Efficient Probabilistic Group Testing Based on Traitor Tracing

Inspired by recent results from collusion-resistant traitor tracing, we provide a framework for constructing efficient probabilistic group testing schemes. In the traditional group testing model, our scheme asymptotically requires T ~ 2 K ln N tests to find (with high probability) the correct set of K defectives out of N items. The framework is also applied to several noisy group testing and threshold group testing models, often leading to improvements over previously known results, but we emphasize that this framework can be applied to other variants of the classical model as well, both in adaptive and in non-adaptive settings.Comment: 8 pages, 3 figures, 1 tabl

放送型暗号の組合せ的構造及びマルチメディア指紋符号に関する進展

筑波大学 (University of Tsukuba)201

Contribution to the construction of fingerprinting and watermarking schemes to protect mobile agents and multimedia content

The main characteristic of fingerprinting codes is the need of high error-correction capacity due to the fact that they are designed to avoid collusion attacks which will damage many symbols from the codewords. Moreover, the use of fingerprinting schemes depends on the watermarking system that is used to embed the codeword into the content and how it honors the marking assumption. In this sense, even though fingerprinting codes were mainly used to protect multimedia content, using them on software protection systems seems an option to be considered. This thesis, studies how to use codes which have iterative-decoding algorithms, mainly turbo-codes, to solve the fingerprinting problem. Initially, it studies the effectiveness of current approaches based on concatenating tradicioanal fingerprinting schemes with convolutional codes and turbo-codes. It is shown that these kind of constructions ends up generating a high number of false positives. Even though this thesis contains some proposals to improve these schemes, the direct use of turbo-codes without using any concatenation with a fingerprinting code as inner code has also been considered. It is shown that the performance of turbo-codes using the appropiate constituent codes is a valid alternative for environments with hundreds of users and 2 or 3 traitors. As constituent codes, we have chosen low-rate convolutional codes with maximum free distance. As for how to use fingerprinting codes with watermarking schemes, we have studied the option of using watermarking systems based on informed coding and informed embedding. It has been discovered that, due to different encodings available for the same symbol, its applicability to embed fingerprints is very limited. On this sense, some modifications to these systems have been proposed in order to properly adapt them to fingerprinting applications. Moreover the behavior and impact over a video produced as a collusion of 2 users by the YouTube’s s ervice has been s tudied. We have also studied the optimal parameters for viable tracking of users who have used YouTube and conspired to redistribute copies generated by a collusion attack. Finally, we have studied how to implement fingerprinting schemes and software watermarking to fix the problem of malicious hosts on mobile agents platforms. In this regard, four different alternatives have been proposed to protect the agent depending on whether you want only detect the attack or avoid it in real time. Two of these proposals are focused on the protection of intrusion detection systems based on mobile agents. Moreover, each of these solutions has several implications in terms of infrastructure and complexity.Els codis fingerprinting es caracteritzen per proveir una alta capacitat correctora ja que han de fer front a atacs de confabulació que malmetran una part important dels símbols de la paraula codi. D'atra banda, la utilització de codis de fingerprinting en entorns reals està subjecta a que l'esquema de watermarking que gestiona la incrustació sigui respectuosa amb la marking assumption. De la mateixa manera, tot i que el fingerprinting neix de la protecció de contingut multimèdia, utilitzar-lo en la protecció de software comença a ser una aplicació a avaluar. En aquesta tesi s'ha estudiat com aplicar codis amb des codificació iterativa, concretament turbo-codis, al problema del rastreig de traïdors en el context del fingerprinting digital. Inicialment s'ha qüestionat l'eficàcia dels enfocaments actuals en la utilització de codis convolucionals i turbo-codis que plantegen concatenacions amb esquemes habituals de fingerprinting. S'ha demostrat que aquest tipus de concatenacions portaven, de forma implícita, a una elevada probabilitat d'inculpar un usuari innocent. Tot i que s'han proposat algunes millores sobre aquests esquemes , finalment s'ha plantejat l'ús de turbocodis directament, evitant així la concatenació amb altres esquemes de fingerprinting. S'ha demostrat que, si s'utilitzen els codis constituents apropiats, el rendiment del turbo-descodificador és suficient per a ser una alternativa aplicable en entorns amb varis centenars d'usuaris i 2 o 3 confabuladors . Com a codis constituents s'ha optat pels codis convolucionals de baix ràtio amb distància lliure màxima. Pel que fa a com utilitzar els codis de fingerprinting amb esquemes de watermarking, s'ha estudiat l'opció d'utilitzar sistemes de watermarking basats en la codificació i la incrustació informada. S'ha comprovat que, degut a la múltiple codificació del mateix símbol, la seva aplicabilitat per incrustar fingerprints és molt limitada. En aquest sentit s'ha plantejat algunes modificacions d'aquests sistemes per tal d'adaptar-los correctament a aplicacions de fingerprinting. D'altra banda s'ha avaluat el comportament i l'impacte que el servei de YouTube produeix sobre un vídeo amb un fingerprint incrustat. A més , s'ha estudiat els paràmetres òptims per a fer viable el rastreig d'usuaris que han confabulat i han utilitzat YouTube per a redistribuir la copia fruït de la seva confabulació. Finalment, s'ha estudiat com aplicar els esquemes de fingerprinting i watermarking de software per solucionar el problema de l'amfitrió maliciós en agents mòbils . En aquest sentit s'han proposat quatre alternatives diferents per a protegir l'agent en funció de si és vol només detectar l'atac o evitar-lo en temps real. Dues d'aquestes propostes es centren en la protecció de sistemes de detecció d'intrusions basats en agents mòbils. Cadascuna de les solucions té diverses implicacions a nivell d'infrastructura i de complexitat.Postprint (published version

