Vesileimaus (2-A)

Vesileimaus on vanha keino osoittaa aitoutta ja alkuperäisyyttä paperidokumenteissa, esim. osakekirjoissa ja rahoissa. Vähän samaan tapaan kuin allekirjoituksessakin, niin tässäkin kytketään dokumenttiin jotain, joka kertoo sen valmistajasta tai laatijasta.

Allekirjoituksesta poiketen tavoitteena on nyt tehdä kytkentä niin, että sitä ei voi leikata (eikä edes hangata) pois ja toisaalta niin, että se häiritsee itse dokumenttia mahdollisimman vähän. Itse asiassa se halutaan yleensä kätkeä niin, ettei asiasta tietämätön edes huomaa sitä. Digitaalisessa maailmassa vesileiman löytäminen dokumentista voidaan tehdä riippuvaiseksi jostain avaimesta, joka voi olla toki myös julkinen. Vesileimaus on ymmärrettävästi erittäin hankala toteuttaa pelkkään digitaaliseen tekstiin. Vesileimauksessa käytetään tiedonpiilotustekniikoita, joilla sisällytetään lisätietoa ääneen, kuvaan, tekstiin tai videoon siten ettei ihmissilmä tai -korva havaitse laadussa tapahtuneita muutoksia.

Digitaalista vesileimausta voidaan pitää kryptologian osa-alueena, mutta sillä on omakin tieteenalansa, steganografia . Siinä missä kryptografia on pohjimmiltaan viestin sisällön salaamista, steganografia on viestin olemassaolon salaamista, piilokirjoitusta, jossa viesti kätketään enemmän tai vähemmän sellaisenaan muun sanoman joukkoon. Historiallisesti sillä on ollut salakirjoituksen veroinen merkitys luottamuksellisuuden tavoittelussa, mutta sittemmin se on jäänyt syrjään nykyaikaisen kryptografian tieltä. Tilanne on muuttunut sitä mukaan, kun kuvallisen ja äänellisen tiedon digitaalinen tallentaminen ja varsinkin prosessointi on kehittynyt ja on tarvittu uusia menetelmiä tekijänoikeuksien puolustamiseen. Digitaalinen vesileimaus voidaan toteuttaa esimerkiksi lisäämällä mediasisältöön tekijänoikeusviestejä tai sarjanumeroita. Digitaalinen vesileimaus ei kuitenkaan ole varsinaisesti tekijänoikeuksien suojaukseen tarkoitettu tekniikka. Kaupallisesti merkittävin sovellus on tekijänoikeuden digitaalinen suojaus eli DRM(Digital Rights Management).

TTY:n DMI:n aiemman johtajan Pauli Kuosmasen ja akatemiaprofessori Jaakko Astolan patentoima vesileimausmenettely mahdollistaa vesileiman kätkemisen yleisesti mihin tahansa signaaliin. Ajatellaan seuraavassa yksinkertaisuuden vuoksi kuvaa, jonka elementit (pikselit) ovat harmaatason ilmaisevia tavuja. Olkoon kätkettävänä vesileimana mustavalkoinen logo, siis kuva, jonka pikselit ovat nollia ja ykkösiä. Oletetaan lisäksi, että ykköset eivät ole toistensa naapureina. Asetetaan logo kuvan päälle johonkin kohtaan jotenkin päin. Reunojen ylitys voidaan hoitaa leikkaamalla logo ja jatkamalla vastakkaiselta puolelta kuvaa. Ne kuvan pikselit, joiden kohdalle osuu logon musta pikseli muunnetaan seuraavasti: lasketaan pikselin 8 naapuripikselin arvoista mediaani ja korvataan pikselin arvo sillä.

