Vodoznaky

Digital watermarking

Vymezení pojmu vodoznak

Vodoznak je metoda na ochránění digitálního díla před kopírováním (typicky obrázek, video, zvuk) zanesením nadbytečné informace přímo do digitálních dat, pomocí které je možné identifikovat skutečného autora.

Musí být nedílnou součástí obrazu, nikoliv metadata

Může být viditelný / neviditelný

Musí být odolné vůči manipulaci s daty (komprese, přeformátování, změna měřítka, rotace apod.) při ochraně integrity musí být naopak těmito operacemi vodoznaky porušeny

Aplikace

Autorská práva, ochrana proti kopírování (nuntá implementace na kopírovacích zařízeních)

Autentizace dat

Vyhledávání informací

Steganografie – záměrné skrytí informací do jiných dat (vizuálna kryptografia)

Základní principy a vlastnosti vodoznaků

Princip

Šifrování informací pomocí privátního a veřejného klíče (privátním klíčem zakódovat, pomocí veřejného klíče odkódovat)

Klasifikace

Viditelné – záměrně znehodnocují kvalitu dat volně distribuované snímky – označení autora, obtížně odstranitelné, vhodná kombinace s neviditelným vodoznakem (zabránění podvržení)

Neviditelné – uživatel jejich přítomnost ve sledovaném díle při běžném použití nerozpozná

Podle metody vložení

V časové oblasti (přímá aplikace v obraze)

Ve frekvenční oblasti (modifikace koef. DCT, FFT při kompresi, změně spektra apod.)

Typ vkládaných dat

Binární data

Obraz (logo)

Odolnost vůči transformacím

Křehké vodoznaky – při transformaci se znehodnotí (ochrana integrity, pokud je zachována, víme, že je obrázek netransformovaný)

Robustní vodoznaky – odolný vůči transformacím a změně formátu (autorská práva)

Privátní – při detekci musíme mít originální data

Veřejné – není nutný přístup k originálům

Útoky

Metody založené na znalosti algoritmu vložení vodoznaku

Vložení šumu

Opakovaná aplikace běžných operací, jakou jsou komprese, filtrování, změna měřítka, rotace, …

Rozložit na kvanta bloků a pak je znova složit

Hrubou silou – možnost vyzkoušet všechny kombinace

Vložení dalšího vodoznaku – lze detekovat oba vodoznaky

Konspirace „uživatelů“– zprůměrováním několika kopií lze vodoznak odstranit

Typické příklady vodoznaků a jejich vlastnosti

Obraz

LSB modulace – Zakódování vodoznaku do nejméně významných bitů (LSB) jednotlivých pixelů obrázku. Tato modifikace není visuálně téměř rozpoznatelná. Metoda není robustní, vodoznak lze snadno odstranit (např. zašuměním nejnižšího bitu).

Modifikace koeficientů DCT – Tato modifikace je mnohem robustnější a změny hodnot jsou méně viditelné ve výsledném obrazu. Opakování vodzoznaku pro zvýšení odolnosti vůči ořezání.

Zakódování vodoznaku do Y kanálu – Vložení do barevného obrázku. konverze barevného modelu RGB – YUV. Odolnější vůči modifikaci barev a kompresi.

Metoda disjunktních množin – Použití jako autentizační vodoznak (detekce změn v díle).

Vizuální kryptografie – vyANDovaním dvou zdánlivě zašuměných obrázků získáme zakódovaný obraz

MD5 – umožňuje dekekovat změnu pixelů na úrovni bloků, použití jako autentizační vodoznak (detekce změn v díle)

Rozdělení obrázku po blocích 8 × 8 pixelů

LSB bity odstraněny

Vypočítá se MD5 a výsledek se zkombinuje s binárním obrazem vodoznaku a uloží do LSB

Zvuk

Jako vodoznak sa do nahrávky přidáva šum, který není uchem zachytitelný.

Video

Sjednocuje oba přístupy (pro obraz i zvuk), může sa tedy přidat viditelný vodoznak do obrazu, nebo neviditelný/neslyšitelný jako šum do zvuku.

Text

Modifikace parametrů zobrazeného textu, posunutí řádků nahoru/dolů, posunutí slova – střídání délky mezer mezi slovy, kódování v písmenech – např. prodloužení horní vodorovné čáry v pismenu t.