzione di contenuti multimediali a livello mondiale in modo economico e veloce. Di conseguenza è più facile e meno costoso sia distribuire un opera per chi ne detiene i diritti, che, per un singolo utente, realizzare e distribuire copie non autorizzate. Inoltre, nella vita di ogni giorno, gli utenti hanno la capacità e l opportunità di aver accesso, copiare e modificare una grande quantità di informazioni digitali, senza una chiara conoscenza di ciò che è permesso o legale. Scopo di questo lavoro è quello di presentare le attuali soluzioni tecnologiche per la protezione e la gestione degli IPR, con particolare riferimento alla Applicazioni Culturali. Per la protezione dei Diritti di Proprietà Intellettuale (Intellectual Property Rights - IPR) nei dati multimediali, diventa di sempre maggiore interesse la marchiatura digitale (watermarking). Il Sistema di Gestione dei Diritti Digitali (Digital Rights Management System DRMS) o Gestione della Proprietà Digitale (Digital Property Management DPM) è un sistema che si occupa della gestione della Proprietà Intellettuale sul contenuto. 2. STRUTTURE DRMS Come di seguito descritto, un DRMS comprende una serie di servizi e soluzioni: - Sistemi di identificazione; - Metadati per la gestione IPR; - Linguaggi di programmazione per la gestione dei diritti; - Definizioni del formato dei dati. 1

3 SISTEMI DI GESTIONE DEI DIRITTI DIGITALI: APPLICAZIONI CULTURALI 2.1 Sistemi di identificazione I sistemi di identificazione si preoccupano della corretta identificazione del contenuto al quale si riferiscono i diritti: tali sistemi sono essenziali per rispettare i diritti digitali e per facilitare uno scambio interoperabile della Proprietà Intellettuale sulle reti digitali. Un problema chiave è l identificazione persistente: siccome le implementazioni di un Content Management System evolvono, c è il bisogno di assicurare che l identificazione degli oggetti digitali non cambi nel tempo. Generalmente ciò viene implementato grazie ad Identificatori dell Oggetto Digitale (Digital Object Identifiers - DOI), che MIRANO a trattare l identificazione in modo interoperabile in ambienti Wide Area Networks (WAN) e Internet. 2.2 Metadati per la gestione IPR Oltre all identificazione del contenuto, un secondo requisito riguarda la descrizione del contenuto: viene realizzato per mezzo di metadati per la gestione IPR. Il metadato è una qualsivoglia informazione posseduta su di un particolare contenuto: sono stati progettati differenti formati di metadati aventi come caratteristica comune il fatto di possedere una struttura basata su una serie di keywords e di descrittori di categoria di dati. Al giorno d oggi, molte serie di metadati per la descrizione di materiale digitale incorporano campi per la gestione IPR. Noti esempi sono la Dublin Core Metadata Initiative (DCMI) e gli standard di metadati DIG Linguaggi di programmazione per la gestione dei diritti Linguaggi per la gestione dei diritti permettono di esprimere in modo leggibile ad un computer le politiche di gestione dei diritti che coinvolgono le parti della transazione in modo tale che il DRM sia in grado di decidere se una determinata azione sia permessa dalle regole implementate per l esercizio dei diritti digitali. Linguaggi basati su serie di metadati e su standard W3C sembrano rappresentare il miglior approccio per raggiungere l interoperabilità di un DRMS. 2.4 Definizioni del formato dei dati Un ulteriore problema è la definizione di nuovi formati di file (es. per video digitali, audio, ), che incorporino l informazione IPR supportando la gestione dei diritti del file efficiente e più semplice. La ricerca attuale si sta focalizzando 2

