Digital Watermarking

‫به نام خدا‬

‫دانشکده مهندسی کامپیوتر و فناوری اطلعات‬ ‫دانشگاه صنعتی امیرکبیر‬ ‫گزارش درس شیوه ي ارائه ي مطالب علمی و فنی‬

‫آب نگاری در داده دیجیتال‬ ‫(‪)Digital Watermarking‬‬ ‫توسط‪:‬‬ ‫فاطمه قدس‬

‫استاد درس‪:‬‬ ‫دکتر اکبری‬ ‫اردیبهشت ‪1388‬‬

‫‪1‬‬

‫چکیده‪:‬‬ ‫هم اکنون حفاظت از حق كپي داده هاي چندرسانه اي ديجيتال به صورت يك موضوع مهم‬ ‫درآمده است‪ .‬يك تكنيك براي حل اين مشكل‪،‬واترماركينگ ديجيتال مي باشد كه اطلعاتي را به‬ ‫صورت مستقيم در داخل داد ه هاي چندرسانه اي تعبيه و جاسازي مي كند‪ .‬به اطلعات تعبيه‬ ‫شده واترمارك گفته مي شود كه بعد از اعمال حمله نيز ميبايست قابل آشكارسازي باشد به‬ ‫اين ترتيب واترماركينگ ديجيتال مي تواند براي شناسايي مالك حقيقي رسانه استفاده شود‪.‬‬ ‫در واترماركينگ تصوير دو گزينه متفاوت براي نمايش و استفاده واترمارك وجود دارد‪ .‬در گزينه‬ ‫اول واترمارك معمولً دنباله اي از اعداد حقيقي تصادفي با توزيع نرمال(ميانگين صفر و‬ ‫واريانس يك)مي باشد اين نوع واترمارك به آشكارساز اجازه مي دهد تا به صورت آماري وجود‬ ‫و يا عدم وجود واترمارك را در تصوير مشخص نمايد‪ .‬در گزينه دوم‪ ،‬واترمارك يك تصوير است‬ ‫كه در تصوير ميزبان درج مي شود و نمايانگر آرم يك كمپاني و يا ديگر موارد حق كپي مي‬ ‫باشد در اين نوع واترماركينگ‪ ،‬آشكارساز واترمارك را به طور كامل بازسازي مي كند و‬ ‫كيفيت ديداري آن را با استفاده از معيار مناسب بازسازي ميكند‪.‬‬ ‫در سال هاي اخير طرح هاي واترماركينگ بسياري پيشنهاد شده است‪ .‬از ميان اين طرح ها‪،‬‬ ‫آنهايي كه براي استخراج واترمارك احتياج به تصوير اصلي و كليد رمز دارند طرح هاي‬ ‫واترمارك خصوصي ناميده مي شوند‪ .‬طرح هايي كه احتياج به اطلعات واترمارك و كليد رمز‬ ‫دارند طرح هاي نيمه خصوصي و يا نيمه كور ناميده مي شوند و در نهايت طرح هايي كه براي‬ ‫استخراج واترمارك تنها به كليد رمز احتياج دارند طرح هاي عمومي و يا كور ناميده ميشوند‪.‬‬

‫‪2‬‬

‫فهرست مطالب‬ ‫‪1‬‬

‫مقدمه‪6...................................... ..............................................‬‬

‫‪2‬‬

‫تاریخچه‌ ی ‪7................................................... ....WATERMARKING‬‬

‫‪3‬‬

‫شمای کلی سیستم ها ی ‪ WATER MARK‬و ماهیت تصویر‪7...................:‬‬

‫‪4‬‬

‫انواع متدهای ‪9..................................................WATERMARKING:‬‬

‫‪5‬‬

‫روشهای پنهان‌سازی ‪10............................. .EMBEDDING METHODS:‬‬ ‫جایگشت شبه تصادفی ‪11...........................................................WATERMARK‬‬ ‫‪5.1‬‬ ‫جایگشت وابسته به تصویر و مبتنی بر بلوک ‪12...............................WATERMARK:‬‬ ‫‪5.2‬‬ ‫انتقال بلوکهای تصویر‪13.........................................................................:‬‬ ‫‪5.3‬‬ ‫انتخاب ضرایب فرکانس میانی‪13..............................................................:‬‬ ‫‪5.4‬‬ ‫اصلح ضرایب ‪14...........................................................................DCT:‬‬ ‫‪5.5‬‬ ‫‪14 ...................:‬‬ ‫‌‬ ‫‪5.5.1‬‬ ‫‪17 ..........................................................:‬‬ ‫‪5.5.2‬‬ ‫تبدیل بلوک وارونه‪17..............................................................................:‬‬ ‫‪5.6‬‬

‫‪6‬‬

‫روشهای استخراج واترمارک‪19...................................................... .:‬‬ ‫‪6.1‬‬ ‫‪6.2‬‬ ‫‪6.3‬‬ ‫‪6.4‬‬ ‫‪6.5‬‬

‫تبدیل بلوک‪19.......................................................................................:‬‬ ‫تولید الگوهای قطبیت‪19.........................................................................:‬‬ ‫وارون کردن جایگشت وابسته به تصویر و مبتنی بر بلوک‪20.............................:‬‬ ‫معکوس کردن جایگشت شبه تصادفی‪20....................................................:‬‬ ‫اندازه‌گیری شباهت‪20............................................................................:‬‬

‫‪7‬‬

‫کلید رمز ‪22................................... ..............................USER KEY‬‬

‫‪8‬‬

‫سایز واترمارک‪22..................................................... ..................:‬‬

‫‪9‬‬

‫مقایسه‌ی ‪ STEGONOGRAPHY‬و ‪23....................WATERMARKING :‬‬

‫‪ 10‬کاربردها و حملت‪23........................ ...........................................:‬‬ ‫‪ 11‬مروري بر الگوريتم هاي واترمارک قابل استفاده براي تصديق سنديت‬ ‫تصوير‪26........................................................................ ...............:‬‬ ‫‪3‬‬

‫‪ 11.1‬سيستم هاي عمومي تصديق تصوير‪26........................................................:‬‬ ‫‪27 ................................................................:‬‬ ‫‪11.1.1‬‬ ‫‪28 ..........................................................:‬‬ ‫‪11.1.2‬‬ ‫‪31 ...........................................................:‬‬ ‫‪11.1.3‬‬ ‫‪ 12‬استفاده از امضاهاي ديجيتال ‪ ON_LINE‬بعنوان واترمارک‪32..................:‬‬ ‫‪12.1‬‬ ‫‪12.2‬‬ ‫‪12.3‬‬ ‫‪12.4‬‬

‫شناسايي امضاي ‪33.....................................................................ON_LINE:‬‬ ‫توليد تصوير واترمارک شده‪35..................................................................:‬‬ ‫تعبيه واترمارک‪36..................................................................................:‬‬ ‫اکتشاف و تعيين اعتبار واترمارک‪36...........................................................:‬‬

‫‪ 13‬تعیین اعتبار تصویر برمبنای وب با استفاده از واترمارک ضعیف غیرقابل‬ ‫ویت‪37........................................................................... ..............‬‬ ‫ر ً‬ ‫‪ 13.1‬معرفی‪37.............................................................................................‬‬ ‫‪ 13.2‬متد تصدیق سند بر مبنای وب‪38................................................................‬‬ ‫‪38 .................................................................‬‬ ‫‪13.2.1‬‬ ‫‪39 ...........................................................................‬‬ ‫‪13.2.2‬‬ ‫‪ 13.3‬نتایج تجربی‪40.......................................................................................‬‬ ‫‪ 13.4‬بررسی‪42............................................................................................‬‬ ‫‪43 .............................................................‬‬ ‫‪13.4.1‬‬ ‫‪43 ..........................................................‬‬ ‫‪13.4.2‬‬ ‫‪ 13.5‬رهیافت‪43............................................................................................‬‬ ‫‪ 14‬نتیجه گیری‪43................................................................ .............‬‬ ‫‪ 15‬منابع‪44......................................... ..........................................:‬‬

‫فهرست شکل ها‬ ‫شکل‬ ‫شکل‬ ‫شکل‬ ‫شکل‬ ‫شکل‬ ‫شکل‬ ‫شکل‬ ‫شکل‬ ‫شکل‬ ‫شکل‬ ‫شکل‬ ‫شکل‬ ‫شکل‬ ‫‪4‬‬

‫‪1‬فرم کلی سیستم های تعبیه واترمارک‪8.............................................................‬‬ ‫‪2‬فرم کلی سیستمهای استخراج واترمارک‪9.........................................................‬‬ ‫‪ 3‬جایگشت وابسته به تصویر و مبتنی بر بلوک‪13...................................................‬‬ ‫‪4‬ضرایب فرکانس میانی نگاشته شده به بلوک ‪4‬در ‪14..........................................4‬‬ ‫‪ 5‬پنهان‌سازی با استفاده از قطبیت بلوکهای مجاور‪15.............................................‬‬ ‫‪ 6‬اعمال مراحل واترمارک روی تصویر ‪20....................................................Lena‬‬ ‫‪ 7‬مراحل استخراج واترمارک‪23........................................................................‬‬ ‫‪ 8‬اعمال واترمارک شبه شکننده‪30....................................................................‬‬ ‫‪ 9‬شناسایی و تصدیق اعتبار‪30..........................................................................‬‬ ‫‪ 10‬مقایسه بعضي از متدهاي مختلف موجود‪33.....................................................‬‬ ‫‪ 11‬طبقه بندی روشهاي مختلف پنهان کردن اطلعات با توجه به کاربرد و خواص‪34.......‬‬ ‫‪ 12‬بخشي از امضاي کاربر واقعي(سمت چپ) و يک جعل کننده(سمت راست)‪35.........‬‬ ‫‪ 13‬نماي کلي از سيستم شناسايي امضا‪35..........................................................‬‬

