Цифровые водяные знаки

Изображение с водяными знаками ( Фото автора ... )

Цифровой водяной знак является своего рода маркером скрытно встроенный в шум-толерантного сигнала , такие как аудио, видео или изображения данных. Обычно он используется для идентификации владельца авторских прав на такой сигнал. «Водяной знак» - это процесс сокрытия цифровой информации в сигнале-носителе ; скрытая информация должна ^[1], но не обязательно, содержать отношение к несущему сигналу. Цифровые водяные знаки могут использоваться для проверки подлинности или целостности сигнала несущей или для идентификации его владельцев. Он широко используется для отслеживания нарушений авторских прав и для аутентификации банкнот .

Пример наложения водяного знака на изображение; логотип Википедии можно увидеть по центру, чтобы представить владельца.

Как и традиционные физические водяные знаки , цифровые водяные знаки часто становятся заметными только при определенных условиях, например, после использования некоторого алгоритма. ^[2] Если цифровой водяной знак искажает несущий сигнал таким образом, что он становится легко воспринимаемым, он может считаться менее эффективным в зависимости от его назначения. ^[2] Традиционные водяные знаки могут применяться к видимым носителям (например, изображениям или видео), тогда как в цифровых водяных знаках сигналом могут быть аудио, изображения, видео, тексты или 3D-модели. Сигнал может содержать несколько разных водяных знаков одновременно. В отличие от метаданных, которые добавляются к сигналу несущей, цифровой водяной знак не изменяет размер сигнала несущей.

Необходимые свойства цифрового водяного знака зависят от варианта использования, в котором он применяется. Для маркировки мультимедийных файлов информацией об авторских правах цифровой водяной знак должен быть достаточно устойчивым к изменениям, которые могут быть применены к несущему сигналу. Вместо этого, если необходимо обеспечить целостность, будет нанесен хрупкий водяной знак.

И стеганография, и цифровые водяные знаки используют стеганографические методы для скрытого встраивания данных в зашумленные сигналы. В то время как стеганография нацелена на незаметность для человеческих чувств, цифровые водяные знаки пытаются контролировать надежность как главный приоритет.

Поскольку цифровая копия данных такая же, как и оригинал, использование цифровых водяных знаков является средством пассивной защиты. Он просто отмечает данные, но не ухудшает их качество и не контролирует доступ к данным.

Одним из применений цифровых водяных знаков является отслеживание источников . Водяной знак встраивается в цифровой сигнал в каждой точке распространения. Если копия произведения будет найдена позже, то водяной знак может быть извлечен из копии, и источник распространения известен. Сообщается, что этот метод использовался для обнаружения источника незаконно скопированных фильмов.

История [ править ]

Термин «цифровой водяной знак» был придуман Эндрю Тиркелем и Чарльзом Осборном в декабре 1992 года. Первое успешное внедрение и извлечение стеганографического водяного знака с расширенным спектром было продемонстрировано в 1993 году Эндрю Тиркелем, Чарльзом Осборном и Джерардом Рэнкином. ^[3]

Водяные знаки - это опознавательные знаки, получаемые в процессе изготовления бумаги. Первые водяные знаки появились в Италии в 13 веке, но их использование быстро распространилось по Европе. Они использовались как средство идентификации производителя бумаги или торговой гильдии, производившей бумагу. Следы часто создавались проволокой, пришитой к бумажной форме. Водяные знаки продолжают использоваться сегодня в качестве знаков производителя и для предотвращения подделки.

Приложения [ править ]

Цифровые водяные знаки могут использоваться для широкого спектра приложений, таких как:

Защита авторских прав
Отслеживание источника (разные получатели получают контент с разными водяными знаками)
Мониторинг трансляций (телевизионные новости часто содержат видео с водяными знаками от международных агентств)
Видео аутентификация
Программное обеспечение парализует на Screencasting и видео программное обеспечение для редактирования программ, чтобы побудить пользователей приобрести полную версию , чтобы удалить его.
Безопасность ID карты
Обнаружение мошенничества и взлома.
Управление контентом в социальных сетях ^[4]

Фазы жизненного цикла цифровых водяных знаков [ править ]

Общие этапы жизненного цикла цифровых водяных знаков с функциями внедрения, атаки, обнаружения и извлечения

Информация, которая должна быть встроена в сигнал, называется цифровым водяным знаком, хотя в некоторых контекстах фраза цифровой водяной знак означает разницу между сигналом с водяным знаком и сигналом обложки. Сигнал, в который должен быть встроен водяной знак, называется хост- сигналом. Система водяных знаков обычно делится на три отдельных этапа: внедрение, атака и обнаружение. При внедрении алгоритм принимает хост и данные для встраивания и выдает сигнал с водяным знаком.

