Цифровой водяной знак - Жизненный цикл цифровых водяных знаков

Интернет магазин китайских планшетных компьютеров

Компьютеры - Цифровой водяной знак - Жизненный цикл цифровых водяных знаков

23 января 2011

Оглавление:
1. Цифровой водяной знак
2. Жизненный цикл цифровых водяных знаков
3. Классификация
4. Применения

Фазы жизненного цикла ЦВЗ

Так называемый, жизненный цикл ЦВЗ может быть описан следующим образом. Сначала в сигнал-источник S в доверенной среде внедряются водяные знаки при помощи функции E. В результате получается сигнал S_E. Следующий этап — распространение S_E через сеть или любым другим способом. Во время распространения на сигнал может быть совершена атака. У получившегося сигнала S_EA водяные знаки могут быть потенциально уничтожены или изменены. На следующем этапе функция обнаружения D пытается обнаружить водяные знаки w, а функция R вытащить из сигнала внедрённое сообщение. Этот процесс потенциально может совершать злоумышленник.

Свойства цифровых водяных знаков

Обычно ЦВЗ классифицируются по 7 основным параметрам: объём, сложность, обратимость, прозрачность, надёжность, безопасность и верификация.

Объём информации

Различают внедряемый и извлекаемый объём.

Внедряемый объём

Внедряемый объём — это просто размер сообщения m, которое внедряется в сигнал. Её можно определить как: cap_E = size = | M | Рассматривается также относительная внедряемый объём: ${\text{cap}_E}_\text{rel}=\frac{\text{cap}_E}{\text{size}}.$

Извлекаемый объём

Извлекаемый объём — это количество информации m' извлечённое из сообщения. В случае если целью ЦВЗ не является передача информации, то извлекаемая информация равна нулю. Для не пустых сообщений извлекаемый объём считается после извлечения. Она считается по следующей формуле: ${\text{cap}_R}_\text{rel}=|m| - \sum_{i=1}^{|m|} m_i\oplus m'_i$ , где $m=m_1 m_2 \dots m_{|m|}$ , $m'=m'_1 m'_2 \dots m'_{|m|}$ и $\oplus$ обозначает исключающее или. Это функция количества корректно переданных бит, она предполагает, что оба сообщения имеют одну длину. Иногда, сообщение повторяют в сигнале несколько раз. В этом случае извлекаемое сообщение в несколько раз длиннее исходного. Следующее выражение учитывает это p_max повторений: ${\text{cap}^*_R}_\text{rel}=\sum_{j=1}^{p_{\max}}\left.$ Объём обычно нормируется на длину сообщения. Рассматриваются иногда таки параметры как ёмкость в секунду и емкость, отнесённая к p_max: ${\text{cap}^{$}_R}_\text{rel}=\frac{{\text{cap}^*_R}_\text{rel}}{|m|p_{\max}}.$

Сложность

Сложность заданной функции F всегда может быть измерена. Любые затраченные усилия на внедрение, атаку, детектирование или расшифровку измеряются сложностью. Пусть C to измеряет сложность F.За C обозначим сложность процесса внедрения информации в сигнал S . В зависимости от реализации функция C измеряет затрачиваемое время количество операций ввода-вывода, количество строк кода и т. д. Сложность зависит от сигнала S. Поэтому часто рассматривается нормированная функция независящая от S. Нормализация может проводиться как по длине size сигнала так и по внедряемому объёму:

Заметим, что здесь предполагается линейная зависимость C от S. В нелинейном случае можно нормировать на внедрённый объём:

Оба определения рассматривают конкретный сигнал S. Рассматриваются также следующие параметры ЦВЗ:

Средняя сложность, нормированная на длину сигнала или объём: $\text{com}^S_\text{av}=\frac{1}{|\mathbb{S}|}{\sum_{S\in\mathbb{S}}\text{com}^S_\text{rel}}$ ; $\text{com}^C_\text{av}=\frac{1}{|\mathbb{S}|}{\sum_{S\in\mathbb{S}}\text{com}^C_\text{rel}}$
Максимальная сложность, нормированная на длину сигнала или объём: $\text{com}^S_\text{mx}=\max_{S \in\mathbb{S}}\left\{\text{com}^S_\text{rel}\right\}$ ; $\text{com}^C_\text{mx}=\max_{S \in\mathbb{S}}\left\{\text{com}^C_\text{rel}\right\}$
Минимальная сложность, нормированная на длину сигнала или объём: $\text{com}^S_\text{mn} = \min_{S \in\mathbb{S}}\left\{\text{com}^S_\text{rel}\right\}$ ; $\text{com}^C_\text{mn}=\min_{S \in\mathbb{S}}\left\{\text{com}^C_\text{rel}\right\}$

Обратимость

Технология предполагает возможность удалить ЦВЗ w из помеченного сигнала S_E. Если полученный сигнал S' совпадает с исходным S = S', то говорят об обратимости. Возможность обратить предоставляется специальными алгоритмами. Эти алгоритмы используют секретные ключи для защиты от несанкционированного доступа к контенту.

