Filigran (IT)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Un exemplu de filigran pe o imagine digitală

Termenul de filigran (derivat din limba engleză ), în informatică , se referă la includerea informațiilor într-un fișier multimedia sau de altă natură, care pot fi ulterior detectate sau extrase pentru a obține informații despre originea și proveniența sa. Astfel de indicații lasă documentul marcat permanent

În italiană poate fi tradus ca filigran electronic ; [1] Întrucât termenul englezesc filigran înseamnă inițial filigran , în domeniul IT în limba engleză forma extinsă filigran digital este în general folosit pentru a însemna același termen.

Caracteristici și utilizare

Informațiile pot fi evidente pentru utilizatorul fișierului (de exemplu, în cazul unei indicații privind drepturile de autor suprapuse unei imagini digitale ) sau latente (ascunse în interiorul fișierului); în acest din urmă caz, filigranul poate fi considerat o formă de steganografie .

Tehnica de filigranare digitală poate fi utilizată în diferite scopuri: pentru a clarifica tuturor utilizatorilor cine este proprietarul documentului, dacă marca este vizibilă; dovedesc originalitatea unui document nefalsificat; evita distribuirea copiilor neautorizate; marcați caracteristicile specifice ale documentului sau marcați calea de vânzare a documentului, utilizând o marcă diferită pentru fiecare cumpărător.

Clasificare

Filigranele pot fi clasificate în funcție de unele dintre proprietățile lor, care depind de scopul cu care au fost inserate în document.

Filigranele pot fi private sau publice, adică vizibile pentru toți utilizatorii unui fișier . Cele care pot fi extrase numai atunci când conținutul lor este cunoscut în prealabil și documentul original nemarcat sunt cunoscute ca private; public cele detectabile chiar dacă conținutul nu este cunoscut, fără ajutorul documentului original. În cazul filigranelor publice, este mai ușor să identificați și să modificați (sau să eliminați) marca, dar în multe contexte acestea sunt mai utile, deoarece permit oricui să identifice proprietarul documentului.

Un filigran poate fi vizibil sau invizibil: adică, în primul caz, este utilizat pentru a codifica informații care trebuie făcute publice utilizatorului final; în al doilea caz, în schimb, este tocmai acele contexte în care proprietarul legitim dorește să garanteze drepturile de autor , ascunzând astfel marca comercială în document. În practică, copia marcată este aproape identică cu originalul, cu excepția unor diferențe care nu pot fi detectate de percepțiile umane.

Filigranele pot fi caracterizate prin rezistența lor la atac: un filigran fragil poate fi ușor atacat, distrus și făcut nerecunoscut de aproape orice tip de manipulare a datelor. Este conceput pentru acele aplicații în care doriți să știți dacă anumite informații au fost modificate în trecerea de la creator la utilizator; caz în care filigranul nu trebuie să fie detectabil sau, în orice caz, trebuie să prezinte modificări. Un filigran semi-fragil suferă aceeași soartă ca unul fragil dacă modificările cauzate sunt mai mari decât un anumit prag definit de utilizator. În cele din urmă, un filigran robust trebuie să reziste la cele mai frecvente operațiuni și transformări de date, deoarece este utilizat atunci când proprietatea documentului trebuie dovedită sau garantată. Informațiile pe care le transportă nu trebuie să se piardă și trebuie să poată fi recuperate, chiar dacă documentul a fost modificat. Mai mult, tindem să considerăm că un filigran este robust atunci când este capabil să reziste chiar și atacurilor intenționate care au ca scop eliminarea acestuia.

Filigranele sunt orb dacă documentul original nu este necesar pentru a verifica prezența lor; nu orbi altfel. În general, filigranele nevăzătoare sunt mai robuste, dar nu este întotdeauna posibil să aveți originalul disponibil; în plus, doar proprietarul poate dovedi prezența mărcii.

Proprietate

Filigranele pot fi utilizate în scopuri diferite și, prin urmare, trebuie să satisfacă nevoi specifice. Cu toate acestea, există câteva caracteristici comune tuturor filigranelor:

  • proprietarul de drept sau o autoritate independentă de supraveghere trebuie să poată extrage cu ușurință informațiile despre filigran;
  • recuperarea filigranului trebuie să dovedească fără echivoc identitatea proprietarului;
  • trebuie să fie posibilă suprapunerea mai multor filigrane asupra documentului, fără ca cele anterioare să fie distruse;
  • filigranul trebuie introdus în interiorul semnalului pentru a fi protejat pentru o mai mare securitate și portabilitate.