Затем цифровой сигнал с водяными знаками передается или сохраняется, обычно передается другому человеку. Если этот человек вносит изменения, это называется атакой . Хотя модификация не может быть злонамеренной, термин «атака» связан с приложением защиты авторских прав, когда третьи стороны могут попытаться удалить цифровой водяной знак путем модификации. Существует множество возможных модификаций, например, сжатие данных с потерями (при котором уменьшается разрешение), обрезка изображения или видео или намеренное добавление шума.

Обнаружение (часто называемое извлечением) - это алгоритм, который применяется к атакуемому сигналу, чтобы попытаться извлечь из него водяной знак. Если сигнал не был изменен во время передачи, значит, водяной знак все еще присутствует, и его можно извлечь. В надежных приложениях для создания цифровых водяных знаков алгоритм извлечения должен иметь возможность правильно создавать водяные знаки, даже если модификации были сильными. При использовании хрупких цифровых водяных знаков алгоритм извлечения должен дать сбой, если в сигнал внесены какие-либо изменения.

Классификация [ править ]

Цифровой водяной знак называется устойчивым к преобразованиям, если встроенная информация может быть надежно обнаружена из помеченного сигнала, даже если она ухудшена любым количеством преобразований. Типичные ухудшения качества изображения - это сжатие JPEG, поворот, обрезка, аддитивный шум и квантование . Для видеоконтента к этому списку часто добавляются временные модификации и сжатие MPEG. Цифровой водяной знак называется незаметным, если контент с водяными знаками по восприятию эквивалентен исходному контенту без водяных знаков. ^[5] В общем, легко создать либо надежные водяные знаки - либо - незаметные водяные знаки, но создание как надежных - так и- незаметные водяные знаки оказались довольно сложной задачей. ^[1] Надежные незаметные водяные знаки были предложены в качестве инструмента для защиты цифрового контента, например, в качестве встроенного флага запрета копирования в профессиональном видеоконтенте. ^[6]

Методы нанесения цифровых водяных знаков можно классифицировать по-разному.

Надежность [ править ]

Цифровой водяной знак называется «хрупким», если его невозможно обнаружить после малейшего изменения. Хрупкие водяные знаки обычно используются для обнаружения несанкционированного доступа (проверка целостности). Изменения оригинальной работы, которые явно заметны, обычно называют не водяными знаками, а обобщенными штрих-кодами .

Цифровой водяной знак называется полухрупким, если он сопротивляется доброкачественным преобразованиям, но не может быть обнаружен после злокачественных преобразований. Полухрупкие водяные знаки обычно используются для обнаружения злокачественных превращений.

Цифровой водяной знак называется надежным, если он сопротивляется определенному классу преобразований. Надежные водяные знаки могут использоваться в приложениях защиты от копирования для передачи информации о копировании, но не для контроля доступа.

Восприимчивость [ править ]

Цифровой водяной знак называется незаметным, если исходный сигнал покрытия и отмеченный сигнал неотличимы с точки зрения восприятия.

Цифровой водяной знак называется заметным, если его присутствие в отмеченном сигнале заметно (например, цифровая экранная графика, такая как сетевой логотип, ошибка содержимого, коды, непрозрачные изображения). На видео и изображениях некоторые из них сделаны прозрачными / полупрозрачными для удобства потребителей из-за того, что они блокируют часть просмотра; поэтому унижая его.

Его не следует путать с перцептивным , то есть водяным знаком, который использует ограничения человеческого восприятия, чтобы быть незаметным.

