TTY / Tietoturvallisuuden jatkokurssi / Harjoitustyö 2011 / Luonnosvaihe

Juho Blankenstein

Millaisia toimivia vesileimajärjestelmiä on olemassa

Johdanto

Digitaalista vesileimaa käytetään signaalin aitouden ja yleisimmin omistajan varmistamiseen. Digitaalinen media on itsessään altis tekijänoikeusrikkomuksille, mediaa on helppo kopioida ja levittää useaan otteeseen. Vesileiman tarkoituksena on lisätä dataan elementti, josta se on tunnistettavissa. Leimat voidaan jakaa kahteen ryhmään, näkyviin ja näkymättömiin. Perinteisesti vesileima on kuvaan lisättävä objekti, joka on nähtävissä paljaalla silmällä. Esimerkkinä painetusta vesileimasta on seteleistä löytyvät kuvat, joiden tarkoitus on osaltaan vaikeuttaa kopioiden muodostamista ja toimia aitouden merkkinä. Näkyvässä vesileimassa voidaan korostaa kuvan omistajan tekijänoikeutta kuvaan ja pyrkiä estämään luvaton käyttö. Näkyvä vesileima voi olla signaaliin additiivisesti lisätty merkki tai kuvien tapauksessa tallennusformaatista riippuen oma taso, joka tallennetaan omana osanaan.

Menetelmät

Steganografia on tiedon piilottamista kuviin, audioon tai tekstiin. Digitaalisessa vesileimassa voidaan käyttää edistyneempiä menetelmiä ja piilottaa leima katsojan havaitsemattomiin, kuitenkin niin että se on mahdollista palauttaa kun tiedetään mistä etsiä. Yksinkertaisimpana menetelmänä on kuvissa merkitä kuvapisteen N:s bitti ja näin saada an binäärikuva tallennettua. [MATLABilla laadittu esimerkki missä kuvaan lisätään vesileima vähiten merkitsevään ja johonkin toiseen enemmän merkitsevään bittiin siten että se on selkeästi nähtävissä] Tekniikkaa voi laajentaa käyttämään myös useita bittejä, jolloin vesileimaksi kelpaa kooltaan isompikin kuva. Mitä merkitsevämpi bitti on, sitä helpompi se on kuvasta havaita. Leiman etsimisen kannalta bitin järjestyksellä ei ole väliä. Samaa järjestelmää voidaan käyttää pikselin erilaisiin määrityksiin, kuten laskea ympäröivistä biteistä keskiarvoa ja näin hajottaa binäärikuva. Toinen robusti menetelmä on piilottaa digitaalinen vesileima kuvasta laskettuun muunnostasoon, mistä se on mahdollista palauttaa käänteismuunnoksella. Muunnostasossa toimiminen on kuville yleinen operaatio, mitä hyödynnetään sekä häviöllisessä että häviöttömässä pakkauksessa. Pakkausalgoritmit käyttävät diskreettiä kosinimuunnosta ja wavelet- muunnoksia taajuustason informaation esittämiseen. Lisättäessä leimaa on leimalle tehtävä sama muunnos kuin kohde kuvalle, johon se liitetään. Kun leima on muunnostason informaationa, kuva kestää paremmin esimerkiksi kuvan pakkauksesta johtuvat artefaktit. [kuva taajuustasoon piilotetusta kuvasta] Taajuustason ja spatiaalitason ominaisuuksilla on tiedon piiloituksessa eroja. Spatiaalitasossa kuvan ominaisuudet määräävät miten paljon informaatiota voidaan piilottaa ennen kuin se tulee näkyviin. Taajuustason tapauksessa alkuperäisellä kuvalla ei ole juurikaan väliä piilotettavan tiedon määrään. [1]

Eräs erittäin vaikeasti ellei mahdottomasti havaittava tapa on kätkeä piilotettavan kuvan arvot ennalta määritetyn matriisin osoittamiin bitteihin. Määritellessä piilotettavan datan määrää on otettava huomioon piilotuksen kohde. Mitä enemmän signaalissa on tilaa, mikä ei vaikuta havaitun kopion laatuun, sitä enemmän tietoa voidaan signaaliin kätkeä. Audio, kuva ja videotiedostoissa on paljon redundanssia, kun taas tekstissä sitä on hyvin vähän. Videotiedostoissa voidaan käyttää samoja ominaisuuksia hyödyksi kuin kuvatiedostoissa, mutta lisänä on aikataso jota voi hyödyntää. [1]

Menetelmien vertailun perusteet

Vesileimoja voidaan arvioida niiden kestävyyden, näkyvyyden, koon ja toteutus mekaniikan mukaan. Vesileiman hyvyyden eräänä kriteerinä onkin miten hyvin se kestää erilaiset hyökkäykset leimaa vastaan. Mikäli leima on asetettu sellaisenaan kuvaan hyökkääjä voi kuvaa muokkaamalla häivyttää tai sotkea leimaa leikkaamalla, rajaamalla tai pakkaamalla alkuperäistä kuvaa. Hyvin toteutettu järjestelmä ei jätä huomattavaa jälkeä mediaan, mutta se on sieltä löydettävissä helposti tarkistusta varten. [1]

Valmiita työkaluja tiedon piilottamiseen, siis myös vesileiman, löytyy markkinoilta paljon. Kaupalliset sovellukset ovat kiinnostuneita materiaalin tekijänoikeuksien merkitsemisestä ja kuvat luvattoman käytön estämisestä etenkin verkon välityksellä. Lisäpalveluna tarjotaan kuvien etsimistä ja ilmoituksia luvattomasta käytöstä [2]. Vapaasti levitettäviä sovelluksia on moneen lähtöön tiedon piiloituksesta eri teksti- ja kuvaformaateista audioon[3].

Lähteet

*[1] Multimedia signal processing – content security and watermarking http://www.cs.tut.fi/~defee/mmsp/mmsp.11.pdf [1].

*[2] http://www.digimarc.com/discover/images.asp [2].

*[3] http://www.jjtc.com/Security/stegtools.htm [3].

SivuTiedotLaajennettu edit

Vaativuus Jatko
Valmius Valmisteilla
Tyyppi Arviointi
Luokitus Käytännöt
Mitä Alkuperäisyys
Miltä Tahallinen uhka
Missä Useita
Kuka Tite-ammattilainen
Milloin Ennakolta
Miksi Muu
Print version |  PDF  | History: r4 < r3 < r2 < r1 | 
Topic revision: r4 - 03 Nov 2011 - 23:18:39 - JuhoBlankenstein?
 

TUTWiki

Copyright © by the contributing authors. All material on this collaboration platform is the property of the contributing authors.
Ideas, requests, problems regarding TUTWiki? Send feedback