4 VITO CAPPELLINI MEDIA INTEGRATION AND COMMUNICATION CENTRE, UNIVERSITÀ DI FIRENZE su: formati audio, formati di stampa, formati di immagine e formati di video digitali (es. MPEG 21). 3. MODELLO DI BUSINESS Per comprendere tutti i problemi relativi alla gestione IPR è necessario far riferimento ad un modello di affari (business model), o modello di referenza (reference model), ovvero ad un modello che descrive tutte le figure coinvolte come pure le transazioni che avvengono fra loro. Una caratteristica importante del modello di business DRM è la gestione delle politiche (dichiarazioni vincolanti che descrivono come gestire azioni intraprese nei confronti del contenuto da parte di un utente autorizzato). Un esempio di modello di business è quello sviluppato nel progetto ESPRIT IMPRIMATUR, lo schema è presentato nella seguente Fig. 1. P D Legend: Imprint of Purchaser ID Imprint of Media Distributor ID Unique Number Issuer Certification Authority N $ Imprint of Unique Number Role exchanges Value with Bank Creation Description Unique Number Check ID of MD Check P Identity Check MD Authorisation Creator $ Creation Value Assignment of Rights N D Creation Provider Value Rights holder $ Value Creation Application for Licence Conditional Licence P Media Distributor $ $ IPR Info Current Rights holder and Payment details IPR Database Creation Value IPR Info Log Purchaser $ Monitoring Service Provider Log Fig.1 - Schema del modello d affari IMPRIMATUR Le figure coinvolte nel modello d affari DRM possono venire elencate come: - L autore, che sarà il creatore del lavoro sottoposto a diritto d autore. - Il detentore dei diritti (o proprietario del diritto d autore). Solitamente l autore non vuole venire coinvolto in questioni amministrative relative alla gestione dei suoi IPR; quindi vende ad una controparte i diritti per lo sfruttamento delle sue opere. Questa figura è così la principale responsabile per quanto 3

5 SISTEMI DI GESTIONE DEI DIRITTI DIGITALI: APPLICAZIONI CULTURALI riguarda l autorizzazione all utilizzo dell opera: definisce le condizioni d uso, registra l informazione IPR all ufficio di registrazione e riscuote i diritti d autore derivanti dal commercio delle opere che ha la responsabilità di amministrare. - Il fornitore dell opera (o produttore del servizio) che avrà la responsabilità di predisporre le opere in modo tale che possano venire commercializzate nel DRM e quindi, ad esempio, dovrà incorporare nelle opere quei meccanismi che permetteranno la tracciabilità del diritto d autore (marchiature digitali). Questa figura è depositaria della conoscenza tecnica necessaria a garantire che il diritto d autore possa sempre venire tutelato. - Il media distributor (o service provider) che avrà il dovere di distribuire le opere agli acquirenti e che dovrà quindi soddisfare le richieste dei propri clienti, garantire che l IPR sul materiale distribuito sia tutelato e che vengano correttamente pagate le relative provvigioni. Questa figura dovrà offrire differenti, semplici modalità di pagamento per le opere acquistate (Sistemi di Pagamento Elettronico (Electronic Payment Systems)), per accedere ai database dove è memorizzata l informazione IPR e per permettere di utilizzare tutti gli strumenti tecnologici che consentono di tutelare il diritto d autore delle opere che commercializza (marchiatura digitale, crittografia, protocolli sicuri). - Il registro IPR o database che è il depositario di tutte le informazioni relative all IPR delle opere da tutelare e che dovrà essere accessibile, a differenti livelli di dettagli e riservatezza, da tutte le altre figure ECMS. In particolare, l informazione utile all identificazione dell opera e che espone nei particolari le regole di autorizzazione dovrà essere memorizzata e recuperata in modo efficace. Ciò permetterà di pagare ai proprietari del diritto d autore le giuste provvigioni. - Il fornitore dell Unique Number che sarà responsabile dell assegnazione di un identificativo univoco ad ogni opera (es. DOI) per facilitarne la tracciabilità. - Il controllore che sarà la Trusted Third Party (TTP) responsabile di monitorare che tutte le transazioni siano avvenute legalmente. Il ruolo del controllore è molto importante e la costituzione di TTPs che si assumano questo compito sarà uno dei punti chiave per una diffusione di successo dei DRMs. - L autorità di certificazione, anch essa un TTP, che è incaricata di autenticare tutte le figure ECSM tramite certificazione elettronica. 4

