Введение к работе
Актуальность темы исследования. Цифровые «водяные» знаки (далее -цифровые водяные знаки (ЦВЗ)) применяются для защиты информации от копирования и нелегального использования. В результате бурного развития мультимедийных технологий остро встал вопрос защиты авторских прав и интеллектуальной собственности, представленной в цифровом виде и передаваемой по каналам связи. Примерами могут являться фотографии, аудио-и видеозаписи, размещенные в сети Интернет. Преимущества, которые дают представление и передача сообщений в цифровом виде, могут с легкостью оказаться перечеркнутыми, если возможно их воровство или модификация. Именно поэтому разрабатываются различные меры защиты информации организационного и технического характера. Одно из наиболее эффективных технических средств защиты мультимедийной информации заключается во встраивании в защищаемый объект невидимых меток - ЦВЗ. Разработки в этой области ведут крупнейшие фирмы по всему миру.
Целью исследования является повышение эффективности защиты изображений, передаваемых по каналам связи и распространяемых в сети Интернет, путем разработки системы ЦВЗ, устойчивой к преобразованиям и сохраняющей высокое качество защищенного изображения.
Задачи исследования. Для достижения цели в диссертации поставлены и решены следующие научные задачи:
-
Предложить варианты применения системы ЦВЗ для доказательства прав собственности в рамках российского законодательства.
-
Рассмотреть методы оценки качества изображения после вложения ЦВЗ и определить, какие из предложенных методов позволяют получить результат, соответствующий экспертной оценке.
-
Разработать систему цифровых водяных знаков, устойчивых к таким видам преобразования изображения, как циклический сдвиг, удаление строк и столбцов, поворот, масштабирование изображения, добавление шума, сжатие JPEG, и провести теоретическое обоснование стойкости предлагаемого метода к перечисленным искажениям.
-
Выбрать параметры системы таким образом, чтобы качество защищенных изображений визуально не отличалось от качества исходных, и при этом сохранялась устойчивость ЦВЗ к искажениям.
-
Экспериментально исследовать стойкость водяного знака к различным видам преобразований.
Научная новизна. Основные результаты диссертации, обладающие научной новизной:
-
Вместо использования многобитовой системы ЦВЗ предложен метод использования нуль-битовой системы и электронной подписи для доказательства прав собственности на изображения.
-
Предложен алгоритм оценки качества изображения после вложения ЦВЗ, в котором применяется разделение изображений на группы по яркости и текстурности.
3. Предложен метод вложения и детектирования цифровых водяных знаков, который, в отличие от используемых ранее, устойчив к целому комплексу преобразований, и благодаря оптимизации параметров позволяет сохранить высокое качество защищенного изображения.
Зарегистрирована заявка на изобретение № 2013153857 от 04.12.2013 «Способ формирования заверенного цифровым водяным знаком цветного электронного изображения».
Объем исследования. В диссертационной работе исследуются ранее известные и разработанные автором методы вложения и извлечения цифровых водяных знаков в изображения, передаваемые по каналам связи, в том числе распространяемые в сети Интернет. Исследуется влияние различных параметров системы ЦВЗ на качество полученного изображения, а также устойчивость водяного знака к различным искажениям.
Область применения. Разработанные методы вложения и извлечения цифровых водяных знаков позволяют поместить идентификационные данные автора в изображение и защитить их от незаконного удаления, что поможет при доказательстве прав собственности на изображение. Система ЦВЗ также может применяться для определения источников утечки информации конфиденциального характера.
Практическая ценность результатов. Цифровые неподвижные изображения, наряду с аудио- и видеопродуктами, обладают повышенным риском нарушения авторского права. Действительно, такого рода объекты весьма легко находить в Интернете и затем копировать и распространять вне зоны авторского контроля. Более 90 % всех сайтов в Интернете построены с использованием авторских работ, которые размещаются без разрешения авторов и без указания их имен. Эта цифра может даже приблизиться к 100%, если сюда добавить фрагменты цифровых изображений и графическую рекламу. Предложенная система позволяет связать идентификационные данные автора с распространяемым изображением и облегчить доказательство авторских прав.
Методы исследования. В процессе исследований использовались теоретические методы, методы теории вероятностей и математической статистики, а также методы компьютерного моделирования и программирование на языке Java.
Положения, выносимые на защиту.
-
Метод доказательства прав собственности с использованием техники ЦВЗ и электронной подписи.
-
Выбор критерия оценки качества изображения после вложения ЦВЗ, соответствующего экспертной оценке.
-
Метод вложения и извлечения цифровых водяных знаков, устойчивый к случайным и преднамеренным преобразованиям изображения.
Достоверность научных результатов подтверждается:
- совпадением результатов теоретического обоснования и результатов
практических экспериментов, а также ранее проведенными исследованиями в
данной области, выполненными другими авторами;
- апробацией основных положений диссертации в печатных трудах, а также на международных конференциях.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и были одобрены на 5 международных и 2 всероссийских научных конференциях: "Federated Conference on Computer Science and Information Systems" (2011, 2013), XI Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности», «Интернет: информационные технологии и инженерные разработки» (2011-2012), Международной научно-технической и научно-методической конференции «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании» (2012), "Education Without Borders 2011".
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты исследований использованы ОАО «Мобильные ТелеСистемы», филиал «Макро-регион «Северо-Запад», что подтверждается соответсвующими актами. Кроме того, материалы диссертации использованы в лабораторных работах по курсу кафедры защищенных систем связи СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича «Основы стеганографии».
Список публикаций. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК, и 4 публикации в сборниках материалов международных конференций, а также статья в зарубежном издании.
Личный вклад автора. Теоретические и практические выводы, результаты экспериментов, основные научные положения, содержащиеся в диссертационной работе, получены и сформулированы автором самостоятельно.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 53 источников, пяти приложений, изложена на 169 страницах, содержит 35 таблиц и 69 рисунков.