Tällä tavoin muunnettu kuva ei yleensä eroa alkuperäisestä havaittavasti, mutta miten logo sitten voidaan löytää siitä? Tehdäänpä muunnetun kuvan kaikille pikseleille sama operaatio eli lasketaan naapureiden mediaani. Niillä pisteillä, jotka ovat logon kohdalla, on alkuperäiset naapurit ja muunnos tuottaa niille uudestaan nykyisen arvon. Muilla pisteillä näin ei yleensä käy, vaan arvo muuttuu melko suurella todennäköisyydellä. Jos muuttuneet pikselit väritetään valkoisiksi ja muuttumattomat mustiksi, vesileima yleensä erottuu missä kohtaa se sitten sijaitseekin.

Kun tunnistusalgoritmi on paikantanut logon tällä tavoin, sen pitää vielä tehdä tilastollinen testi ja päätellä, voiko mustien (eli muuttumatta jääneiden) pikseleiden esiintyminen sattumalta johtaa siihen, että logokin on niiden joukossa. Testin tuloksena on jokin todennäköisyys. Mikäli se on riittävän pieni, sattuma voidaan jättää huomiotta ja uskoa, että kuvassa on vesileima. Testin lähtökohtana on kuvan luonteesta riippuva jakauma muunnoksessa muuttumatta jääville pisteille.

Ongelmia voi syntyä siitä, että kuvaa on sittemmin muunnettu jollain tavalla, esimerkiksi yksinkertaisesti vain rajattu, skaalattu tai kompressoitu, tai sitten kuva on painettu ja sen jälkeen uudelleen digitoitu.

Logo voidaan sijoittaa paitsi suoraan kuvaan kuten edellä, myös kuvasta tehtyyn muunnokseen (esim. Fourier), minkä jälkeen kuva on palautettu käänteismuunnoksella. Toisaalta logon sijasta kuvaan voidaan kätkeä jokin logosta tehty muunnos. Mediaanin sijasta voidaan tehdä jokin muu muunnos eli suodatus. Tämän muunnoksen valinnassa voidaan lisäksi käyttää parametreja. Kaikissa näissä tapauksissa ja näiden yhdistelmissä saadaan aikaan se, että asiattomien on vaikeampi peukaloida vesileimaa.

Yhtenä monista valmistajista DigiMarc toimittaa ohjelmia, joilla kuviin voidaan kätkeä vesileima. Nämä leimat sisältävät yksikäsitteisen tunnisteen. Kuvankäsittelyohjelmiin liitetty rutiini avaa tämän tunnisteen ja käy DigiMarcin? tietokannasta katsomassa, mitä tietoa siihen on liitetty. Tällöin kuvaa skannaava tai sen avannut käyttäjä saattaa nähdä kuvaan liittyvää tietoa, joka voi olla tekijänoikeusilmoitus tai kuva-aiheeseen liittyvä linkki kuvan laatineen yrityksen sivuille. DigiMarc? tarjoaa palveluna myös sitä, että se käy läpi seittiä ja tutkii, minne kaikkialle tietyt kuvat ovat päätyneet.

Digitaalisessa vesileimauksessa käytettäviä tiedonpiilotusalgoritmeja on useita, joista mainittakoon muun muassa vähiten merkitsevä bitin(LSB) muokkaus, hajaspektritekniikoihin perustuvat tekniikat sekä QIM(Quantization Index Modulation). Lisäksi on olemassa monivesileimaustekniikoita, joilla saadaan upotettua vesileimoja samaan mediasisältöön eri menetelmin. Lisätietoa saa muun muassa tästä hyvästä artikkelista.

Vesileimoja vastaan voi kuvaa peukaloimalla tehdä monenlaisia hyökkäyksiä, joiden tavoitteena on hävittää leima, mutta säilyttää kuva hyvänä.

--Main.JukkaKoskinen

SivuTiedotLaajennettu edit

Vaativuus Perus
Valmius Valmisteilla
Tyyppi Ydin
Luokitus Uhkat
Mitä Luottamuksellisuus
Miltä Ihmisetön uhka
Missä Organisaatio
Kuka Tite-ammattilainen
Milloin Ennakolta
Miksi Hyvä tapa
Print version |  PDF  | History: r4 < r3 < r2 < r1 | 
Topic revision: r4 - 19 Nov 2010 - 14:12:21 - NikoH?
 

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