Vannmerke (IT)

Begrepet vannmerke (avledet fra det engelske språket ), i informatikk , refererer til inkludering av informasjon i en multimedia eller annen fil , som senere kan oppdages eller trekkes ut for å få informasjon om opprinnelsen og herkomsten. Slike indikasjoner lar dokumentet være permanent merket

italiensk kan det oversettes som et elektronisk vannmerke ; [1] Siden det engelske begrepet vannmerke opprinnelig betyr vannmerke , brukes i IT-feltet på engelsk den utvidede formen digital vannmerke generelt for å bety det samme begrepet.

Funksjoner og bruk

Informasjonen kan være åpenbar for brukeren av filen (for eksempel når det gjelder en opphavsrettsindikasjon lagt på et digitalt bilde ) eller latent (gjemt inne i filen); i sistnevnte tilfelle kan vannmerking betraktes som en form for steganografi .

Den digitale vannmerketeknikken kan brukes til ulike formål: å gjøre det klart for alle brukere hvem som er eier av dokumentet, om varemerket er synlig; bevise originaliteten til et ikke-forfalsket dokument; unngå distribusjon av uautoriserte kopier; merk spesifikke egenskaper ved dokumentet eller marker salgsbanen til dokumentet, ved å bruke et annet merke for hver kjøper.

Klassifisering

Vannmerker kan klassifiseres i henhold til noen av egenskapene deres, som avhenger av formålet de er satt inn i dokumentet med.

Vannmerker kan være private eller offentlige, dvs. synlige for alle brukere av en fil . De som kan trekkes ut sies å være private bare når innholdet er kjent på forhånd og det originale umerkede dokumentet er i besittelse; offentlig de som kan oppdages selv om innholdet ikke er kjent, uten hjelp av originaldokumentet. Når det gjelder offentlige vannmerker, er det lettere å identifisere og endre (eller fjerne) merket, men i mange sammenhenger er de mer nyttige, siden de lar hvem som helst identifisere eieren av dokumentet.

Et vannmerke kan være synlig eller usynlig: det vil si at i det første tilfellet brukes det til å kode informasjon som må offentliggjøres for sluttbrukeren; i det andre tilfellet er det i stedet nettopp de kontekstene der den legitime eieren ønsker å garantere opphavsretten , og dermed skjule varemerket i dokumentet. I praksis er den merkede kopien nesten identisk med originalen, bortsett fra noen forskjeller som ikke kan oppdages av menneskelige oppfatninger.

Vannmerker kan karakteriseres ved at de er motstandsdyktige mot angrep: et skjørt vannmerke kan lett angripes, ødelegges og gjøres ugjenkjennelig av nesten alle typer datamanipulering. Den er designet for de applikasjonene der du vil vite om en viss informasjon har blitt endret i passasjen fra skaperen til brukeren; i så fall må vannmerket ikke være påviselig eller må i alle fall vise endringer. Et halvskjørt vannmerke lider samme skjebne som et skjørt hvis endringene som påføres er større enn en viss brukerdefinert terskel. Til slutt må et robust vannmerke tåle de vanligste dataoperasjonene og transformasjonene, da det brukes når dokumenteierskap skal bevises eller garanteres. Informasjonen den har med seg, må ikke gå tapt og må kunne gjenopprettes, selv om dokumentet er endret. Videre har vi en tendens til å betrakte et vannmerke som robust når det er i stand til å motstå til og med tilsiktede angrep rettet mot å fjerne det.

Vannmerker er blinde hvis originaldokumentet ikke er nødvendig for å bekrefte deres tilstedeværelse; ikke blind ellers. Generelt er ikke-blinde vannmerker mer robuste, men det er ikke alltid mulig å ha originalen tilgjengelig; dessuten kan bare eieren bevise tilstedeværelsen av merket.