‫شکل ‪ 14‬توليد تصوير واترمارک از يک امضای ‪36................................................online‬‬ ‫شکل ‪ 15‬تبدیل باینری امضا و تعبیه آن‪37...................................................................‬‬ ‫شکل ‪16‬استخراج واترمارک و خارج کردن امضا‪38........................................................‬‬ ‫شکل ‪17‬سیستم جاسازی واترمارک در متد تصدیق بر مبنای وب‪40...................................‬‬ ‫شکل ‪ 18‬ساختار تصدیق سند مشتری‪ -‬سرور‪41...........................................................‬‬ ‫شکل ‪ 19‬تصاویر اصلی و واترمارک شده توسط سیستم مورد استفاده در متد تصدیق سند بر‬ ‫مبنای وب‪41........................................................................................................‬‬ ‫شکل ‪20‬حمله هندسی یافت شده از تصویر‪42.............................................................‬‬ ‫شکل ‪ 21‬نواحی دارای رنگ سفید اصلح شده ی تصویر سمت راست(‪ %95‬تراکم ‪JPEG‬‬ ‫اضافه شده به تصویر واترمارک شده)‪42....................................................................‬‬ ‫شکل ‪ 22‬چرخش هندسی تصویر مشخص شده‪43........................................................‬‬

‫‪1‬مقدمه‬ ‫با توجه به رشد سریع انتشارات الکترونیکی‪ ،‬هم اکنون داده می‌تواند بسیار سریع‌تر و‬ ‫راحت‌تر توزیع شود‪ .‬متأسفانه هنوز شاهد این هستیم که مستندات الکترونیکی به طور‬ ‫غیرمجاز در حال کپی شدن و پخش شدن است‪ .‬به طور معمول یک اثر هنری (مثل تابلوی‬ ‫نقاشی) توسط نقاش امضا می‌شود تا اصل آن تشخیص داده شود‪ .‬یک کارت شناسایی مهر و‬ ‫موم می‌شود تا از جعل اسناد جلوگیری شود‪ .‬و اسکناس هم توسط تصویر برجسته‌ی آن‬ ‫شناسایی می‌شود‪ .‬این چنین انواع امضاهای دستی‪ ،‬مهروموم‌ها یا آب نگاری‪1‬ها از زمان‌های‬ ‫قدیم به عنوان روشی برای شناسایی منبع یا سازنده‌ی یک سند استفاده می‌شد‪.‬اگرچه در‬ ‫دنیای دیجیتال‪ ،‬تکنولوژی دیجیتال برای دستکاری کردن تصاویر این کار را سخت کرده است که‬ ‫تشخیص داده شود که آن چیزی که می‌بینی حقیقت است یا نه!‬ ‫یک راه حل قدرتمند برای ادعای حق مالکیت‪ 2‬یک اثر آن است که از «مهر الکترونیکی» یا‬ ‫بعبارتی «‪ »Watermark‬استفاده کنیم‪ ،‬که درون داده پنهان می‌شوند و چنین ویژگی‌هایی دارند‪:‬‬ ‫‪Water mark1‬‬ ‫‪Authentication2‬‬

‫‪5‬‬

‫‪ -1‬غیر قابل حذف شدن توسط هکرها هستند‪.‬‬ ‫‪ -2‬به طور ادراکی غیرقابل دیدن هستند‪ ،‬بدین معنی که می‌توانند به گونه‌ای ساخته شوند که‬ ‫توسط چشم تشخیص داده نشوند‪.‬‬ ‫‪ -3‬به طور آماری غیر قابل کشف هستند‪.‬‬ ‫‪ -4‬مقاوم در برابر فشرده سازی پراتلف هستند (منظور فشرده سازی به فرم ‪ JPEG‬است)‪.‬‬ ‫‪ -5‬مقاوم در برابر دستکاری‌های تصاویر و عملیات پردازش هستند (مثل ً ‪Cut & Paste ،‬‬ ‫‪ filtering‬و ‪.)...‬‬

‫‪2‬تاریخچه‌ ی ‪Watermarking‬‬ ‫کاغذهای واترمارک شده از ‪ 700‬سال پیش توسط دست بشر ساخته می شد‪.‬‬ ‫واترمارکهای کاغذی تکنیک بسیار خوبی برای آن زمان بود که (در کاربرد خاصی نظیر آسیاب)‬ ‫تشخیص بدهند که هر کاغذ آسیاب برای چه کسی است‪ .‬قدرت قانونی واترمارکها در سال‬ ‫ک دو نامه که به عنوان سند در محکمه ارائه شده‬ ‫‪ 1887‬در فرانسه ثابت شد وقتیکه واترمار ِ‬ ‫بود نشان داد که نامه‌ها جعلی است و سرانجام به سقوط کابینه‌ی هیئت وزرای آن زمان منجر‬ ‫شد‪.‬‬ ‫کاغذهای واترمارکی که در اسکناس‌ها‪ ،‬در بانکها یا روی تمبرها استفاده می‌شد ایده‌ی استفاده‬ ‫از واترمارک در داده‌ی دیجیتال را بوجود آورد‪ .‬اولین انتشاراتی که روی استفاده از واترمارک‬ ‫در تصاویر دیجیتال تمرکز کرد در سال ‪ 1990‬و بعد از آن در ‪ 1993‬بود‪.‬‬

‫‪3‬شمای کلی سیستم ها ی ‪water mark‬و ماهیت تصویر‪:‬‬ ‫‪watermark‬برای انواع داده (تصویر‪ ،‬صوت‪ ،‬متن و ‪ ) ...‬وهمچنین در وب می‌تواند انجام‬ ‫شود که با توجه به کاربرد بیشتر آن در تصویر در این فصل به واترمارک تصویر می‌پردازیم و‬ ‫در فصل آخر مختصرا به واترمارک در وب اشاره خواهد شد‪.‬‬ ‫روشهای مختلفی برای ‪ watermark‬وجود دارد که بعضی از آنها از تکنیک‌های کد کردن و بعضی‬ ‫از دامنه یا محدوده‌ی فرکانسی استفاده می‌کنند‪ .‬در بیشتر روش‌ها ‪ watermark‬یک رمز یا یک‬ ‫عدد تصادفی است که از دنباله‌ای از بیت‌ها تشکیل شده و فقط توسط «نظریه جستجو»‬ ‫می‌تواند یافت شود‪ .‬بر اساس این نظریه در فاز تطبیق‪ ،‬تصویر اصلی از تصویر مورد سؤال‬ ‫تفریق شده و شباهت بین حاصل تفریق و ‪ watermark‬خاصی محاسبه خواهد شد‪][.‬‬ ‫قبل از توصیف و بررسی انواع روش‌ها بیان این نکته‌ها ضروری است که‪:‬‬ ‫در وهله اول ‪ watermark‬در قالب یک الگوی باینری تولید می‌شود و سپس جایگشت داده‬ ‫می‌شود تا روابط فاصله‌ای را پراکنده کند و ‪watermark‬مبتنی بر ویژگی‌های یک تصویر را‬ ‫آن‌چنان تغییر دهد که غیر قابل رؤیت شود‪ .‬هم‌چنین از آنجا که چشم انسان به فرکانسهای‬ ‫پایین حساس‌تر است‪ ،‬پس ‪ watermark‬باید در فرکانس‌های بالتر از یک تصویر جاسازی شود‬ ‫تا توسط چشم قابل تشخیص نباشد‪.‬‬ ‫اگرچه چون بیشتر انرژی تصاویر در فرکانسهای پایین‌تر آنها متمرکز است‪ ،‬اطلعاتی که در‬ ‫فرکانسهای بال پنهان شده ممکن است بعد از کوانتیزه کردن و فشرده سازی پر اتلف (‬ ‫‪ ،)JPEG‬از دست برود‪ .‬بنابراین برای آنکه اطلعات قابل رؤیت نباشد و در عین حال آنها را از‬ ‫‪6‬‬

‫دست ندهیم‪ ،‬بهتر است ‪ watermark‬را در فرکانسهای میانی تصویر پنهان کنیم‪ .‬این کار با‬ ‫تغییر دادن ضرایب فرکانس میانی هر بلوک از تصویر انجام می‌شود‪.‬‬ ‫نمودارهای زیر فرم کلی سیستم‌های تعبیه و استخراج واترمارک را نشان می‌دهد‪:‬‬

‫شکل ‪ 1‬فرم کلی سیستم های تعبیه واترمارک‬

‫ورودی سیستم واترمارک و ‪ Cover Data‬و یک ‪( key‬کلید) است که ممکن است عمومی (‬ ‫‪ )public‬یا سّری (‪ )secret‬باشد‪ .‬خروجی داده‌ی واترمارک شده است‪ Key.‬برای ایجاد امنیت‬ ‫به کار می‌رود‪.‬‬ ‫شکل ‪ 3‬روند اصلی سیستم‌های ‪ recovery‬را نشان می‌دهد‪:‬‬