Pentru a îndeplini toate aceste cerințe, filigranele trebuie să fie:

  • Invizibil: inserarea unui semnal de filigran implică în mod necesar o ușoară degradare a imaginii; această degradare trebuie să fie cât mai ușoară posibil pentru a nu modifica percepția documentului. Gradul de modificare trebuie decis de către proprietarul documentului, care poate alege între modificări puternice, care oferă o garanție de robustețe a oricărui atac și alterări slabe, care nu degradează produsul.
  • Key-codificate: fiecare semnal filigran este asociat cu o anumită secvență de biți numit o cheie. Cheia este utilizată atât pentru a produce semnalul de filigran, cât și pentru a-l recunoaște într-un document. Cheia este privată și caracterizează în mod unic proprietarul legitim al documentului. Doar cei care dețin cheia (proprietarul sau o entitate autorizată) pot demonstra prezența filigranului în produsul digital. Numărul de chei posibile trebuie să fie enorm.
  • Eficient din punct de vedere statistic: un document semnat cu un semnal de filigran trebuie să fie ușor de recunoscut dacă cunoașteți cheia potrivită. Probabilitatea ca cheia (în faza de recunoaștere) să fie respinsă, chiar dacă este corectă, trebuie să fie suficient de scăzută.
  • Invizibil statistic: având un număr mare de documente digitale, toate semnate cu aceeași cheie, nu trebuie să facă semnătura recunoscută (și, prin urmare, eliminabilă). Produse diferite semnate cu aceeași cheie trebuie să genereze semnale de filigran diferite. Trebuie să fim siguri că recunoașterea cheii în cadrul imaginii de către terți este imposibilă.
  • Multiplu: trebuie să fie posibil să se introducă un număr mare de semnale filigran în același document; fiecare dintre aceste semnale poate fi recunoscut de tasta corespunzătoare.
  • Robust: se pot efectua numeroase operații pe documente digitale pentru a le îmbunătăți calitatea sau pentru a le comprima dimensiunea. Semnalele filigranului trebuie să fie astfel încât să nu fie eliminate prin acest tip de operație și nici prin operațiuni care vizează modificarea sau anularea mărcii în sine.
  • Inversibil: Proprietarul legitim al documentului trebuie să poată elimina filigranul. În realitate, această proprietate nu poate fi obținută dacă trebuie garantate robustețea și rezistența la agresiune.

În unele cazuri, inversibilitatea înseamnă posibilitatea de a genera un filigran fals și un document original fals care este același cu cel real. În acest fel, prin inserarea filigranului fals, se obține un document care este perfect egal (invertibilitate) sau doar perceptibil egal (aproape inversabil) cu cel real. S-a arătat că, dacă filigranul digital trebuie să devină dovada irefutabilă pentru aplicarea drepturilor de autor , atunci mărcile comerciale trebuie să fie neinversibile sau aproape neinversibile.

Filigran în imagini statice

Orice schemă de filigranare este creată prin implementarea a doi algoritmi foarte specifici: unul pentru codificarea mărcii, care ia imaginea originală ca intrare și produce imaginea corespunzătoare marcată corespunzător și marca reală; cealaltă decodificare care, luată ca intrare imaginea marcată și imaginea originală (dacă filigranul nu este orb), returnează marca asociată.

Așa cum am subliniat deja, adăugarea unui filigran la imagine poate fi văzută ca inserarea unei componente de zgomot în imagine în sine.

Noi numim V imaginea originală, filigranul de inserat (care ar putea depinde de V) e imaginea de marcă.

poate fi obținut de la V și W prin intermediul unei funcții de codare E adecvate:

Funcția de decodare D (în cazul unui filigran orb) dorește ca intrare o imagine marcată și returnează filigranul W ':

În timp ce dacă filigranul nu este orb, schema trebuie modificată după cum urmează:

Filigranele W și W 'nu sunt neapărat identice, deoarece imaginea poate fi modificată între etapa de codificare și decodare. Prin urmare, este necesară o funcție de comparație care vă permite să stabiliți dacă cele două filigrane se potrivesc:

  • de sine , W și W 'meci,
  • în caz contrar, W și W 'nu se potrivesc

unde este este o valoare de prag stabilită corespunzător.

