Введение к работе
Актуальность темы. Все чаще, особенно на сайтах в Интернете, можно видеть цифровые изображения с вложенными цифровыми водяными знаками (ЦВЗ). Они представляют собой полупрозрачные логотипы фирм, названия сайтов, фамилии авторов и т.д. Использование ЦВЗ позволяет владельцам и авторам цифровых рисунков и фото защищать свои авторские права на данную интеллектуальную собственность и гарантировать себе гонорары за копии. Надо сказать, что ЦВЗ не всегда видимы человеческому глазу. В зависимости от области применения, вложение стараются в большей или меньшей степени спрятать в копию, чтобы не давать лишней информации о способах защиты авторских прав.
Однако, к сожалению, некоторые пользователи пытаются незаконно распространить продукты и остаться при этом незамеченными. Подобных людей называют «пиратами». Задача таких злоумышленников состоит в удалении ЦВЗ из копии и дальнейшую продажу нелегального экземпляра или использовании его в своих целях. Такие действия пиратов классифицируются как атака на систему ЦВЗ.
Известно большое количество типов атак и методов удаления ЦВЗ. Их детальное изучение позволяет успешно бороться с некоторыми из них. Одним из наиболее эффективных способов получения нелегальной копии изображения без ЦВЗ (или точнее с невозможностью его выделения собственником продукта) является коалиционная атака, когда несколько недобросовестных получателей копий авторского продукта с находящимися в них ЦВЗ, пытаются объединить свои ресурсы и обработать их так, чтобы в результате получить продукт, выделение ЦВЗ из которого его законным автором окажется невозможным. В данной диссертационной работе исследуются способы защиты от коалиционных атак.
Объектом исследования является один из типов атак на системы цифровых водяных знаков для цифровых изображений в информационных телекоммуникациях – коалиционная атака.
Предмет исследования – защита систем цифровых водяных знаков для цифровых изображений от коалиционной атаки.
Целью работы является разработка эффективного способа защиты от коалиционных атак на системы ЦВЗ, вложенных в цифровые изображения. Для достижения заданной цели в диссертационной работе предлагаются решения следующих частных задач:
-
Исследование эффективности использования широкополосных сигналов (ШПС), используемых в качестве цифровых отпечатков пальцев (ЦОП) в условиях коалиционных атак.
-
Исследование возможности повышения устойчивости ЦОП к коалиционным атакам с использованием антикоалиционных кодов (АКК) на основе последовательностей, формируемых по правилам неполных сбалансированных блок-схем (НСБС).
-
Использование нового класса дизъюнктных кодов в евклидовом пространстве (ДКЕ), взамен регулярных последовательностей, таких, как ортогональные сигналы, а также применение случайных ДКЕ для защиты от антикоалиционных атак.
Методы исследований. В ходе исследований применялись методы теории помехоустойчивого кодирования, теории вероятности, математической статистики, теории информации. Практические эксперименты проводились с помощью компьютерного моделирования, которое реализовывает предлагаемые в работе алгоритмы. Большая часть вычислительных модулей и пользовательского интерфейса разработана автором самостоятельно с использованием технологий языков С, С++ и С#, что приведено в приложении.
Достоверность результатов подтверждается корректностью постановок задач, применением строгого математического аппарата, отсутствием противоречий полученных результатов известным научным данным, результатами моделирования, апробацией основных теоретических положений в печатных трудах и докладах на научных конференциях (в том числе на международной конференции IMCSIT 2009, проводившейся с рецензированием докладов и их обсуждением в процессе представления).
Научная новизна присутствует в следующих результатах работы:
-
Предложены методы расчета эффективности обнаружения коалиции на основе определения вероятности ошибок декодирования при использовании ШПС в качестве ЦВЗ.
-
Рассмотрена возможность использования в качестве ЦВЗ различных кодов. После чего выведены методы оценки эффективности использования антикоалиционных кодов в качестве “цифровых отпечатков пальцев” (ЦОП).
-
Произведена оценка эффективности использования антикоалиционных кодов с разными параметрами в качестве ЦВЗ. В результате анализа, сделано предложение по использованию нового класса дизъюнктных кодов в евклидовом пространстве (ДКЕ) в качестве антикоалиционных кодов.
-
Произведена оценка эффективности использования ДКЕ в качестве ЦВЗ.
-
Предложено применение алгоритма сферического декодирования для повышения эффективности использования ДКЕ в условиях коалиционных атак.
Личный вклад. Результаты экспериментов, теоретические и практические выводы, основные научные положения, содержащиеся в диссертационной работе, получены и сформулированы автором самостоятельно.
Практическая значимость работы.
-
Разработанные в диссертации методы оценки эффективности позволяют выбирать параметры и коды ЦВЗ для получения гарантированной стойкости при доказательстве прав собственности на изображения и выявления участников коалиции, незаконно распространяющих копии этих изображений.
-
Доказано, что применения ДКЕ обеспечивает достаточно надежную защиту авторских прав на интеллектуальную собственность.
-
На основе предложенного метода разработано и внедрено программное обеспечение, позволяющее реализовать защиту прав собственности на изображения в условиях коалиционных атак на систему ЦВЗ.
Внедрение результатов исследований. Результаты исследований внедрены в СПИИРАН, ООО "Дигитон Системс", ООО «Эврика», ГУ РА «Эл Телком», ООО «Эл Телеком», что подтверждено соответствующими актами. Кроме того, по материалам диссертации автором (совместно с дипломниками СПбГУТ Разумовым А.В. и Беспаловым Г.А.) разработана лабораторная работа по теме «Антикоалиционные коды», которая используется в учебном курсе кафедры ИБТС СПбГУТ «Основы стеганографии».
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на 59й и 60й НТК профессорско-преподавательского состава и сотрудников СПбГУТ (2007, 2008 гг.), а также на международной мульти конференции по компьютерным наукам и информационным технологиям (IMCSIT 2009).
Публикации. На тему диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ, 2 из которых напечатаны в изданиях, включенных в перечень ВАК, 2 включены в перечень докладов 59й и 60й НТК профессорско-преподавательского состава и сотрудников СПбГУТ, а одна статья опубликована в международном журнале «International Journal of Computer Science and Applications» (IJCSA, vol. VII, issue III, 2010).
Основные результаты, выносимые на защиту:
-
Расчет вероятности ошибки определения состава злоумышленников при атаке на системы ЦВЗ, использующие широкополосные сигналы.
-
Оценка вероятности ошибки обнаружения коалиции при использовании АКК на основе неполных сбалансированных блок-схем.
-
Предложение по использованию случайных дизъюнктных кодов (ДКЕ) вместо регулярных последовательностей, для обеспечения большего количества пользователей системы ЦВЗ при тех же размерах коалиции.
-
Оценка вероятности ошибки обнаружения участников коалиции для ДКЕ с применением алгоритма сферического декодирования.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 46 наименований, и приложения. Работа содержит 145 страниц машинописного текста, 105 рисунков, 9 таблиц.
Похожие диссертации на Исследование и разработка методов защиты прав собственности на изображения на основе использования цифровых водяных знаков в условиях коалиционных атак