‫شکل ‪ 2‬فرم کلی سیستمهای استخراج واترمارک‬

‫ورودی این سیستم داده‌ی واترمارک شده‪ ،‬کلید عمومی یا سری است و بسته به متد به کار‬ ‫رفته داده‌ی اصلی و یا واترمارک اصلی هم به عنوان ورودی لزم است‪ .‬خروجی داده‌ی‬ ‫واترمارک شده‌ی ‪ W‬است یا ممکن است ضریب اطمینان باشد که نشان می‌دهد چقدر احتمال‬ ‫دارد واترمارک داده شده در داده‌ی مورد بررسی وجود داشته باشد‪.‬‬ ‫معرفی‬

‫داده نقاب‪:3‬‬

‫یک ‪ Cover-Data‬یا به طور خلصه یک ‪ Cover‬یک رشته از اعداد|‪ |c‬و ‪ …,i=1,2‬و ‪ ci‬است‪.‬‬ ‫چنین دنباله‌ای می‌تواند صورت دیجیتالی در لحظات مختلف یا نمایی خطی از تصویر باشد که‬ ‫برای تصاویر باینری ‪ ci∈1,2‬و برای تصویر کوانتیزه شده یا صورت به صورت زیر است‪≤0 :‬‬ ‫‪ci≤256‬‬

‫تصویر ‪ C‬می‌تواند بعنوان تابع گسسته باشد که بردار رنگ ‪ )c)x,y‬را به پیکسل ‪ )p)x,y‬نسبت‬ ‫می‌دهد‪.‬‬ ‫هر پیکسل از تصویر بسته‌ به آنکه در چه قالبی باشد به یکی از فرمهای زیر نشان داده‬ ‫می‌شود‪ .‬برای تصاویر ‪ JPEG‬هر پیکسل از سه رنگ قرمز‪ ،‬سبز و آبی تشکیل شده که برای‬

‫‪Cover data3‬‬

‫‪7‬‬

‫نمایش آن هم از همین ‪ RGB‬ها استفاده می‌کنند (هریک از ‪R‬و ‪G‬و ‪B‬ها عددی به خود اختصاص‬ ‫می‌دهد)‪.‬‬ ‫نمایش دیگری نیز وجود دارد که با محاسبه‌ی متغیری به نام ‪(Y‬سطح روشنایی) محاسبه‬ ‫می‌شود‪ .‬در این نوع نمایش هر پیکسل به صورت ‪ YCbCr‬مشخص می‌شود که ‪ Cr‬و ‪ Cb‬مقدار‬ ‫قرمز و آبی بودن را نشان می‌دهد و برای به دست آوردن سطح روشنایی ایده‌های مختلفی به‬ ‫کار برده می‌شود‪ .‬مثل ً ممکن است ‪ Y‬میانگین ‪ R‬و ‪ G‬و ‪ B‬باشد یا می‌تواند از ترکیب خطی ‪ R‬و‬ ‫‪ G‬و ‪ B‬تشکیل شود‪:‬‬ ‫‪Y=0.299R+0.587G+0.114B‬‬

‫‪4‬انواع متدهای ‪:watermarking‬‬ ‫تقسیم بندی سیستم‌های واترمارکینگ بر اساس نوع ورودی و خروجی بدین ترتیب است‪:‬‬ ‫•واترمارکینگ غیرکور خصوصی‪:4‬‬ ‫در این‌جا برای استخراج یا یافت واترمارک به اصل داده ی نقاب (‪ )cover-data‬نیاز دارند‪:‬‬ ‫‪ -1‬نوع اول از این سیستم‌ها از ‪ cover-data‬اصلی برای استخراج واترمارک و تشخیص آنکه‬ ‫واترمارک‌ها در کجای داده وجود دارد‪ ،‬استفاده می‌کند‪.‬‬ ‫‪-2‬نوع دوم این سیستمها یک کپی از واترمارک تعبیه شده نیاز دارد و فقط می‌تواند بگوید که‬ ‫آیا داده‌ی پنهان نگاری شده حاوی واترمارک هست یا نه!‬ ‫•واترمارکینگ شبه کور‬

‫‪5‬‬

‫این سیستم از ‪ cover-data‬اصلی برای جستجو استفاده نمی‌کند بلکه فقط وجود یا یا عدم‬ ‫وجود واترمارک را پاسخ می‌دهد (این برنامه‌های کاربردی برای شهادت دادن در دادگاهها به کار‬ ‫می‌رود)‪.‬‬ ‫•واترمارکینگ کور عمومی‪:6‬‬ ‫در این‌جا نه ‪ cover-data‬و نه واترمارک تعبیه شده برای استخراج لزم نیستند‪ .‬این روش‬ ‫معمای چالش برانگیز است!‬ ‫بعضی از موارد مهم پنهان سازی را نیز معرفی می‌کنیم‪:‬‬

‫‪Private Non-blind Watermarking4‬‬ ‫‪Semi-private (semi-blind) Watermark5‬‬ ‫‪public blind watermarking6‬‬

‫‪8‬‬

‫ کانال‌های مخفی‪ 7‬در سیستم‌های عامل‪ :‬کانالهای مخفی می‌توانند وقتی به وجود آیند که یک‬‫بخش از سیستم –که در سطح امنیت خاصی عمل می‌کند‪ -‬بتواند به بخش دیگر سیستم با‬ ‫سطح امنیت دیگر‪ ،‬سرویس بدهد‪.‬‬ ‫ سیستم‌های ارتباطات ویدئویی‪:‬‬‫پنهان نگاری ‪ ))Steganography‬می‌تواند برای تعبیه کردن پیام‌های سّری در یک ویدئو به‬ ‫کار رود‪.‬‬ ‫ پنهان سازی داده در فایل‌های ‪:EXE‬‬‫فایلهای قابل اجرا (‪ )Executable‬بخشهای مازادی علوه بر دستورات برنامه ریزی شده‌ی خود‬ ‫دارند که می‌تواند برای پنهان کردن پیام استفاده شود‪.‬‬

‫‪5‬روشهای پنهان‌سازی ‪:Embedding Methods‬‬ ‫روش‌های جایگزینی داده‪:‬‬ ‫•جایگزینی در ‪:LSB‬‬ ‫هر یک از ‪ R1,G1,B1,…,RN,GN,BN‬ها به صورت دنباله‌ از بیت‌ها می‌باشد که برای جاسازی‬ ‫بیت‌های پیام در تصویر از کم ارزش‌ترین بیت ‪ 1‬هر یک یا بعضی از ‪ R‬و ‪ G‬و ‪B‬ها استفاده‬ ‫می‌کنند‪ .‬یعنی ‪ LSB‬بلوک باینری ‪ cki‬ام با بیت ‪m‬ام از پیام سری جابجا می‌شود و متدهای‬ ‫مختلف واترمارکینگ در این بخش متفاوت هستند که چگونه ‪ ki‬را انتخاب کنند (انتخاب ِ‪LSB‬‬ ‫همه یا بعضی از بلوک‌ها)‪ .‬مثل ً ممکن است ‪ ki+1=ki+ri‬باشد که ‪ ri‬یک دنباله از اعداد شبه‬ ‫تصادفی است‪.‬‬ ‫•جایگزینی در بیت‌های ‪:Parity‬‬ ‫اگر بیت ‪ Parity‬از بلوک ‪ cki‬برابر با ‪ mi‬است این بلوک دست نمی‌خورد در غیر این صورت‬ ‫یکی از بیت‌هایش تغییر می‌کند‪.‬‬ ‫•جایگزینی در تصاویر باینری‪:‬‬ ‫اگر تصویر ‪ ci‬تعداد بیشتری پیکسل سیاه نسبه به پیکسلهای سفید دارد و ‪ mi=1‬است‪ ci ،‬تغییر‬ ‫نخواهد کرد‪ .‬در غیر این صورت جزئی از پیکسل‌های سیاه و سفید تغییر می‌کند (با تغییر دادن‬ ‫پیکسل‌هایی که همسایه‌ی پیکسل‌های با رنگ مخالف هستند)‪.‬‬ ‫در این‌جا به بررسی یک الگوریتم مبتنی بر تبدیل گسسته کسینوسی یا ‪DCT )Digital Cosine‬‬ ‫‪ )Transform‬می‌پردازیم‪.‬‬

‫فرض کنید ‪ X‬تصویر اصلی (خاکستری) با سایز ‪ N1×N2‬باشد و تصویر دیجیتالی واترمارک‬ ‫شده‌ی ‪ W‬نیز با سایز ‪ M1×M2‬باشد‪ .‬در واترمارک پیکسل‌های مارک شده ارزش ‪ 1‬و بقیه‬ ‫ارزش صفر دارند‪.‬‬ ‫از آنجا که محدوده‌ی با فرکانس میانی از تصویر اولیه در طول فرآیند ‪ ،watermark‬پردازش‬ ‫می‌شود‪ ،‬دقت تصویر ‪ W‬کوچکتر از تصویر اصلی ‪ X‬خواهد بود‪ .‬برای مثال برای هر بلوک ‪8×8‬‬ ‫‪Covert channels7‬‬

‫‪9‬‬

‫تصویر‪ ،‬فقط ‪ M1×M2N1×N2×64‬ضریب برای ‪ embedding‬استفاده خواهد شد‪ .‬نسبت‬ ‫‪ M1×M2‬و ‪ N1×N2‬مقدار اطلعاتی که می‌توان در تصویر پنهان کرد را تخمین می‌زند‪.‬‬ ‫در حالت کلی برای بیشتر پنهان سازی غیرقابل رؤیت و قوی‪ ،‬مقدار اطلعاتی که ‪embed‬‬