Вместимость [ править ]

Длина встроенного сообщения определяет два различных основных класса схем цифровых водяных знаков:

Сообщение концептуально имеет длину ноль битов, и система разработана для обнаружения наличия или отсутствия водяного знака в отмеченном объекте. Этот вид схемы водяных знаков обычно называется схемами водяных знаков с нулевым битом или присутствием .
Сообщение представляет собой поток н-битовую длиной , с или и модулируется водяной знак. Эти виды схем обычно называются схемами многобитовых водяных знаков или ненулевых водяных знаков. ${\ displaystyle \ left (m = m_ {1} \ ldots m_ {n}, \; n \ in \ mathbb {N} \ right.}$ ${\ Displaystyle \ left.n = | м | \ вправо)}$ ${\ Displaystyle М = \ {0,1 \} ^ {п}}$

Метод встраивания [ править ]

Метод нанесения цифровых водяных знаков называется расширенным спектром, если отмеченный сигнал получен посредством аддитивной модификации. Водяные знаки с расширенным спектром, как известно, довольно надежны, но также имеют низкую информационную емкость из-за помех хоста .

Говорят, что метод нанесения цифровых водяных знаков относится к типу квантования, если отмеченный сигнал получен посредством квантования. Водяные знаки квантования страдают низкой надежностью, но обладают высокой информационной емкостью из-за подавления помех хоста.

Метод цифрового водяного знака называется амплитудной модуляцией, если помеченный сигнал внедряется посредством аддитивной модификации, которая аналогична методу расширенного спектра, но, в частности, внедряется в пространственную область.

Оценка и сравнительный анализ [ править ]

Оценка схем цифровых водяных знаков может предоставить подробную информацию для разработчика водяных знаков или для конечных пользователей, поэтому существуют разные стратегии оценки. Дизайнер водяных знаков часто использует оценку отдельных свойств, чтобы показать, например, улучшение. В большинстве случаев конечных пользователей не интересует подробная информация. Они хотят знать, можно ли использовать данный алгоритм цифровых водяных знаков для сценария их применения, и если да, то какие наборы параметров кажутся лучшими.

Камеры [ править ]

Epson и Kodak выпустили камеры с функциями безопасности, такие как Epson PhotoPC 3000Z и Kodak DC-290. Обе камеры добавили несъемные элементы к изображениям, которые искажали исходное изображение, что делало их неприемлемыми для некоторых приложений, таких как судебная экспертиза в суде. По словам Блайта и Фридриха, «любая камера может предоставить неоспоримое доказательство происхождения изображения или его автора». ^[7] Безопасная цифровая камера (SDC) была предложена Сараджу Моханти и др. в 2003 г. и опубликовано в январе 2004 г. Это было не в первый раз. ^[8] Блайт и Фридрих также работали над SDC в 2004 году ^[7] для цифровой камеры.который будет использовать водяные знаки без потерь для встраивания биометрического идентификатора вместе с криптографическим хешем . ^[9]

Обратимое скрытие данных [ править ]

Обратимое сокрытие данных - это метод, который позволяет аутентифицировать изображения и затем восстанавливать их исходную форму путем удаления цифрового водяного знака и замены данных изображения, которые были перезаписаны. Это сделает изображения приемлемыми для юридических целей. Армия США также заинтересована в этом методе аутентификации разведывательных изображений. ^[10]^[11]

Водяные знаки для реляционных баз данных [ править ]

Цифровые водяные знаки для реляционных баз данных стали подходящим решением для защиты авторских прав, обнаружения несанкционированного доступа, отслеживания предателей и поддержания целостности реляционных данных. Для решения этих задач в литературе было предложено много методов нанесения водяных знаков. Обзор текущего состояния и классификация различных методов в соответствии с их назначением, способом выражения водяного знака, типом обложки, уровнем детализации и проверяемостью были опубликованы в 2010 году Halder et al. в Журнале универсальных компьютерных наук . ^[12]

См. Также [ править ]

Обнаружение водяных знаков аудио
Закодированное антипиратство
Копировать атаку
Созвездие EURion
Распознавание образов (роман)
Стеганография
Поиск предателей
Водяной знак (файл данных)
Звуковой водяной знак
Цифровая экранная графика
Автоматическое распознавание контента

Ссылки [ править ]