În general, pentru a codifica un filigran, alegeți câteva caracteristici particulare ale imaginii, numite , la care se aplică un operator de inserare :

unde este sunt caracteristicile imaginii cu filigran.

Filigranul este decodat cu un operator de extragere , inversă celei anterioare, astfel încât:

unde este este filigranul extras.

În cazul tehnicilor din domeniul spațial (după domeniu spațial intenționăm să luăm în considerare pixelii unici în poziția în care se găsesc în interiorul imaginii) caracteristicile F sunt valorile pixelilor imaginii; în timp ce în cazul tehnicilor de pe transformate, acestea sunt valorile coeficienților unei transformări de domeniu de imagine.

Setul F este ales astfel încât micile modificări ale fiecărei caracteristici să nu înrăutățească semnificativ imaginea (filigranul poate fi inserat fără deteriorarea vizibilă a imaginii) și ca fiecare caracteristică să nu se modifice semnificativ decât dacă imaginea a fost modificată într-un mod perceptibil ( filigranul trebuie să poată fi decodat fără ambiguitate).

Atacuri

Sub denumirea de atacuri sunt incluse toate operațiunile pe imagini care pot slăbi sau elimina complet un filigran introdus anterior, indiferent dacă sunt intenționate sau nu, dar, de asemenea, împiedică funcționarea corectă a fazei de detectare.

Compresia cu pierderi , considerând în practică standardul JPEG , este una dintre modificările care se aplică cel mai frecvent unei imagini înainte de a o distribui în rețea. Compresia singură nu este, în general, un atac periculos; de fapt, toate metodele sunt testate pe imagini JPEG. Numeroase metode de filigranare operează în domeniul DCT ( transformare discretă a cosinusului ) tocmai pentru a avea o robustețe ridicată la acest tip de compresie. În general, eliminarea unui semn numai prin compresie ar trebui să scadă la un nivel inacceptabil de epuizare.

O mare familie de modificări este cea a modificărilor geometrice. Include modificări globale, cum ar fi rotația , decuparea (ștergerea unei părți a unei imagini), scalarea și modificările locale, cum ar fi ștergerea liniilor sau coloanelor. Metodele din domeniul spațial sunt cele mai fragile față de atacurile geometrice; în special, combinațiile de rotație a unghiurilor mici combinate cu decuparea, modificarea neuniformă a scării și eliminarea unui anumit număr de rânduri sau coloane sunt suficiente pentru a face imposibilă detectarea marcajului, fără a introduce o deteriorare perceptibilă a calității . Împotriva schimbărilor geometrice globale acționăm prin reproducerea filigranului pe întreaga imagine.

Apoi, există toate filtrele și efectele care pot fi aplicate printr-un număr mare de aplicații grafice. Un alt atac este adăugarea unui zgomot pseudo-aleatoriu, aditiv sau multiplicativ.

Atacurile statistice necesită să aveți două sau mai multe copii ale aceleiași imagini marcate cu mărci diferite, apoi încercați să obțineți o copie care nu mai este protejată prin medierea copiilor sau prin asamblarea pieselor fiecăruia. În cele din urmă, dacă algoritmul nu prevede posibilitatea de a introduce mai mult de un filigran, suprapunerea forțată a altor mărci poate împiedica decodorul să detecteze corect prezența mărcii potrivite.

O clasificare a atacurilor este posibilă și din punctul de vedere al scopului lor:

  • Atacurile simple includ toate filtrele și manipulările aplicate prin programe grafice normale, dar și compresia cu pierderi sau modificările geometrice ale globalității imaginii marcate. Caracterul distinctiv al acestor atacuri este că nu au ca scop izolarea și identificarea filigranului, ci doar deteriorarea acestuia și, prin urmare, prevenirea detectării acestuia;
  • atacuri de detectare-dezactivare, care includ modificări geometrice locale. Atacurile de acest tip au caracteristica distinctă de a nu căuta atât eliminarea completă a mărcii comerciale, cât și de a împiedica funcționarea corectă a procedurii de detectare; de fapt, filigranul nu este eliminat și poate fi detectat în continuare prin creșterea complexității algoritmului de detectare;
  • atacurile criptografice sunt atacuri similare celor cunoscute din criptografie și vizează căutarea exhaustivă a cheii;
  • atacuri care urmăresc să genereze ambiguitate și să anuleze utilitatea filigranului. De exemplu, este posibil să adăugați filigrane suplimentare la o imagine deja marcată, pentru a face neclar cine este proprietarul legitim;
  • atacurile care indică o eliminare eficientă a filigranului din imagine. În general, presupunem că filigranul este zgomotul adăugat imaginii și încercăm să îl eliminăm prin filtre și modele predictive.