6 VITO CAPPELLINI MEDIA INTEGRATION AND COMMUNICATION CENTRE, UNIVERSITÀ DI FIRENZE Le caratteristiche chiave di un DRM di successo potrebbero venire riassunte come segue: Interoperabilità: in un ambito commerciale, le figure che utilizzano contenuti digitali richiedono sistemi in grado di interagire l uno con l altro utilizzando contenuti provenienti da differenti fonti. Caratteristiche di sicurezza e protezione del diritto d autore: ciò è direttamente collegato al TPM prima menzionato e che verrà descritto nella prossima sezione. Usabilità: i sistemi DRM devono venire progettati in modo tale che utenti autorizzati trovino relativamente facile il loro utilizzo. I controlli tecnologici rafforzati dal DRMS non dovrebbero essere intrusivi e dovrebbero facilitare un accesso semplice a chi è autorizzato. Autorizzazione. Nella pratica, le trattative per le autorizzazione tendono ad essere estremamente lunghe. E necessario un adattamento ad un modello di autorizzazione elettronico più efficiente. Modelli di Business. Un DRM dovrebbe essere basato su di un modello di business chiaro e ben definito. Costi ragionevoli delle tecnologie DRM. Granularità: un sistema DRM dovrebbe permettere di fornire piccole parti di contenuto ad un utente finale che potrebbe utilizzare questa informazione per creare una nuova opera. Un esempio potrebbe essere l acquisto del capitolo di un libro o di alcuni secondi di una sequenza video ed il loro inserimento in un modulo di e-learning. 4. TECNICHE PER NASCONDERE I DATI Le tecniche per nascondere i dati vennero inizialmente impiegate per applicazioni di protezione del diritto d autore, dove il segnale incorporato, cioè la marchiatura, trasmette informazioni correlate al diritto d autore sui dati hosting. Il contenuto esatto dell informazione incorporata dipende dalla specifica applicazione e può includere l identità del creatore o distributore dell opera, oppure del cliente al quale l opera è stata venduta, o i termini di autorizzazione tra venditore ed acquirente. L informazione casted può venire utilizzata per dimostrare la proprietà del contenuto, l appropriazione indebita del contenuto o come prova di acquisto e, per farlo, tali dati devono preservarsi intatti dopo possibili modifiche all opera. In una simile applicazione, è necessario che la marchiatura digitale sia robusta (cioè che sia resistente) nei confronti di 5

7 SISTEMI DI GESTIONE DEI DIRITTI DIGITALI: APPLICAZIONI CULTURALI modifiche al contenuto della marchiatura digitale stessa, sia intenzionali che fortuite, che possano venire eseguite durante la sua fruizione. Una marchiatura digitale è: - Un messaggio incorporato in modo permanente nei dati che può venire identificato o estratto in seguito per effettuare una asserzione relativa ai dati. - La marcatura è nascosta nei dati host (copertina: immagine, video, audio, ecc.) così che sia inscindibile dai dati. - Può resistere a molte operazioni che non compromettono il documento host. - Per incorporare la marcatura nei dati host, le tecniche di incorporamento applicano modifiche secondarie ai dati host in un modo invisibile a livello di percezione. - Le modifiche sono riferite all informazione marchiata. - L informazione marchiata può venire estratta in un secondo tempo dai dati marchiati individuando la presenza di tali modifiche. Il dominio incorporato può riguardare differenti forme. L inserzione marchiata è mostrata nella Fig. 2. Fig. 2 - Inserzione marchiata 6

8 VITO CAPPELLINI MEDIA INTEGRATION AND COMMUNICATION CENTRE, UNIVERSITÀ DI FIRENZE Il risultato della marchiatura digitale è mostrato nella Fig. 3, (immagine a destra). Fig. 3 - Risultato della marchiatura digitale La marchiatura digitale è una modifica minima. La presenza di una marchiatura può venire riconosciuta attraverso la differenza assoluta moltiplicata per 32 tra le due immagini della Fig. 3, come risulta nella Fig. 4. 7

9 SISTEMI DI GESTIONE DEI DIRITTI DIGITALI: APPLICAZIONI CULTURALI Fig. 4 Differenza assoluta tra immagini marchiate e non marchiate 8

10 VITO CAPPELLINI MEDIA INTEGRATION AND COMMUNICATION CENTRE, UNIVERSITÀ DI FIRENZE Il sistema di marchiatura complessivo appare nella Fig. 5. Fig. 5 - Sistema di marchiatura digitale 9

11 SISTEMI DI GESTIONE DEI DIRITTI DIGITALI: APPLICAZIONI CULTURALI Nella distribuzione del contenuto tramite reti di comunicazione, un intruso può cercare di estrarre il contenuto e copiarlo in un prodotto pirata (Fig. 6 Fig. 6 - Attacco pirata 10

12 VITO CAPPELLINI MEDIA INTEGRATION AND COMMUNICATION CENTRE, UNIVERSITÀ DI FIRENZE Il presunto prodotto pirata può venire analizzato grazie al software di marchiatura digitale per verificare se la marchiatura (W) è o meno presente (Fig. 7). Fig. 7 - Rivelatore di marchiatura digitale La robustezza della marchiatura digitale risiede nella capacità di rilevare la marchiatura digitale dopo comuni modifiche. I criteri di robustezza sono: - Signal Processing - Compressione JPEG/MPEG - Trasformazioni geometriche - Rimozione, inserimento o cambio di dati - Conversione D/A e A/D Il payload della marchiatura è l ammontare delle informazioni che possono venire memorizzate in una marchiatura. Per scopi di protezione della copia, un payload di 4-8 bits è di norma sufficiente. Per la protezione IPRs, sembra ragionevole inserire un valore simile all ISRC, Internat. Standard Recording Code (60-70 bits). 11