Egenskaper

Vannmerker kan brukes til forskjellige formål og må derfor tilfredsstille spesifikke behov. Imidlertid er det noen kjennetegn som er felles for alle vannmerker:

For å oppfylle alle disse kravene, må vannmerker være:

I noen tilfeller betyr inverterbarhet muligheten for å generere et falskt vannmerke og et falskt originaldokument som er det samme som det ekte. På denne måten, ved å sette inn det falske vannmerket, oppnås et dokument som er helt likt (inverterbarhet) eller bare merkbart likt (nesten inverterbart) med det virkelige. Det har vist seg at hvis digital vannmerking skal bli et ugjendrivelig bevis for håndhevelse av opphavsrett , må varemerker være ikke-inverterbare eller nesten ikke-inverterbare.

Stillbilde vannmerke

Ethvert vannmerkeskjema lages gjennom implementeringen av to veldig spesifikke algoritmer : en for koding av merkevaren, som tar det originale bildet som input og sender ut det tilsvarende passende merkede bildet og det virkelige merket; den andre av dekoding som, tatt som inndata for det merkede bildet og originalbildet (hvis vannmerket ikke er blindt), returnerer det tilhørende merket.

Å legge til et vannmerke i bildet kan ses på som å sette inn en støykomponent i selve bildet.

La V være originalbildet, vannmerket som skal settes inn (som kan avhenge av V) og det merkede bildet.

den kan hentes fra V og W ved hjelp av en passende kodefunksjon E :

Dekodingsfunksjonen D (i tilfelle av et blindt vannmerke) vil ha et merket bilde som input og returnerer vannmerket W ':

Selv om vannmerket ikke er blindt, må skjemaet endres som følger:

Vannmerkene W og W 'er ikke nødvendigvis identiske, da bildet kan ha blitt modifisert mellom kodings- og dekodingsstadiet. En sammenligningsfunksjon er derfor nødvendig for å fastslå om de to vannmerkene samsvarer:

hvor er en passende fastsatt terskelverdi.

Generelt, for å kode et vannmerke, velges noen spesielle egenskaper ved bildet, kalt , som en innsettingsoperator brukes på :

hvor er egenskapene til bildet med vannmerke.

Vannmerket dekodes med en ekstraksjonsoperatør , motsatt av den forrige, slik at:

hvor er det utpakkede vannmerket.

Når det gjelder teknikker på det romlige domenet (etter romlig domene vi har til hensikt å vurdere enkeltpiksler i posisjonen der de finnes i bildet) er egenskapene F verdiene til piksler i bildet; mens når det gjelder teknikkene på transformasjonene, er de verdiene til koeffisientene til en bildedomenetransformasjon.

Settet F er valgt slik at små endringer på hver funksjon ikke forverrer bildet vesentlig (vannmerket kan settes inn uten synlig skade på bildet) og at hver funksjon ikke endres vesentlig med mindre bildet er modifisert på en merkbar måte ( vannmerket må kunne dekodes uten tvetydighet).

Angrep

Under navnet på angrep er inkludert alle operasjoner på bilder som kan svekke eller helt fjerne et tidligere innsatt vannmerke, uavhengig av om de er tilsiktet eller ikke, men som også bare hindrer korrekt funksjon av deteksjonsfasen.

Tapskomprimering , med tanke på JPEG -standarden i praksis, er en av endringene som oftest brukes på et bilde før det distribueres på nettverket. Kompresjon alene er generelt ikke et farlig angrep; faktisk er alle metoder testet på JPEG-bilder. Tallrike vannmerkemetoder opererer i domenet til DCT ( diskret transformasjon av cosinus ) nettopp for å ha høy robusthet mot denne typen kompresjon. Generelt vil fjerning av et merke ved komprimering alene måtte falle til et uakseptabelt nivå av utarming.

En stor familie av modifikasjoner er den av geometriske modifikasjoner. Det inkluderer globale endringer, som rotasjon , beskjæring (slette deler av et bilde), skalering og lokale endringer, for eksempel sletting av linjer eller kolonner. Metodene i romdomenet er de mest skjøre for geometriske angrep; spesielt kombinasjonene av rotasjon av små vinkler kombinert med beskjæring, uensartet endring av skala og eliminering av et visst antall rader eller kolonner er tilstrekkelig til å gjøre det umulig å oppdage merket, uten å introdusere en merkbar kvalitetsforringelse . Mot globale geometriske endringer handler vi ved å kopiere vannmerket på hele bildet.