^ a b Ингемар Дж. Кокс: Цифровые водяные знаки и стеганография . Морган Кауфманн, Берлингтон, Массачусетс, США, 2008 г.
^ a b Фрэнк Ю. Ши: Цифровые водяные знаки и стеганография: основы и методы . Тейлор и Фрэнсис, Бока-Ратон, Флорида, США, 2008 г.
^ AZTirkel, Г. А. Rankin, Р. Ван Schyndel, WJHo, NRAMee, CFOsborne. «Электронный водяной знак». DICTA 93, Университет Маккуори. стр.666-673
^ Zigomitros, Афанасий; Папагеоргиу, Ахиллеас; Патсакис, Константинос (2012). «Управление контентом социальных сетей с помощью водяных знаков». 2012 IEEE 11-я Международная конференция по доверию, безопасности и конфиденциальности в вычислениях и коммуникациях . IEEE. С. 1381–1386. DOI : 10,1109 / TrustCom.2012.264 . ISBN 978-1-4673-2172-3. S2CID 17845019 .
^ Хан, Asifullah; Мирза, Анвар М. (октябрь 2007 г.). «Генетическое формирование восприятия: использование изображения обложки и информации о возможной атаке во время встраивания водяных знаков». Информационный фьюжн . 8 (4): 354–365. CiteSeerX 10.1.1.708.9509 . DOI : 10.1016 / j.inffus.2005.09.007 . ISSN 1566-2535 .
^ "Домашняя страница CPTWG" . cptwg.org . Архивировано 23 февраля 2008 года.
^ a b БЛАЙТ, Павел; ФРИДРИХ, Джессика (август 2004 г.). «Защищенная цифровая камера» (PDF) . Семинар по цифровой криминалистике : 11–13. Архивировано (PDF) из оригинала 10.06.2010 . Проверено 23 июля 2018 года .
^ Моханти, Сараджу П .; Ранганатан, Нагараджан; Намбалла, Рави К. (2004). «Реализация видимых водяных знаков на СБИС для безопасного проектирования цифровых фотоаппаратов» (PDF) . 17-я Международная конференция по проектированию СБИС. Ход работы . IEEE. С. 1063–1068. DOI : 10.1109 / ICVD.2004.1261070 . ISBN 0-7695-2072-3. S2CID 1821349 . Архивировано 4 марта 2016 года из оригинального (PDF) .
^ Тошиказу Вада; Фэй Хуанг (2009 г.), «Достижения в области технологий изображения и видео» , конспект лекций по информатике , 5414 : 340–341, Bibcode : 2008LNCS.5414 ..... W , doi : 10.1007 / 978-3-540-92957 -4 , ISBN 978-3-540-92956-7
^ Unretouched человеческой рукой , The Economist, 12 декабря 2002
^ "Без ретуши рукой человека" . Technology Quarterly . Экономист. 12 декабря, 2002. Архивировано из оригинала на 2009-08-04 . Проверено 4 августа 2009 года .
^ Гальдер, Раджу; Пал, Шантану; Кортеси, Агостино (2010). «Методы нанесения водяных знаков для реляционных баз данных: обзор, классификация и сравнение». Журнал универсальных компьютерных наук . 16 (21): 3164–3190. CiteSeerX 10.1.1.368.1075 .

Дальнейшее чтение [ править ]

Отчет ECRYPT: инструменты тестирования аудио и стеганализ
Отчет ECRYPT: Тестирование водяных знаков
Яна Диттманн, Дэвид Мегиас, Андреас Ланг, Хорди Эррера-Жоанкомарти; Теоретическая основа для практической оценки и сравнения схем звуковых водяных знаков в треугольнике надежности, прозрачности и емкости ; В: Транзакция по сокрытию данных и безопасности мультимедиа I; Springer LNCS 4300; Редактор Юн К. Ши; стр. 1–40; ISBN 978-3-540-49071-5 , 2006 PDF
Смирнов, М.В. (1 июня 2005 г.). «Голографический подход к встраиванию скрытых водяных знаков в фотографическое изображение». Журнал оптических технологий . 72 (6): 464–484. Bibcode : 2005JOptT..72..464S . DOI : 10,1364 / JOT.72.000464 . ISSN 1070-9762 .
Патрик Бас, Тедди Фурон, Франсуа Кайр, Гвенаэль Дорр, Бенджамин Матон, «Безопасность водяных знаков, основы, безопасные конструкции и атаки», Springer Briefs in Electrical and Computer Engineering, 2016, ISBN 978-9811005053

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме цифровых водяных знаков .