‫می‌شود باید کاهش یابد‪.‬‬ ‫تصویر اصلی ‪ X‬و تصویر ‪ watermark‬شده‌ی ‪ W‬به این صورت نمایش داده می‌شوند‪:‬‬ ‫‪X=xi,j , 0≤i≤N1 , 0≤j≤N2‬‬

‫و ‪ x)i,j(∈0 , …, 2L-1‬که ‪ L‬تعداد بیت‌هایی است که در هر پیکسل استفاده شده‪.‬‬ ‫‪W=wi,j , 0≤i≤M1 , 0≤j≤M2 , w)i,j(∈0 ,1‬‬

‫تصویر ‪ X‬از بلوکهای ‪ 8×8‬تشکیل شده که تعداد آنها ‪ N18×N28‬است‪ .‬برای آنکه همین تعداد‬ ‫بلوک نهایتا ً برای تصویر ‪ X‬به دست آید‪ ،‬تصویر واترمارک شده ‪ W‬به چندین بلوک با سایز‬ ‫‪ M1×8N1×M2×8N2‬تجزیه می‌شود‪ .‬برای مثال اگر ‪ M1=N12‬و ‪ M2=N22‬باشد سایز‬ ‫بلوکهای ‪ watermark‬برابر ‪ 4×4‬خواهد شد و اگر ‪ M1=N14‬و ‪ M2=N24‬سایز بلوک‬ ‫‪ watermark‬برابر با ‪ 2×2‬می‌شود‪ .‬بقیه سطر و ستون‌ها اضافه خواهند شد تا تصویر ور‬ ‫بلوکهای واترمارک را کامل کنند‪.‬‬

‫‪5.1‬جایگشت شبه تصادفی ‪watermark‬‬ ‫در این روند هر بلوک واترمارک با استفاده از «انتقال بلوک» ‪-‬به جای انتقال قالب کامل‪-‬‬ ‫تعبیه‪ ‌8‬می‌شود‪ .‬بنابراین هر بلوک واترمارک در سرتاسر بلوکهای متناظر خود از تصویر به جای‬ ‫کل تصویر‪ ،‬پراکنده می‌شود‪.‬‬ ‫‪ cropping‬در امان باشد‪ ،‬یک عدد شبه تصادفی دوبعدی با روش‬ ‫‌‬ ‫برای آنکه واترمارک از‬ ‫متقاطع استفاده می‌شود تا جایگشت ‪ watermark‬را برای پراکنده سازی به وجود آورد‪:‬‬ ‫‪wp=permute w‬‬ ‫‪Wp= wpi,j=wi',j' , 0≤i,j≤M1 and 0≤i',j'≤M2‬‬

‫که پیکسل ‪ 'i',j‬جایگشتی از پیکسل ‪ i,j‬به ترتیب شبه تصادفی است‪ .‬در اینجا جایگشت بدین‬ ‫گونه اجرا می‌شود‪ :‬ابتدا هر پیکسل از تصویر را با اعداد بین ‪ 0‬تا ‪ M1×M2‬شماره‌گذاری کنید‪- .‬‬ ‫شماره گذاری بصورت زیگزاگی انجام میشود‪ .‬فلسفه شماره گذاری زیگزاگی‪ :‬ضرایب هم‬ ‫فرکانس دنبال هم قرار گیرند تا کدینگ یا فشرده سازی با حداکثر کارایی انجام شود‪-‬سپس‬ ‫اعداد تصادفی برای هر پیکسل را تولید کنید و در آخر با نگاشت اعداد تصادفی به دنباله‌ی‬ ‫اعداد دوبعدی جفت‌های متناوب بسازید‪ .‬برای مثال برای یک واترمارک دیجیتال با سایز ‪×128‬‬ ‫‪ 128‬از یک شیفت رجیستر با فیدبک خطی استفاده کرده و اعداد تصادفی از ‪ 1‬تا ‪ 16383‬تولید‬ ‫کنید‪ .‬سپس برای هر عنصر از دنباله با شماره‌ی ‪ )M، )M div 128‬و (‪ )M mod 128‬را محاسبه‬ ‫کرده و بعنوان جایگشت‌های افقی و عمودی به کار ببرید‪.‬‬

‫‪Embed8‬‬

‫‪10‬‬

‫‪5.2‬جایگشت وابسته به تصویر و مبتنی بر بلوک ‪:watermark‬‬ ‫[‪]1,2‬برای آنکه غیرقابل رؤیت بودن واترمارک را در تصویر بهبود ببخشیم‪ ،‬باید‬ ‫ویژگی‌های تصویر اصلی را در نظر بگیریم‪ .‬برای مثال تغییر فرکانسهای بال یا نقاط با‬ ‫سطح روشنایی زیاد‪ ،‬کمتر قابل درک است‪.‬‬ ‫این چنین ویژگی‌های وابسته به تصویر می‌تواند برای بهم آمیختن اعداد شبه تصادفی با‬ ‫جایگشت‌های ‪ watermark‬استفاده شود تا با حساسیت چشم انسان متناسب شود‪.‬‬ ‫برای هر بلوک از تصویر با سایز ‪ ،8×8‬واریانس‌ها –که بعنوان معیاری از غیرقابل رؤیت بودن‬ ‫تحت تعبیه‌ی واترمارک استفاده می‌شوند‪ -‬محاسبه و مرتب می‌شوند‪ .‬برای هر بلوک واترمارک‬ ‫با سایز ‪ M1×8N1×M2×8N2‬مقدار اطلعات (مقدار پیکسل‌های علمت گذاری شده) نیز‬ ‫مرتب خواهد شد‪ .‬سپس هر بلوک واترمارک‪ ،‬متناظر با بلوکهای تصویر مرتب شده‪( ،‬به هم‬ ‫آمیخته می‌شود)‪:‬‬

‫که بلوک ‪ 'k',l‬بر زده شده‌ی بلوک ‪ k,l‬است‪ .‬مثالی از این نوع جایگشت در شکل زیر آمده‬ ‫است‪:‬‬

‫شکل ‪ 3‬جایگشت وابسته به تصویر و مبتنی بر بلوک‬

‫‪5.3‬انتقال بلوکهای تصویر‪:‬‬ ‫از آنجا که تبدیل کسینوسی گسسته (‪– )DCT‬مورد استفاده‌ی ‪ -JPEG‬روی بلوکهای ‪8×8‬‬ ‫اعمال می‌شود‪ ،‬تصویر ‪( X‬ورودی) به بلوکهای ‪ 8×8‬تقسیم شده و روی هر بلوک به طور‬ ‫مستقل تبدیل ‪ DCT‬انجام می‌شود‪Y=FDCTX:‬‬

‫‪11‬‬

‫‪5.4‬انتخاب ضرایب فرکانس میانی‪:‬‬ ‫همانطور که گفته شد‪ ،‬چشم انسان به نویز در فرکانسهای پایین نسبت به فرکانسهای بال‬ ‫حساس‌تر است‪ .‬اما انرژی بیشتر تصاویر طبیعی در فرکانسهای پایین‌تر جمع شده و اطلعات‬ ‫موجود در فرکانس‌های بالتر ممکن است بعد از عملیات کوانتیزه کردن و فشرده‌سازی پر‬ ‫اتلف (‪ )JPEG‬از دست برود‪ .‬به منظور تعبیه کردن واترمارکی که بتواند از اتلف در امان باشد‬ ‫به این نتیجه می‌رسیم که واترمارک خود را در فرکانسهای میانی تعبیه کنیم‪ .‬بدین‌ منظور‪ ،‬برای‬ ‫هر بلوک تصویر ‪ 8×8‬فقط ‪ M1×M2N1×N2×64‬ضریب از ‪ 64‬ضریب ‪ DCT‬انتخاب می‌شود‪.‬‬ ‫پس ضریب‌های انتخاب شده به بلوک‌‌های کاهش یافته با سایز ‪ M1×8N1×M2×8N2‬نگاشته‬ ‫می‌شوند‪ .‬به این معنی که ضرایب فرکانس میانی که از تصویر ‪ N1×N2‬انتخاب شده‌اند جمع‬ ‫آوری می‌شوند تا تصویر کاهش یافته ‪ M1×M2‬را –که وضوح یکسانی با واترمارک باینری دارد‪-‬‬ ‫بسازد‪.‬‬

‫برای مثال اگر ‪ M1=N12‬و ‪ M2=N22‬فقط ‪ 16‬ضریب ‪ DCT‬در فرآیند پنهان‌سازی پردازش‬ ‫می‌شوند‪ ،‬و بقیه‌ی ‪ 48‬ضریب ‪ DCT‬بدون تغییر می‌ماند‪ .‬شکل ‪ 4‬مثالی از ضرایب فرکانس‬