13 SISTEMI DI GESTIONE DEI DIRITTI DIGITALI: APPLICAZIONI CULTURALI 5. APPLICAZIONI AL PATRIMONIO CULTURALE I sopra citati metodi e tecnologie di DRMS e di marchiatura digitale possono venire applicati in differenti settori (medicina, ambiente, cultura) Nel Patrimonio Culturale l interesse sta crescendo, grazie a svariati motivi: - la qualità crescente del contenuto (es. immagini digitali ad alta risoluzione) - l espansione degli archivi digitali - la continua crescita delle reti di comunicazione, ed in particolare di Internet. Un esempio di archivio digitale sul Web (Galleria virtuale su Internet) è stato sviluppato negli anni : Tuscany-Gifu Art Gallery. Fig 9 mostra la prima pagina di questa Art Gallery contemporanea. Tutte le opere digitali sono marchiate. Fig. 9 - Home Page della Tuscany-Gifu Art Gallery 12

14 VITO CAPPELLINI MEDIA INTEGRATION AND COMMUNICATION CENTRE, UNIVERSITÀ DI FIRENZE Fig 10 mostra un esempio delle opere d arte dell Artista Marcello Fantoni. Fig. 10 opere d arte di Marcello Fantoni 13

15 SISTEMI DI GESTIONE DEI DIRITTI DIGITALI: APPLICAZIONI CULTURALI Fig. 11 illustra il rilevamento di marchiatura digitale su una immagine attaccata. Fig Rilevamento di attacco 14

16 VITO CAPPELLINI MEDIA INTEGRATION AND COMMUNICATION CENTRE, UNIVERSITÀ DI FIRENZE Un altro esempio di Galleria Virtuale con immagini marchiate è mostrato nella Fig. 12: le immagini fanno parte dell Archivio Fotografico digitale della Regione Toscana. Fig Immagine con marchiatura digitale dell Archivio Fotografico digitale della Regione Toscana Il procedimento può venire facilmente applicato anche ad immagini digitali ad alta risoluzione. Ed ancora, la marchiatura digitale può proteggere le immagini ad alta risoluzione nel sistema DRM. Applicazioni di DRMS e marchiatura digitale sono anche estese ai 3D Culture Objects, in particolare nel settore dell Archeologia. 6. RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI [1] V. Cappellini, A. Piva, D. Dawson, D. Tsolis, Technological Solutions for Copyright Protection and Management of Cultural Heritage: Best Practices and Guidelines, Workshop sulla Digitalizzazione del Contenuto Culturale, giugno 2003, Corfù, Grecia. 15

17 SISTEMI DI GESTIONE DEI DIRITTI DIGITALI: APPLICAZIONI CULTURALI [2] WIPO Copyright Treaty, disponibile in [3] Commission of the European Communities, "Digital Rights: Background, Systems, Assessment", Commission Staff Working Paper, Brussels, 2002, in kshop2002/drm_workingdoc.pdf. [4] A. Piva, M. Barni, F. Bartolini, Managing Copyright in Open Networks, IEEE Internet Computing, Volume: 6 Edizione: 3, maggio/giugno 2002, pp [5] M. Barni, F. Bartolini, V. Cappellini, A. Piva, A DCT-domain system for robust image watermarking, Signal Processing, Special Issue on Watermarking, (66) 3 (1998), pp [6] F. Bartolini, R. Caldelli, V. Cappellini, "Electronic IPR (EIPR) management technologies", Proceedings of ICHIM 2001 Cultural Heritage and Technologies in the Third Millennium, Milano, Italia, 3-7 settembre 2001, pp [7] M. Barni, F. Bartolini, V. Cappellini, A. Fringuelli, A. Piva, "Electronic Copyright Management Systems: requirements, players and technologies", Proceedings of 10th International Workshop on Database and Expert Systems Applications DEXA'99, Firenze, Italia, 1-3 settembre 1999, pp [8] V. Cappellini, A. Piva, Opportunities and Issues of Image Processing for Cultural Heritage Applications, Proceedings of 14 th European Signal Processing Conference EUSIPCO 2006, Firenze, 4-8 settembre [9] V. Cappellini, F. Uccheddu, 3D Watermarking of 3D Digital Models for IPR Protection, 2 nd International Conference or Remote Sensing in Archaeology, Roma, 4-7 dicembre