Пакетный водяной знак
Альянс цифровых водяных знаков
Исследования цифровых водяных знаков и сокрытия данных на forensics.nl
Домашняя страница сокрытия информации, автор Фабьен Петитколас
Надежные водяные знаки сетки
Технология PhotoWaterMark: голографический подход
Лекция по водяным знакам

[Cox-1] Ингемар Дж. Кокс: Цифровые водяные знаки и стеганография . Морган Кауфманн, Берлингтон, Массачусетс, США, 2008 г.

[Shih-2] Фрэнк Ю. Ши: Цифровые водяные знаки и стеганография: основы и методы . Тейлор и Фрэнсис, Бока-Ратон, Флорида, США, 2008 г.

[3] AZTirkel, Г. А. Rankin, Р. Ван Schyndel, WJHo, NRAMee, CFOsborne. «Электронный водяной знак». DICTA 93, Университет Маккуори. стр.666-673

[ZigomitrosPapageorgiou2012-4] Zigomitros, Афанасий; Папагеоргиу, Ахиллеас; Патсакис, Константинос (2012). «Управление контентом социальных сетей с помощью водяных знаков». 2012 IEEE 11-я Международная конференция по доверию, безопасности и конфиденциальности в вычислениях и коммуникациях . IEEE. С. 1381–1386. DOI : 10,1109 / TrustCom.2012.264 . ISBN 978-1-4673-2172-3. S2CID 17845019 .

[KhanMirza2007-5] Хан, Asifullah; Мирза, Анвар М. (октябрь 2007 г.). «Генетическое формирование восприятия: использование изображения обложки и информации о возможной атаке во время встраивания водяных знаков». Информационный фьюжн . 8 (4): 354–365. CiteSeerX 10.1.1.708.9509 . DOI : 10.1016 / j.inffus.2005.09.007 . ISSN 1566-2535 .

[6] "Домашняя страница CPTWG" . cptwg.org . Архивировано 23 февраля 2008 года.

[SDC-7] БЛАЙТ, Павел; ФРИДРИХ, Джессика (август 2004 г.). «Защищенная цифровая камера» (PDF) . Семинар по цифровой криминалистике : 11–13. Архивировано (PDF) из оригинала 10.06.2010 . Проверено 23 июля 2018 года .

[MohantyRanganathan2004-8] Моханти, Сараджу П .; Ранганатан, Нагараджан; Намбалла, Рави К. (2004). «Реализация видимых водяных знаков на СБИС для безопасного проектирования цифровых фотоаппаратов» (PDF) . 17-я Международная конференция по проектированию СБИС. Ход работы . IEEE. С. 1063–1068. DOI : 10.1109 / ICVD.2004.1261070 . ISBN 0-7695-2072-3. S2CID 1821349 . Архивировано 4 марта 2016 года из оригинального (PDF) .

[AIVT-9] Тошиказу Вада; Фэй Хуанг (2009 г.), «Достижения в области технологий изображения и видео» , конспект лекций по информатике , 5414 : 340–341, Bibcode : 2008LNCS.5414 ..... W , doi : 10.1007 / 978-3-540-92957 -4 , ISBN 978-3-540-92956-7

[Uhh-10] Unretouched человеческой рукой , The Economist, 12 декабря 2002

[11] "Без ретуши рукой человека" . Technology Quarterly . Экономист. 12 декабря, 2002. Архивировано из оригинала на 2009-08-04 . Проверено 4 августа 2009 года .

[Halder-12] Гальдер, Раджу; Пал, Шантану; Кортеси, Агостино (2010). «Методы нанесения водяных знаков для реляционных баз данных: обзор, классификация и сравнение». Журнал универсальных компьютерных наук . 16 (21): 3164–3190. CiteSeerX 10.1.1.368.1075 .

[1],