Un falsificator, care dorește să transmită o anumită imagine ca a lui, își poate pune semnătura pe o imagine care a fost deja semnată.

În acest caz, se pare că atât proprietarul de drept, cât și contravenientul pot revendica dreptul de proprietate. Prin urmare, recunoașterea filigranului nu este suficientă pentru a stabili cine are dreptate. Pentru a rezolva disputa, se solicită atât imaginea originală, presupunând că este nesemnată, cât și semnătura fiecăruia este verificată cu originalul celeilalte. Semnătura proprietarului real va fi prezentă pe originalul fals, în timp ce semnătura impostorului nu va fi prezentă pe originalul real și va da un rezultat de semnătură falsă.

Cele mai frecvent utilizate tehnici pentru invalidarea dovezilor de proprietate sunt: ​​atacurile de tip SWICO și atacurile de tip TWICO.

În atacul SWICO, impostorul poate încerca să obțină un original fals extragând filigranul din imaginea semnată de proprietarul de drept și circulând o imagine filigranată cu semnătura ambelor. În acest fel, falsificatorul poate revendica și dreptul de proprietate folosind originalul fals. Pentru a rezista atacurilor SWICO, este suficient ca procesul de filigranare să nu fie reversibil.

În atacul TWICO, spre deosebire de atacul SWICO, pe lângă un original fals, două imagini cu filigran vor fi produse de contrafăcător, ambele cu o singură semnătură (originalul și cea falsă). Pentru a rezista atacurilor TWICO, filigranul trebuie să fie aproape ireversibil.

Tehnici de inserție

Un filigran poate fi inserat în interiorul unei imagini cu trei tehnici, dintre care vom vedea acum principalele caracteristici.

Domeniul spațial

Aceste tehnici modifică direct valorile pixelilor imaginii, pe baza codului care trebuie inclus. Există mai multe posibilități de implementare a acestei modificări:

  • numerele pseudorandom , care depind de o cheie generatoare, sunt adăugate sau scăzute din valorile pixelilor . Pentru a putea detecta filigranul trebuie să aveți cheia, asigurându-vă astfel că numai utilizatorii autorizați o pot extrage. Metoda este incapabilă să reziste atacurilor coluzive;
  • se modifică doar valorile unor pixeli alesi pseudorandom, la care se adaugă sau se scade o valoare în funcție de poziția lor. Metoda nu este deosebit de robustă, mai ales împotriva încercărilor de falsificare;
  • imaginea este împărțită în blocuri, de obicei de formă pătrată; unele dintre ele sunt alese într-un mod pseudorandom și modificarea are loc prin adăugarea sau scăderea unui anumit număr la valorile unor pixeli conținute în blocurile selectate. Metoda nu tolerează rotația și tăierea;
  • se renunță la cel mai puțin semnificativ pixeli aleși corespunzător. Metoda are mari probleme în cazul în care imaginea este tradusă sau redimensionată;
  • dacă imaginea este color, filigranul este inserat într-o anumită bandă de culoare, astfel încât să nu fie vizibilă în mod normal, dar face documentul inutilizabil dacă doriți să îl imprimați. Metoda are aceleași defecte ca și cea anterioară.

Transforma

Aceștia folosesc transformata discretă a cosinusului , transformarea undelor sau transformata Fourier, iar filigranul este încorporat în coeficienții de transformare.

Aceste tehnici funcționează urmând această schemă: imaginea este convertită într-o matrice în care sunt raportate valorile numerice (luminozitatea) pixelilor unici; una dintre transformările inversabile menționate mai sus se aplică acestei matrice . Unii dintre coeficienții de transformare sunt modificați, rezultând inserarea filigranului. În cele din urmă, prin aplicarea transformării inverse, se recompune o matrice și, prin urmare, o imagine, similară cu cea originală, căreia însă i s-a aplicat marca. În cele din urmă, pot fi aplicate tehnici hibride, adică tehnici care, în timp ce exploatează transformările matematice, nu duc lipsă de adaptabilitate spațială. Aceste tehnici sunt foarte eficiente în adaptarea nivelului de inserție a filigranului la conținutul imaginii locale. Pe de altă parte, această proprietate provoacă sensibilitate la traducerea și scalarea imaginilor.