‫‪12‬‬

‫میانی را نشان می‌دهد که به بلوک ‪ 4×4‬نگاشته شده‬

‫شکل ‪ 4‬ضرایب فرکانس میانی نگاشته شده به بلوک ‪4‬در ‪4‬‬

‫‪5.5‬اصلح ضرایب ‪:DCT‬‬ ‫تا کنون واترمارک جایگشت داده شده و تصویر کاهش یافته را (که حاوی ضرایب فرکانس‬ ‫میانی تصویر اصلی است) به دست آوردیم که هر دو سایز ‪ M1×M2‬را دارند‪ .‬برای هر بلوک‬ ‫واترمارک با سایز ‪ ،M1×8N1×M2×8N2‬بلوک تصویر کاهش یافته با همان سایز در موقعیت‬ ‫متناظر تغییر خواهد کرد تا پیکسل‌های واترمارک شده تعبیه شوند‪ .‬در این جا تعبیه کردن هر‬ ‫پیکسل واترمارک شده با تغییر قطبیت بین پیکسل‌های نظیر به نظیر در بلوکهای همسایه روش‬ ‫مؤثری است برای آنکه غیرقابل رؤیت بودن و پایداری تصویر در برابر فشرده سازی ‪ JPEG‬با‬ ‫بهره‌ی کم به دست آید‪.‬‬ ‫این متد در برابر فشرده‌سازی‌های با بهره‌ی بالتر (‪ )ratio≤6‬مقاوم نیست‪ .‬در اینجا به بررسی‬ ‫دو روش آن می‌پردازیم‪:‬‬ ‫‪5.5.1‬پنهان‌سازی با استفاده از قطبیت بلوکهای مجاور‪:‬‬ ‫یک نقاب مازاد دوبعدی برای محاسبه‌ی قطبیت ضرایب فرکانس میانی بین بلوکهای مجاور‬ ‫استفاده می‌شود‪ .‬مثل ٌ در شکل ‪ 5‬اگر ‪ a=b=c=0، e=1‬و ‪ d=-1‬باشد قطبیت الگوی باینری‬ ‫خواهد داشت‪ .‬بدین صورت که اگر ضریب موجود در هر موقعیت از بلوک کاهش یافته بزرگتر‬ ‫از ضریب نظیر آن در بلوک کاهش یافته‌ی قبلی باشد‪ ،‬قطبیت را ‪ 1‬و اگر کمتر باشد قطبیت را‬ ‫‪ 0‬فرض می‌کنیم‪.‬‬

‫‪13‬‬

‫و داریم‪:‬‬

‫شکل ‪ 5‬پنهان‌سازی با استفاده از قطبیت بلوکهای مجاور‬

‫بعد از آنکه الگوی قطبیت باینری به دست آمد برای هر پیکسل مارک شده از واترمارک‪،‬‬ ‫ضرایب ‪ DCT‬مطابق با نقاب مازاد‪ ،‬تغییر داده می‌شوند تا قطبیت مربوط را معکوس کنند‪:‬‬

‫سپس ‪ Yr‬از ‪ P‬ساخته می‌شود به طوری که اختلف بین ‪ Yr‬و ‪ Yr‬کمینه یا احدقل از حد‬ ‫آستانه‌ای که کاربر تعریف می‌کند کمتر شود‪:‬‬

‫‪14‬‬

‫در این فرمول تابع ‪ Expend، Yr‬را بر اساس قطبیت ‪ P‬تولید می‌کند‪ .‬برای مثال طبق قرارداد‬ ‫ضریب اولیه‌ی ‪ )yri0,j0=yr)i0,j0‬را در نظر می‌گیریم و ضرایب بلوکهای همسایه را مطابق با‬ ‫نقاب مازاد اضافه (یا کم) می‌کنیم تا با قطبیت نظیر به نظیر آن ‪ Pi0,j0‬منطبق شود‪ .‬سپس با‬ ‫تغییر دادن ضرایبی که در قطبیت ضرایب پردازش شده‌ی قبلی تأثیر ندارند‪ ،‬برای ضرایب‬ ‫متوالی همین عمل را انجام می‌دهیم‪.‬‬ ‫برای افزایش غیرقابل رؤیت بودن‪ ،‬قطبیت باید برای قدر مطلق هر ضریب محاسبه شود به‬ ‫طوریکه علمت (مثبت یا منفی) ضرایب حفظ شود تا تغییرات ایجاد شده کاهش یابد‪.‬‬ ‫بعلوه بدین منظور که از اتلف در فرایند ‪ JPEG‬در امان باشیم‪ ،‬اثر کوانتیزه کردن که در ‪JPEG‬‬ ‫‪ )CODEC )Coder/Decoder‬استفاده می‌شود‪ ،‬باید در نظر گرفته شود‪ .‬شکل ‪ a.4‬جدول‬ ‫کوانتیزاسیون سطح روشنایی برای ‪ JPEG‬استاندارد را نشان می‌دهد که معمول ً وقتی توسط‬ ‫نمایشگرهای با کیفیت بال دیده می‌شود تصویر مصنوعی قابل درکی است‪ .‬شکل ‪ b.4‬جدول‬ ‫کوانتیزاسیون دیگری را نشان می‌دهد که در بیشتر نرم‌افزارهای ‪ JPEG‬استفاده می‌شود‪.‬‬

‫مقدارهای آن تقریبا ً نصف مقدارهای نظیرش در جدول اول است‪.‬‬

‫بر پایه‌ی یک جدول کوانتیزاسیون مرجع‪ ،‬قطبیت بعد از کوانتیزه و دکوانتیزه شدن‪ ،‬قطبیت‬ ‫ضرایبت محاسبه می‌شود‪ .‬بنابراین در صورت حمله‌ی کوانتیزاسیون‪ ،‬پیکسل‌های مارک شده‬ ‫صحیح باید بیرون کشیده شود‪ ،‬بدین معنی که قطبیت باید به این صورت باشد‪:‬‬

‫که ‪ Qi,j‬مقدار کوانتیزاسیون در نقطه‌ی ‪ i,j‬است‪.‬‬ ‫چون کوانتیزاسیون بسیاری از ضرایب را صفر می‌کند (مخصوصا ً ضرایب مربوط به‬ ‫فرکانسهای بالتر)‪ ،‬اگر تغییرات ضرایب به اندازه‌ی کافی بزرگ نباشد بیشتر ضرایب با‬ ‫فرکانس میانی‪ ،‬بعد از کوانتیزاسیون درشت‪ ،9‬صفر خواهند شد‪ .‬بعلوه برای آنکه قطبیت را‬ ‫حذف کنیم و کوانتیزاسیون را سپری کنیم‪ ،‬نه تنها ضرایب فرکانسی میانی در بلوکهای جاری‬ ‫باید اصلح شوند‪ ،‬بلکه تمام بلوکهای همسایه که در قاب مازاد درگیر بوده‌اند نیاز دارند که با‬ ‫مقدار مشابه تغییر کنند‪ .‬بنابراین با وجود بقاء تصویر بعد از فشرده سازی پر اتلف‪ ،‬تصویر‬ ‫‪Coarse Quantization9‬‬

‫‪15‬‬

‫واترمارک شده که توسط تغییرات بزرگ تعبیه شده‪ ،‬به طور قابل درکی معادل با تصویر اصلی‬ ‫نخواهد بود‪.‬‬ ‫‪5.5.2‬پنهان سازی در هر بلوک‪:‬‬ ‫در این روش ضرایب ‪( DC‬به جای ضرایب فرکانس میانی از بلوکهای مجاور) استفاده‬ ‫می‌شوند که معتبرتر هستند‪:‬‬

‫برای هر پیکسل مارک شده ضرایب نظیر را اضافه (یا کم) می‌کنیم‪ .‬بدین ترتیب ضریب تغییر‬ ‫یافته ‪ Yr‬مقدار معکوس قطبیت ‪ P‬را خواهد داشت‪.‬‬

‫‪5.6‬تبدیل بلوک وارونه‪:‬‬ ‫در آخر ضرایب تغییر یافته فرکانس میانی ‪ Yr‬را به ‪ Y‬نگاشت می‌دهیم تا ‪ Y‬بدست آید‪.‬‬ ‫سپس تبدیل ِ‪ DCT‬نتایج مربوط را معکوس می‌کنیم تا تصویر ‪ embed‬شده بدست آید‪.‬‬ ‫‪ X=IDCTY‬شکل ‪( 6‬نمونه استاندارد مورد استفاده اغلب محققان ) مراحل واترمارک که تاکنون‬ ‫تشریح شد با استفاده از تصویر مورد آزمایش به سایز ‪ 256×256‬را نشان می‌دهد که یک‬ ‫کلمه‌ی چینی با سایز ‪ 128×128‬به عنوان واترمارک باینری در آن تعبیه شده است‪.‬‬

‫‪16‬‬

17

‫شکل ‪ 6‬اعمال مراحل واترمارک روی تصویر ‪Lena‬‬

‫‪6‬روشهای استخراج واترمارک‪:‬‬ ‫برای خارج کردن واترمارک به تصویر اصلی نیاز داریم و هم‌چنین واترمارک یا جایگشت‬ ‫وابسته به تصویر که در مراحل ‪ embedding‬استفاده شد مورد نیاز است‪ .‬مراحل استخراج‬ ‫بدین ترتیب است‪:‬‬

‫‪6.1‬تبدیل بلوک‪:‬‬ ‫روی تصویر اصلی (‪ )X‬و تصویر مورد سؤال (‪ )X‬تبدیل ‪ DCT‬انجام می‌شود‪.‬‬ ‫‪Y=FDCTX‬‬ ‫‪Y=FDCTX‬‬

‫و سپس‪:‬‬ ‫‪P=PolarityYr‬‬ ‫‪P=PolarityYr‬‬

‫‪ 6.2‬تولید الگوهای قطبیت‪:‬‬ ‫تصاویر کاهش یافته را که فقط شامل ضرایب فرکانس‌های میانی است‪ ،‬تولید می‌کنیم و‬ ‫سپس از این ضرایب ‪ DCT‬برای تولید الگوهای قطبیت استفاده می‌کنیم‪:‬‬ ‫‪Yr=Reduce Y‬‬ ‫‪Yr=Reduce Y‬‬