Så er det alle filtrene og effektene som kan brukes gjennom en god del grafiske applikasjoner. Et annet angrep er tillegg av pseudo-tilfeldig, additiv eller multiplikativ støy.

Statistiske angrep krever at du har to eller flere kopier av det samme bildet merket med forskjellige merker, og prøv deretter å få en kopi som ikke lenger er beskyttet ved å beregne gjennomsnittet av kopiene eller ved å sette sammen deler av hver. Til slutt, hvis algoritmen ikke gir mulighet for å sette inn mer enn ett vannmerke, kan tvungen superposisjon av flere merker hindre dekoderen i å registrere tilstedeværelsen av riktig merke.

En klassifisering av angrepene er også mulig ut fra deres formål:

En forfalsker som ønsker å utgi et bestemt bilde som sitt eget, kan sette signaturen sin på et bilde som allerede er signert.

I dette tilfellet ser det ut til at både den rettmessige eieren og krenkeren kan kreve eiendomsretten. Gjenkjennelsen av vannmerket er derfor ikke tilstrekkelig for å fastslå hvem som har rett. For å løse tvisten, blir både originalbildet forespurt, forutsatt at det er usignert, og signaturen til hver av dem er bekreftet med originalen til den andre. Signaturen til den virkelige eieren vil være til stede på den falske originalen, mens bedragerens signatur ikke vil være til stede på den ekte originalen og vil gi et falsk signaturresultat.

De mest brukte teknikkene for å ugyldiggjøre bevis på eierskap er: SWICO-angrep og TWICO-angrep.

I SWICO-angrepet kan bedrageren prøve å få tak i en falsk original ved å trekke ut vannmerket fra bildet signert av den rettmessige eieren og sirkulere et vannmerket bilde med signaturen til dem begge. På denne måten kan forfalskeren også kreve eiendomsretten ved å bruke den falske originalen. For å motstå SWICO-angrep er det tilstrekkelig at vannmerkeprosessen ikke er reversibel.

I TWICO-angrepet, i motsetning til SWICO-angrepet, vil i tillegg til en falsk original, to vannmerkede bilder produseres av forfalskeren, begge med en enkelt signatur (den originale og den falske). For å motstå TWICO-angrep, må vannmerket være nesten ikke-reversibelt.

Innsettingsteknikker

Et vannmerke kan settes inn i et bilde med tre teknikker som vi nå skal se hovedtrekkene av.

Romlig domene

Disse teknikkene endrer pikselverdiene til bildet direkte, basert på koden som må inkluderes. Det er flere muligheter for å implementere denne endringen:

Transformer

De bruker den diskrete cosinustransformasjonen , wavelet-transformasjonen eller Fourier-transformasjonen og vannmerket er inkorporert i transformasjonskoeffisientene.

Disse teknikkene fungerer etter dette skjemaet: bildet konverteres til en matrise der de numeriske verdiene (lysstyrken) til enkeltpiksler rapporteres; en av de inverterbare transformasjonene nevnt ovenfor brukes på denne matrisen . Noen av transformasjonskoeffisientene er modifisert, noe som resulterer i innsetting av vannmerket. Til slutt, ved å bruke den inverse transformasjonen, komponeres en matrise på nytt, og derfor et bilde, lik det originale, som imidlertid merket er påført. Til slutt kan hybridteknikker brukes, det vil si teknikker som, mens de utnytter matematiske transformasjoner, ikke mangler romlig tilpasningsevne. Disse teknikkene er svært effektive for å tilpasse vannmerkeinnsettingsnivået til det lokale bildeinnholdet. På den annen side forårsaker denne egenskapen følsomhet for bildeoversettelse og skalering.