Metoda NEC

Metoda NEC a fost dezvoltată de Cox, Kilian, Leighton și Shamoon și pare a fi cea care oferă în prezent cele mai multe garanții din punctul de vedere strâns legat de robustețe. În special, autorii afirmă că, pentru a garanta robustețea oricărei scheme de filigranare, trebuie să acționăm în mod necesar asupra componentelor cele mai semnificative din punct de vedere percepțional. Această abordare pare să contrazică nevoia fundamentală de a face față numai și exclusiv mărcilor imperceptibile. În realitate, este doar o problemă de a găsi echilibrul corect între cele două nevoi exploatând, în acest caz specific, unele proprietăți ale spectrului semnalului digital în cauză. Această tehnică este robustă și sigură în ceea ce privește cele mai frecvente operații de procesare a semnalului, distorsiuni geometrice și chiar unele atacuri intenționate mai sofisticate.

Metoda NEC face parte din ceea ce se numește tehnici bazate pe transformări, de fapt necesită utilizarea transformării discrete a cosinusului și a inversului său. Este împărțit în trei părți, care sunt tratate în paragrafele următoare.

Inserare

Filigranul este o secvență de N numere pseudorandom cu o distribuție N (0,1), adică o distribuție normală cu medie zero și varianță a unuia.

Pentru a insera corect filigranul, se calculează transformarea discretă a cosinusului imaginii de marcat și se iau în considerare cei mai mari N coeficienți în valoare absolută (care corespund frecvențelor joase), excluzându-l pe primul pentru a nu se modifica excesiv și, prin urmare, , vizibil calitatea imaginii. În cele din urmă, se aplică una dintre următoarele metode:

unde este sunt frecvențele imaginii originale pe care trebuie inserat filigranul ; sunt noile frecvențe obținute în urma inserării e este un parametru care trebuie să țină seama atât de robustețe, cât și de vizibilitatea filigranului.

Prima și a doua metodă sunt inversabile numai dacă , în timp ce acesta din urmă este întotdeauna, dar nu este potrivit dacă acestea variază foarte mult.

În general, ar fi posibil să se acorde o valoare specific pentru fiecare frecvență pentru a îmbunătăți rezistența la atacuri, modificând astfel diferitele metode:

dar testele experimentale au arătat că o valoare de egal cu 0,1 este potrivit pentru diferite imagini și frecvențe.

Alegerea lungimii filigranului N este supusă următoarei reguli: cu cât această valoare este mai mare, cu atât este mai mare puterea mărcii, dar, în consecință, cu atât este mai mare vizibilitatea.

Testele experimentale au asigurat că pentru o valoare de egală cu 0,1, o valoare bună pentru N poate fi 1000.

Funcția de extracție

Pentru a extrage filigranul, transformarea discretă a cosinusului trebuie aplicată mai întâi imaginii originale (adică celei fără marcaj) și imaginii de testat; apoi N frecvențele majore sunt extrase în valoare absolută cu excepția primei; în cele din urmă, filigranul este extras prin aplicarea uneia dintre următoarele formule inverse:

în funcție de metoda prin care s-a inserat filigranul.

În acest fel, se obține un filigran care trebuie comparat cu cel original, pentru a constata similitudinea acestuia.

Funcția de comparație

Filigranul introdus inițial într-o imagine nu va fi niciodată exact același cu cel extras, datorită aproximărilor în calculul transformatei cosinusului direct și invers și a posibilelor atacuri la care este supusă imaginea.

Așadar, trebuie să introducem o funcție care ne permite să calculăm cât de asemănătoare sunt cele două filigrane, pentru a evalua cât de probabil sunt cele două imagini aceeași marcă, deși modificate.

Această funcție este după cum urmează:

Functia returnează o valoare care corespunde indicelui de similitudine al celor două filigrane. Se poate arăta că dacă atunci cele două filigrane nu sunt independente, adică imaginea din care a fost extras W 'a fost aproape sigur marcată cu W.

Notă

  1. ^ filigran electronic , în Lexicon of the XXI century , Institute of the Italian Encyclopedia, 2012-2013.

Bibliografie

Elemente conexe

linkuri externe

Controlul autorității NDL ( EN , JA ) 00959020