‫روی این او الگوی قطبیت ‪ XOR‬را اعمال می‌کنیم تا اطلعات باینری جایگشت شده به دست‬ ‫آید‪:‬‬ ‫‪Wb=XOR P,P‬‬

‫در حالیکه‪:‬‬

‫‪6.3‬وارون کردن جایگشت وابسته به تصویر و مبتنی بر بلوک‪:‬‬ ‫نگاشت جایگشت وابسته به تصویر می‌تواند حتی با ذخیره کردن آن به عنوان یک فایل در‬ ‫طول گامهای پنهان سازی به دست آید‪ .‬بر اساس نوع نگاشت جایگشت ‪ Wb‬را معکوس کنید تا‬ ‫‪ Wp‬به دست آید‪.‬‬

‫‪6.4‬معکوس کردن جایگشت شبه تصادفی‪:‬‬ ‫جایگشت ‪ Wb‬را معکوس می‌کنیم تا واترمارک ‪ W‬به دست آید‪:‬‬ ‫‪18‬‬

‫که ‪ 'i',j‬جایگشت وارون شده‌ی ‪ i,j‬هستند (با توجه به روش تولید اعداد شبه تصادفی که قبلً‬ ‫تعریف شده است)‪.‬‬

‫‪6.5‬اندازه‌گیری شباهت‪:‬‬ ‫در روند مورد بررسی‪ ،‬واترمارک خارج شده الگویی است که توسط چشم قابل رؤیت‬ ‫است‪ .‬بیننده می‌تواند نتیجه را با واترمارک مرجع به طور ذهنی مقایسه کند‪ .‬اگرچه اندازه‌گیری‬ ‫ذهنی به عواملی مانند مهارت یا دانش بیننده (در مشاهده کردن)‪ ،‬شرایط تجربی و ‪ ...‬بستگی‬ ‫می نیاز است تا قضاوت عینی در باره‌ی درستی واترمارک خارج‬ ‫دارد‪ .‬بنابراین یک محاسبه‌ی ک ّ‬ ‫شده را به دست دهد‪ .‬معیار شباهت بین واترمارک ‪ W‬و واترمارک خارج شده‌ی ‪ W‬را این‌ چنین‬ ‫تعریف می‌کنیم‪:‬‬

‫شکل ‪ 7‬مراحل استخراج واترمارک را با تصویر نشان می‌دهد‪.‬‬

‫‪19‬‬

20

‫شکل ‪ 7‬مراحل استخراج واترمارک‬

‫‪7‬کلید رمز ‪User key‬‬ ‫کلید کاربر به عنوان رمزی است که می‌تواند فرایندهای مختلف پنهان سازی را با استفاده‬ ‫از تکنولوژی مشابه انجام دهد‪ .‬بعلوه یک «‪ »user key‬به عنوان یک پارامتر در طول گامهای‬ ‫استخراج واترمارک به کار می‌رود‪ .‬در این جا یک ‪ user key‬باید موارد زیر را تعریف کند‪:‬‬ ‫‪ - 1‬جستجوی الگوی تولید کننده‌ی اعداد شبه تصادفی‪:‬‬ ‫موقعیت اولیه‌ی جایگشت شبه تصادفی باید تعریف شود که می‌تواند هر عددی بین ‪ 1‬تا‬ ‫‪ M1×M2‬باشد‪.‬‬ ‫‪ -2‬انتخاب ضرایب فرکانسهای میانی‪:‬‬ ‫تعداد ‪ M1×M2N1×N2×64‬ضریب فرکانس میانی باید از بین ‪ 64‬ضریب ‪ DCT‬برای هر بلوک‬ ‫جدا شود که در ‪ user key‬ضرایبی که قرار است پردازش شوند باید مشخص شود‪.‬‬ ‫‪ -3‬نگاشت ضرایب انتخاب شده به بلوکهای کاهش یافته‪:‬‬ ‫روشهای مختلفی برای این نگاشت وجود دارد‪ .‬چگونگی این نگاشت باید توسط ‪‌user key‬‬ ‫مشخص باشد‪.‬‬

‫‪8‬سایز واترمارک‪:‬‬ ‫با استفاده از واترمارکهای قابل رؤیت مقداری –نه چندان کم‪ -‬اطلعات می‌تواند در تصویر‬ ‫اصلی تعبیه شود‪ .‬بطور آشکار وقتی نسبت ‪ M1×M2‬و ‪ N1×N2‬بزرگتر می‌شود‪ ،‬تعداد ضرایب‬ ‫‪ DCT‬که در پنهان سازی درگیر هستند‪ ،‬کوچکتر خواهد شد‪ .‬در چنین شرایطی ‪invisibility‬‬ ‫(نامرئی بودن) بیشتر خواهد شد‪.‬‬ ‫بعلوه چند بار واترمارک کردن یا بطور تکراری تعبیه کردن واترمارکهای یکسان‪ ،‬برای قوی‌تر‬ ‫کردن واترمارک مؤثر است‪ .‬برای مثال اگر ‪ M1=N14‬و ‪ M2=N24‬پس فقط ‪ 4‬ضریب‬ ‫فرکانسی میانی از ‪ 64‬ضریب برای واترمارک باید انتخاب شود که همان‌طور که در شکل ‪16‬‬ ‫مشخص است‪ 3 ،‬واترمارک می‌تواند در یک تصویر تعبیه شود (با استفاده از ‪ user key‬های‬ ‫مختلف که ضرایب مختلفی از بلوک تصویر را انتخاب می‌کنند)‪.‬‬

‫‪9‬مقایسه‌ی ‪ Stegonography‬و ‪: Watermarking‬‬ ‫[‪]6‬یکی از مهم‌ترین ویژگی های اطلعات دیجیتال آن است که بسیار راحت تولید‬ ‫می‌شود و قابلیت آن را دارد که تعداد نامحدودی کپی از آن گرفته شود‪ .‬که این شامل‬ ‫موسیقی‪ ،‬فیلم‪ ،‬عکس و ‪ ...‬می‌شود‪ .‬بنابراین مشکلت زیادی را با توجه به حفظ مدارک‬ ‫و حقوق تولید ناشی می‌شود‪ .‬این حقیقت نیازمند تحقیق در باره‌ی راههای تعبیه اطلعات‬ ‫‪ Copyright‬و ‪Serial Number‬ها و داده‌ است‪.‬‬

‫‪21‬‬

‫پنهان نگاری و واترمارکینگ باعث به وجود آمدن انواع زیادی از روشهای پنهان کردن اطلعات‬ ‫به طور نایافتنی و یا غیرقابل انتقال در داده می‌شود‪.‬‬ ‫پنهان نگاری و واترمارکینگ دو بخش اصلی حوزه‌ی وسیع ‪ Information Hiding‬هستند‪.‬‬ ‫‪ Stegonography‬در مقابل ‪:Watermarking‬‬ ‫تفاوتهای این دو را بررسی می‌کنیم‪:‬‬ ‫هدف اصلی پنهان‌نگاری پنهان کردن پیام ‪ m‬در داده‌ی ‪( 'd‬صوت یا تصویر) است تا داده‌ی جدید‬ ‫‪ 'd‬بدست آید که عمل ً توسط انسان غیرقابل تشخیص از ‪ d‬است به طوری که فردی که‬ ‫استراق سمع می‌کند نمی‌تواند وجود ‪ m‬را در ‪ 'd‬تشخیص دهد‪.‬‬ ‫هدف اصلی واترمارکینگ نیز پنهان کردن پیام ‪ m‬در داده‌ی ‪ d‬است تا داده‌ی ‪ 'd‬به دست آید که‬ ‫غیر قابل تشخیص از ‪ d‬است به طوری که فرد مستمع نتواند ‪ m‬را از ‪ d‬جدا یا جابجا کند‪.‬‬ ‫هم‌چنین گفته می‌شود که هدف پنهان‌نگاری پنهان کردن پیام در ارتباطات یک به یک ‪ 1‬است‪ ،‬در‬ ‫حالی که واترمارکینگ در ارتباط یک با چند نفر ‪ 2‬است‪.‬‬ ‫معمول ً متدهای پنهان نگاری نیاز ندارند که امنیت زیادی در برابر ‪ removing‬یا تغییر پیام پنهان‬ ‫شده‪ ،‬داشته باشند‪ ،‬در حالیکه روشهای واترمارکینگ باید مقابل عملیات ‪ remove‬و تغییرات‬ ‫پیام بسیار مقاوم باشند‪.‬‬

‫‪10‬کاربردها و حملت‪:‬‬ ‫کاربردهای ‪:Stegonography‬‬ ‫•ایجاد ارتباطات سّری امن در جایی که متدهای پنهان شناسی ‪ 1‬در دسترس نیست‪.‬‬ ‫•در بعضی شرایط مثل کاربردهای ارتش برای ارتباطات محرمانه‪.‬‬ ‫•در کاربردهای پزشکی‪ ،‬در تصاویر پزشکی از پنهان‌نگاری بسیار استفاده می‌شود‪.‬‬ ‫کاربردهای ‪:Watermarking‬‬ ‫کاربرد عمده‌ی واترمارکینگ در بوجود آوردن مدرک حق مالکیت اسناد دیجیتال است‪.‬سایر‬ ‫کاربردها‪:‬‬ ‫‪Copyright Watermarks -1‬‬ ‫‪Fingerprint Watermarks -2‬‬ ‫‪Broadcast Watermarks -3‬‬ ‫‪Annotation Watermarks -4‬‬ ‫‪Integrity Watermarks -5‬‬ ‫‪Data Hiding Watermarks -6‬‬