NEC-metoden

NEC-metoden er utviklet av Cox, Kilian, Leighton og Shamoon og ser ut til å være den som foreløpig gir flest garantier fra et synspunkt tett knyttet til robusthet. Spesielt bekrefter forfatterne at for å garantere robustheten til ethvert vannmerkeskjema, må man nødvendigvis handle på de perseptuelt mest betydningsfulle komponentene. Denne tilnærmingen ser ut til å motsi det grunnleggende behovet for kun å forholde seg til umerkelige merker. I virkeligheten er det bare et spørsmål om å finne den rette balansen mellom de to behovene ved å utnytte, i dette spesifikke tilfellet, noen egenskaper ved spekteret til det aktuelle digitale signalet. Denne teknikken er robust og sikker med hensyn til de vanligste signalbehandlingsoperasjonene, geometriske forvrengninger og til og med noen mer sofistikerte tilsiktede angrep.

NEC-metoden er en del av det som kalles teknikker basert på transformasjoner, faktisk krever den bruk av den diskrete transformasjonen av cosinus og dens inverse. Den er delt inn i tre deler, som behandles i de neste avsnittene.

Innsetting

Vannmerket er en sekvens av N pseudorandomtall med en N (0,1) fordeling, dvs. en normalfordeling med null gjennomsnitt og varians på én.

For å sette inn vannmerket riktig, beregnes den diskrete transformasjonen av cosinus til bildet som skal merkes, og de N høyeste koeffisientene i absolutt verdi (som tilsvarer lave frekvenser) vurderes, unntatt den første for ikke å endre seg for mye og derfor , synlig bildekvaliteten. Til slutt brukes en av følgende metoder:

hvor er frekvensene til det originale bildet som vannmerket må settes inn på ; dette er de nye frekvensene som oppnås etter innsettingen av merket, og det er en parameter som må ta hensyn til både robustheten og synligheten til vannmerket.

Den første og andre metoden er kun inverterbare hvis , mens den andre alltid er det, men det er ikke hensiktsmessig hvis de varierer mye.

Generelt vil det være mulig å gi en spesifikk annonseverdi for hver frekvens for å forbedre motstanden mot angrep, og dermed modifisere de ulike metodene:

men eksperimentelle tester har vist at en verdi på 0,1 egner seg godt til forskjellige bilder og frekvenser.

Valget av lengden N på vannmerket er underlagt følgende regel: jo høyere denne verdien, desto større er styrken til merket, men følgelig, jo større er synlighet.

Eksperimentelle tester sikret at for en verdi på 0,1 kan en god verdi for N være 1000.

Uttrekksfunksjonen

For å trekke ut vannmerket må den diskrete cosinustransformasjonen først påføres originalbildet (dvs. det uten merket) og bildet som skal testes; så trekkes de N store frekvensene ut i absolutt verdi med unntak av den første; til slutt trekkes vannmerket ut ved å bruke en av følgende inverse formler:

avhengig av metoden som vannmerket ble satt inn på.

På denne måten oppnås et vannmerke som må sammenlignes med det originale, for å fastslå likheten.

Sammenligningsfunksjonen

Vannmerket som opprinnelig ble satt inn i et bilde, vil aldri være nøyaktig det samme som det ekstraherte, på grunn av tilnærmingene i beregningen av den direkte og inverse cosinustransformasjonen og de mulige angrepene bildet utsettes for.

Derfor er det nødvendig å introdusere en funksjon som lar deg beregne hvor like to vannmerker er, for å vurdere hvor sannsynlig de to bildene har samme merke, om enn endret.

Denne funksjonen er som følger:

Funksjonen returnerer en verdi som tilsvarer likhetsindeksen til de to vannmerkene. Det kan vises at hvis de to vannmerkene ikke er uavhengige, er det bildet som W ' ble hentet fra, nesten helt sikkert blitt merket med W.

Merknader

  1. ^ elektronisk vannmerke , i Lexicon of the XXI århundre , Institute of the Italian Encyclopedia, 2012-2013.

Bibliografi

Relaterte elementer

Eksterne lenker