Framework for privacy-aware content distribution in peer-to- peer networks with copyright protection

The use of peer-to-peer (P2P) networks for multimedia distribution has spread out globally in recent years. This mass popularity is primarily driven by the efficient distribution of content, also giving rise to piracy and copyright infringement as well as privacy concerns. An end user (buyer) of a P2P content distribution system does not want to reveal his/her identity during a transaction with a content owner (merchant), whereas the merchant does not want the buyer to further redistribute the content illegally. Therefore, there is a strong need for content distribution mechanisms over P2P networks that do not pose security and privacy threats to copyright holders and end users, respectively. However, the current systems being developed to provide copyright and privacy protection to merchants and end users employ cryptographic mechanisms, which incur high computational and communication costs, making these systems impractical for the distribution of big files, such as music albums or movies.El uso de soluciones de igual a igual (peer-to-peer, P2P) para la distribución multimedia se ha extendido mundialmente en los últimos años. La amplia popularidad de este paradigma se debe, principalmente, a la distribución eficiente de los contenidos, pero también da lugar a la piratería, a la violación del copyright y a problemas de privacidad. Un usuario final (comprador) de un sistema de distribución de contenidos P2P no quiere revelar su identidad durante una transacción con un propietario de contenidos (comerciante), mientras que el comerciante no quiere que el comprador pueda redistribuir ilegalmente el contenido más adelante. Por lo tanto, existe una fuerte necesidad de mecanismos de distribución de contenidos por medio de redes P2P que no supongan un riesgo de seguridad y privacidad a los titulares de derechos y los usuarios finales, respectivamente. Sin embargo, los sistemas actuales que se desarrollan con el propósito de proteger el copyright y la privacidad de los comerciantes y los usuarios finales emplean mecanismos de cifrado que implican unas cargas computacionales y de comunicaciones muy elevadas que convierten a estos sistemas en poco prácticos para distribuir archivos de gran tamaño, tales como álbumes de música o películas.L'ús de solucions d'igual a igual (peer-to-peer, P2P) per a la distribució multimèdia s'ha estès mundialment els darrers anys. L'àmplia popularitat d'aquest paradigma es deu, principalment, a la distribució eficient dels continguts, però també dóna lloc a la pirateria, a la violació del copyright i a problemes de privadesa. Un usuari final (comprador) d'un sistema de distribució de continguts P2P no vol revelar la seva identitat durant una transacció amb un propietari de continguts (comerciant), mentre que el comerciant no vol que el comprador pugui redistribuir il·legalment el contingut més endavant. Per tant, hi ha una gran necessitat de mecanismes de distribució de continguts per mitjà de xarxes P2P que no comportin un risc de seguretat i privadesa als titulars de drets i els usuaris finals, respectivament. Tanmateix, els sistemes actuals que es desenvolupen amb el propòsit de protegir el copyright i la privadesa dels comerciants i els usuaris finals fan servir mecanismes d'encriptació que impliquen unes càrregues computacionals i de comunicacions molt elevades que fan aquests sistemes poc pràctics per a distribuir arxius de grans dimensions, com ara àlbums de música o pel·lícules

Revisiting nested group testing procedures: new results, comparisons, and robustness

Group testing has its origin in the identification of syphilis in the US army during World War II. Much of the theoretical framework of group testing was developed starting in the late 1950s, with continued work into the 1990s. Recently, with the advent of new laboratory and genetic technologies, there has been an increasing interest in group testing designs for cost saving purposes. In this paper, we compare different nested designs, including Dorfman, Sterrett and an optimal nested procedure obtained through dynamic programming. To elucidate these comparisons, we develop closed-form expressions for the optimal Sterrett procedure and provide a concise review of the prior literature for other commonly used procedures. We consider designs where the prevalence of disease is known as well as investigate the robustness of these procedures when it is incorrectly assumed. This article provides a technical presentation that will be of interest to researchers as well as from a pedagogical perspective. Supplementary material for this article is available online.Comment: Submitted for publication on May 3, 2016. Revised versio

Generic Construction of Trace and Revoke Schemes

Broadcast encryption (BE) is a cryptographic primitive that allows a broadcaster to encrypt digital content to a privileged set of users and in this way prevent revoked users from accessing the content. In BE schemes, a group of users, called traitor s may leak their keys and enable an adversary to receive the content. Such malicious users can be detected through traitor tracing (TT) schemes. The ultimate goal in a content distribution system would be combining traitor tracing and broadcast encryption (resulting in a trace and revoke system) so that any receiver key found to be compromised in a tracing process would be revoked from future transmissions. In this paper, we propose a generic method to transform a broadcast encryption scheme into a trace and revoke scheme. This transformation involves the utilization of a fingerprinting code over the underlying BE transmission. While fingerprinting codes have been used for constructing traitor tracing schemes in the past, their usage has various shortcomings such as the increase of the public key size with a linear factor in the length of the code. Instead, we propose a novel way to apply fingerprinting codes that allows for efficient parameters while retaining the traceability property. Our approach is based on a new property of fingerprinting codes we introduce, called public samplability. We have instantiated our generic transformation with the BE schemes of [4, 13, 20] something that enables us to produce trace and revoke schemes with novel properties. Specifically, we show (i) a trace and revoke scheme with constant private key size and short ciphertext size, (ii) the first ID-based trace and revoke scheme, (iii) the first publicly traceable scheme with constant private key size and (iv) the first trace and revoke scheme against pirate rebroadcasting attack in the public key setting