‫‪ :Copyright Watermarks -1‬تصاویر را با اطلعاتی از قبیل مالک یا سازنده‌ی آن مارک دار‬ ‫می‌کنیم‪ .‬هم‌چنین جستجوی تصویر در رشته ویدئویی ساده‌تر می‌شود‪.‬‬ ‫‪22‬‬

‫نوعا ً این واترمارک‌ها باید خیلی قوی ‪ 1‬باشند و می توانند قابل رؤیت یا غیرقابل رؤیت و‬ ‫عمومی یا خصوصی باشند‪.‬‬

‫‪:Fingerprint Watermarks -2‬‬ ‫برای پیگیری و ردیابی کردن کپی‌های یک تصویر به کار می‌رود‪ .‬همچنین می‌تواند عامل یک‬ ‫فعالیت جاسوسی را شناسایی کند و سخت افزار احراز هویت را فعال می‌کند‪.‬‬ ‫معمول ً غیر قابل رؤیت و خصوصی است و باید بسیار قوی باشد‪.‬‬ ‫‪:Broadcast Watermarks -3‬‬ ‫برای جلوگیری از کپی شدن رسانه‌ها به کار رفته و برای وسیله‌های سخت‌افزار و نرم‌افزاری‬ ‫ت ‪ Copyright‬ایجاد می‌کند‪ .‬همچنین از جعل پول رایج‪ ،‬گذرنامه‪ ،‬گواهینامه و ‪ ...‬جلوگیری‬ ‫حفاظ ِ‬ ‫می‌کند‪.‬‬ ‫اغلب اوقات غیرقابل رؤیت و عمومی است و باید بسیار قوی باشد‪ .‬در بعضی شرایط خاص‬ ‫قابل رؤیت است (مثل ً در زیر نوع خاصی از نور)‪.‬‬ ‫‪:Annotation Watermarks -4‬‬ ‫تکنیکی را بوجود آورد تا بتوان اطلعاتی راجع به تصویر (‪ )Metadata‬را در خودش تعبیه کرد و‬ ‫می‌تواند شامل اطلعاتی از قبیل ‪ Keyword‬ها‪ ،‬تاریخ‪ ،‬مکان و تفسیر صاحب آن باشد‪.‬‬ ‫این واترمارک‌ها غیرقابل رؤیت و عمومی هستند و باید تا حد امکان قوی باشند‪.‬‬ ‫‪:Integrity Watermarks -5‬‬ ‫اطمینان می‌دهد که یک تصویر تغییر پیدا کرده یا حداقل روشن می‌کند که از زمانی که اصل آن‬ ‫ساخته شده‪ ،‬تغییر کرده است‪ .‬این واترمارکها نوعا ً بسیار شکننده هستند به طوری که حتی‬ ‫تغییرات بسیار کوچک در تصویر تغییرات شدیدی در واترمارک تولید می‌کند‪.‬‬ ‫می‌توانند قابل رؤیت یا غیرقابل رؤیت باشند و هم‌چنین عمومی یا خصوصی باشند‪ ،‬اما همیشه‬ ‫بسیار شکننده‌اند‪.‬‬ ‫‪:Data Hiding Watermarks -6‬‬ ‫برای این منظور استفاده می‌شود که اطلعات سری یا پنهانی را در یک تصویر مخفی کند‪.‬‬ ‫می‌تواند برای افزایش امنیت رمزگذاری شود‪ .‬همیشه غیرقابل رؤیت است و باید بسیار قوی‬ ‫باشد‪ .‬با توجه به سناریوی مورد استفاده می‌تواند خصوصی یا عمومی باشد‪.‬‬ ‫استحکام (‪ :)Robustness‬هرچه اطلعات بیشتری در تصویر ذخیره کنیم استحکام کمتری‬ ‫خواهد داشت که البته در هر تصویر ظرفیت محدودی از اطلعات را می‌توان پنهان کرد‪ .‬در‬ ‫‪ Robustness‬این عوامل نیز مؤثر هستند‪ )SNR )Signal to Noise Ratio :‬که یکی از معیارهای‬ ‫دیداری مبتنی بر پیکسل است و عامل دیگر خصوصیت ادراکی است که استفاده از مناطقی‬ ‫که تضاد رنگی زیادی ندارند مد نظر می‌باشد‪.‬‬ ‫برای داشتن استحکام باید نسبت به موارد زیر مقاوم باشد‪ :‬فشرده سازی‪ ،‬تبدیلت هندسی‬ ‫‪ Rotate‬کردن‪ Crop ،‬کردن و تغییر اندازه)‪ ،‬تکنیک‌هایی نظیر‬ ‫‌‬ ‫(تقارن افقی یا عمودی‪،‬‬ ‫‪ Sharpening، Low pass Filtering، Histogram Modification‬و در برابر نویز‪.‬‬ ‫‪23‬‬

‫آشکار کردن واترمارک (‪:)Discovering Watermark‬‬ ‫ابتدا تعیین می‌کنیم که آیا واترمارک وجود دارد‪ ،‬سپس آن را شناسایی می‌کنیم‪.‬‬ ‫انواع حملت‪:‬‬ ‫انواع حمله به منظور آشکارسازی را بیان می‌کنیم‪:‬‬ ‫حمله‌ی ‪ :Active‬واترمارک را خارج می کند‪.‬‬ ‫حمله‌ی ‪ :Passive‬فقط وجود واترمارک را تشخیص می‌دهد‪.‬‬ ‫حمله‌ی ‪ :Collusion‬از تعدادی نمونه از تصویر داده شده و واترمارک‌های گوناگون استفاده‬ ‫می‌کند‪.‬‬ ‫حمله‌ی ‪ :Forgery‬واترمارک را به یک تصویر که به آن تعلق ندارد اضافه می‌کند‪.‬‬

‫‪11‬مروري بر الگوريتم هاي واترمارک قابل استفاده براي تصديق‬ ‫سنديت تصوير‪:‬‬ ‫هدف واترمارکينگ آن است که اطلعات ناخودآگاه (غير قابل رؤيت) را وارد يک رسانه‬ ‫کند تا امنيت را بال ببرد و در نهايت اين امکان هم وجود دارد که پيام تعبيه شده را در هر‬ ‫زماني حتي اگر رسانه توسط حمله غير مخربي _خواه با سوء نيت خواه بدون آن_ تغيير يافته‬ ‫است‪ ،‬بيرون بکشيم‪.‬‬ ‫مي خواهيم بدانيم که براي هر کاربرد بهتر است کدام يک از انواع واترمارک _ واترمارک‬ ‫شکننده‪ 10‬يا واترمارک مقاوم‪ 11‬يا تکنيک هاي ديگر واترمارک را استفاده کنيم و علوه بر آن‬ ‫تنظيماتي که بطور رايج در واترمارک مورد نياز است بخصوص اندازه و طبيعت اطلعات پنهان‬ ‫شده (مثل براي کپي رايت‪ Mark ،‬مستقل از تصوير و معمول يک شناسه ‪ 64‬بيتي است)‪ .‬بي‬ ‫نقصي‪ 12‬در بحث امنيت‪ ،‬سرويس بي نقص‪ ،‬بطور پر ابهامي اين طور تعريف مي شود که‬ ‫سرويسي است که اين اطمينان را بر هر که داده فرستاده و گرفته شده کامل برابر است‪ .‬اين‬ ‫تعريف باينري قابل اطلق بر تصوير هم است بعبارت ديگر مسئله تصديق اعتبارتصوير در مورد‬ ‫متن تصوير اهميت دارد براي مثال تغيير يک متن ممکن است به تغيير معناي آن بيانجامد و‬ ‫براي فراهم کردن امنيت تصوير اين نکته مهم است که دستکاري با سوء نيت را _ که شامل‬ ‫تغيير متن تصوير مثل چهره ها يا عناوين مي باشد _ از دستکاري اي که مربوط به استفاده از‬ ‫تصوير _ مثل تغيير فرمت‪ ،‬فشرده سازي يا فيلتر کردن است _ تشخيص تميز بدهيم‪.‬‬

‫‪11.1‬سيستم هاي عمومي تصديق تصوير‪:‬‬ ‫[‪]3 ,4‬چنين سيستم هايي بايد بطور کلي اين شرايط را داشته باشد‪:‬‬