Прозрачность

По данным эталонному S_ref и тестовому S_test сигналам, функция прозрачности Т измеряет расхождение между этими сигналами T. Результат вычисления заключён в интервале, где 0 соответствует случаю, когда система не может распознать в S_test версию S_ref, и 1, если наблюдатель не может отличить эти два сигнала.

Надёжность

В этом разделе описывается надёжность ЦВЗ. Сначала надо ввести понятие «успешного обнаружения».

Успешное обнаружение

Для измерения успеха функций обнаружения и дешифровки вводится функция «успешного обнаружения». Для ЦВЗ без закодированного сообщения det_DD возвращает 0, если водяные знаки не могут быть обнаружены и 1 иначе, как в следующей формализации: $\text{det}_D= \begin{cases} 0, \text{negative},\\ 1, \text{posetive.} \end{cases}$ Для того чтобы измерить количество успешных внедрений по нескольким тестам $\mathbb{S}$ , средняя det_D может быть вычислена следующем образом: ${\text{det}_D}_\text{av}=\frac{1}{|{\mathbb{S}}|}\sum_{S\in\mathbb{S}}\text{det}_D$ . Для схем с ненулевым внедрённым сообщением важно знать, что хотя бы одно сообщение расшифровалось успешно. Если, к примеру, сообщение m внедряется $\left$ раз, и извлечённый объём ${\text{cap}^*_R}_\text{rel}$ returns, на 10 % восстановима, то непонятно, какие именно из m_i сообщений повреждены. Тем не менее, такое определение бывает полезным, если знать, что хотя бы одно из сообщений не повредилось, что отражено в следующем выражении: $\text{det}_R= \begin{cases} 1, \exists j \in\displaystyle\left\{1,\dots,p_{\max}\right\}: \sum_{i=1}^{|m|} m'_{ji} \oplus m_{ji} = 0, \\ 0, \text{otherwise}. \end{cases}$ Отметим, что это не единственное возможное определение. На пример, определение может быть следующем: $\text{det}_{R\tau}= \begin{cases} 1, \text{if }{\text{cap}^{$}_{R}}_\text{rel} \geq \tau, \\ 0, \text{otherwise}. \end{cases}$ то есть детекция успешна тогда, когда количество успешно извлечённых бит выше некоторого предела τ.

Надёжность ЦВЗ

Мера надёжности rob_rel ЦВЗ — это число, заключённое в интервале , где 0 наихудшее возможное значение и 1 наилучшее. Для измерения надёжности используются понятия числа ошибочных байтов и частоты ошибочных битов. Измеряется расстояние между строками извлечённого и внедрённого сообщений или процент совпадений для побитового сравнения. Если строки совпадают, то метод надёжен. ЦВЗ схема считается ненадёжной, если более чем ν бит повреждены и прозрачность атак выше чем τ. Например, для ЦВЗ, подверженный атакам S_EA = A_i,j, с сообщением может быть вычислена следующем образом: $\text{rob}^{byte}_\text{rel}= 1 - \max_{A_{i,j} \in\mathcal{A}} \left\{T\left: \text{det}_R\left=0\right\}$ Индекс byte указывает на то, что вычисляется количество ошибочных байт. Для ЦВЗ без сообщения нет извлекающей функции, поэтому методы вычисления ошибочных бит и байт не применимы. Функция надёжности оценивает худший случай. При оценке надёжности любой системы, за меру надёжности принимают надёжность самого ненадёжного звена системы, в случае самой сильной атаки. В данном случае под худшей атакой понимается атака, при которой ЦВЗ удаляется без потери качества сигнала.

Безопасность

Описывает устойчивость ЦВЗ по отношению к определённым атакам.

Верификация

Определяет тип дополнительной информации необходимой функции обнаружения/извлечения для работы.

Необходим исходный сигнал S.
Необходимо внедряемое сообщение m и некоторая дополнительная информация, кроме исходного сигнала.
Нет необходимости в дополнительной информации.

<<< Худяков, Константин Васильевич

Компьютерное аппаратное обеспечение
Вычислительные комплексы
Компьютерные данные
Компьютерные журналы
Классы компьютеров
Компьютеры

Программное обеспечение
Производители компьютеров
Профессии в ИТ
Системное администрирование
Компьютерный сленг
Списки компьютерных терминов

Человеко-компьютерное взаимодействие