‫‪Fragile10‬‬ ‫‪Robust11‬‬ ‫‪Integrity12‬‬

‫‪24‬‬

‫حساسيت‪ :‬سيستم بايد نسبت به دستکاري با سوء نيت حساس باشد (منظور تغيير معناي‬ ‫تصوير است)‬ ‫تلورانس‪ :‬سيستم بايد مقداري از دست دادن اطلعات را تحمل کند (اتلفي که ناشي از‬ ‫فشرده سازي است)‬ ‫محلي کردن ناحيه هاي تغيير يافته‪ :‬سيستم بايد بتواند محل ناحيه هايي از تصوير که حتي بطور‬ ‫جزئي تغيير پيدا کرده يا خراب شده است را تعيين کند و معتبر بودن ساير ناحيه ها را تصويق‬ ‫کند‬ ‫بازسازي ناحيه هاي تغيير يافته‪ :‬سيستم بايد بتواند مناطق دستکاري شده را ترميم کند‬ ‫بطوريکه کاربر بفهمد که محتواي آن ناحيه ها چه بوده است‪.‬‬ ‫سيستم هاي تصديق تصوير با روش هاي گوناگوني به انواع مختلف طبقه بندي مي شوند‪.‬‬ ‫معيارهاي طبقه بندي ممکن است بر اساس اين باشد که بي نقصي تصوير اثبات مي شود يا‬ ‫تصوير متن تصوير و همچنين نحوه ذخيره اطلعات تصديقي (واترمارک يا امضاي خارجي) بر‬ ‫انواع واترمارکينگ موثر است‪ .‬در اين جا به دو جنبه واترمارکينگ مي پردازيم‪:‬‬ ‫‪-1‬واترمارک شکننده‬ ‫‪-2‬واترمارک شبه شکننده‬ ‫‪11.1.1‬واترمارک شکننده‪:‬‬ ‫بيشتر روشهايي که هم اکنون براي فراهم کردن تصديق سنديت تصوير وجود دارد بر‬ ‫اساس اين واترمارک است که نقطه مقابل آن واترمارک مقاوماست که اغلب براي حفاظت‬ ‫کپي رايت استفاده مي شود‪ .‬ايده اصلي اين واترمارکها آن است که يک واترمارک خاص (بطور‬ ‫کلي مستقل از اطلعات تصوير) را به تصوير اضافه کنند بطوريکه هر تلشي براي تغيير‬ ‫محتواي تصوير‪ ،‬واترمارک را هم تغيير دهد‪ .‬بنابراين فرايند تصديق اصالت شامل تعبيه کردن‬ ‫اعواج هايي است تا بخشهايي از تصوير که تغيير (جزئي) پيدا کرده‪ ،‬مشخص شود مانع بسياري‬ ‫از اين روشها آن است که بسيار سخت است که تشخيص دهيم که حمله با سوء نيت بوده‬ ‫است يا خير‪ .‬اغلب متدهاي شکننده فشرده سازي پر اتلف يک تصوير را بعنوان تصويري که در‬ ‫آن مداخله شده فرض مي کند در حاليکه معناي تصوير تغيير نکرده است‪.‬‬

‫‪11.1.1.1‬‬

‫‪check‬‬

‫‪:13‬‬

‫يکي از اولين تکنيک هاي واترمارک اضافه کردن ‪ check-sum‬ها در بت هاي کم ارزش‬ ‫است الگوريتم آن در سال ‪ 1995‬توسط ‪ Walton‬پيشنهاد شد که بر پايه يک کليد رمز گروه‬ ‫شبه تصادفي از پيکسل ها انتخاب مي شوند مقدار ‪ check-sum‬با جمع کردن ‪ 7‬تا از بيت هاي‬ ‫تعبيه مي شود‪ .‬الگوريتم پايه براي اين کار بدين صورت است‪:‬‬ ‫الگوريتم ‪:1‬‬ ‫(‪)1‬يک عدد صحيح بزرگ اختيار کنيد(‪)N‬‬ ‫(‪)2‬تصوير را به بلوکهاي ‪ 8×8‬تقسيم کنيد‬ ‫‪Least Significant bit13‬‬

‫‪25‬‬

‫(‪)3‬براي هر بلوک ‪:B‬‬ ‫‪ - 1‬با توجه به کليد رمز و شماره بلوک‪ ،‬يک ترتيب شبه تصادفي براي سري ‪ 64‬پيکسل تعريف‬ ‫کنيد و آنها را (‪ )P1, P2, …, P64‬بناميد‪.‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪-3‬‬

‫‪-‬يک دنباله شبه تصادفي از ‪ 64‬عدد صحيح توليد کنيد‪a1, …, a64 :‬‬

‫مقدار ‪ check-sum‬از اين رابطه مرتب مي آيد‪:‬‬

‫که ‪ )g)Pj‬سطح خاسکتري از پيکسل ‪ Pj‬است‪.‬‬ ‫‪-4‬‬ ‫‪5-‬‬

‫‪ S‬ضرایب صورت باينري کد کنيد‬ ‫دنباله کد شده را در ‪ LSB‬بلوکهاي تصوير جاسازي کنيد‪.‬‬

‫فرايند چک کردن بسيار شبيه تعبير کردن است که براي هر بلوک‪ Check-sum ،‬اي که با‬ ‫استفاده از ‪ MSB‬تصوير مورد آزمايش‪ ،‬محاسبه شده با مقدار اصلي ‪ check-sum‬که از ‪ LSB‬ها‬ ‫بيرون کشيده شده‪ ،‬مقايسه مي شود‪ .‬مزيت تاصل اين متد آن است که تغييرات محسوسي در‬ ‫تصوير ايجاد نمي کند و احتمال زيادي براي کشف مداخله ها فراهم مي کند‪ .‬براي مثال اگر ما‬ ‫فقط ‪ 2‬پيکسل از هر بلوک را جابجا کنيم ‪ Check-sum‬تغيير خواهد کرد چرا که هر پيکسل در‬ ‫ضريبي ضرب مي شود علوه بر آن ترتيب تصادفي پيکسل ها و ضرايب آنها به بلوکها وابسته‬ ‫است که اين امر را غير ممکن مي کند که تمام دو بلوک جابجا يا کپي شدند‪ .‬يکي از اشکالهاي‬ ‫اين روش آن است که اين امکان وجود دارد که بلوکهاي همسان از دو تصويري که کليد رمز‬ ‫هاي يکسان دارند _ جابجا شوند‪.‬‬ ‫‪:14‬‬ ‫‪11.1.1.2‬‬ ‫در اين متد يک نسخه فشرده شده از تصوير در ‪ LSB‬خودش تعبيه مي شود‪ .‬تصوير به‬ ‫بلوکهاي ‪ 8×8‬تقسيم شده و ‪ LSB‬هر پيکسل صفر مي شود و سپس تبديل گسسته کسينوسي‬ ‫از هر بلوک گرفته مي شود حاصل با ضريب کيفيت ‪ %50‬کوانتيزه شده با استفاده از فقط ‪64‬‬ ‫بيت رمز گشايي مي شود‪ .‬و اين کد به ‪ LSB‬يا بلوک ديگر اضافه مي شود بلوک واترمارک شده‬ ‫بايد به اندازه کافي از بلوک حفاظت شده دور باشد تا از زوال همزمان تصوير و داده بازيافت‬ ‫در طول دستکاري محلي تصوير‪ ،‬جلوگيري شود‪ .‬پيشنهاد ديگري نيز وجود دارد که طبق آن دو‬ ‫‪ LSB‬براي تعبيه کردن ضرايب کد و کوانتيزه شده ‪ DCT‬استفاده مي شود (به جاي ‪ 64‬بيت از‬ ‫‪ 128‬بيت استفاده مي کنند) براي بيشتر بلوکها ‪ 128‬بيت براي کد کردن همه ضرايب ‪DCT‬‬ ‫کافي است به اين ترتيب کيفيت ناحيه هاي بازيابي شده معادل ‪ %50‬فشرده سازي ‪JPEG‬‬ ‫خواهد شده اما با توجه به تغيير دو ‪ LSB‬کيفيت تصوير واترمارک شده بسيار بد خواهد بود‪.‬‬ ‫‪11.1.2‬واترمارک شبه شکننده‪:‬‬ ‫اين واترمارک ها مقاوم تر از نوع قبلي است و حساسيت کمتري نسبت به تغييرات‬ ‫کلسيک توسط کاربر دارند (تغييراتي نظير فشرده سازي ‪ .) JPEG‬هدف اصلي اين متدها آن‬ ‫‪Self embedding14‬‬

‫‪26‬‬

‫است که بين دستکاري هاي با سوء نيت _ مثل اضافه يا کم کردن عنصر ارزشمندي از يک‬ ‫تصویر _ و عمليات کلي اي که معناي تصوير را حفظ مي کنند‪ ،‬تبعيض قائل شوند‪.‬‬ ‫این تصویر کلی اعمال واترمارک شبه شکننده است‪ :‬و شکل ‪ 9‬شناسایی و تصدیق اعتبار را‬ ‫نشان می دهد‪:‬‬

‫شکل ‪ 8‬اعمال واترمارک شبه شکننده‬

‫شکل ‪ 9‬شناسایی و تصدیق اعتبار‬

‫‪11.1.2.1‬‬

‫‪: JPEG‬‬

‫در اينجا دو ويژگي مهم که از آنها استفاده شده مطرح مي گردد‪:‬‬ ‫اولين ويژگي ضرايب ‪ DCT‬آن است که اگر يک ضريب ‪ DCT‬را به انتگرال حاصلضرب در يک‬ ‫مرحله از کوانتيزاسيون ‪ _ Q'M‬که بزرگتر از ساير مراحل فشرده سازي است _ تغيير دهيم‬ ‫‪27‬‬

‫آنگاه اين ضريب بطور دقيق مي تواند‪ .‬بعد از فشرده سازي ‪ ، JPEG‬دوباره ساخته شود ويژگي‬ ‫دوم رابطه ثابتي و نامتغيري است که بين دو ضريب از يک جفت از يک بلوک‪ ،‬قبل و بعد از‬ ‫عمليات ‪ JPEG‬وجود دارد‪ .‬سيستم هاي پيشنهاد شده براي اين متد از اين دو ويژگي بهره مي‬ ‫برند‪ .‬اولين ويژگي براي تعبيه کردن امضا و دومي براي تصديق اصالت استفاده مي شود‪.‬‬ ‫مراحل اين دو امر در الگوريتم ‪ 2‬آمده است‪:‬‬ ‫الگوريتم ‪:2a‬‬ ‫‪ )1‬تصوير اصلي را به بلوکهاي ‪ 8×8‬تقسيم کنيد‪.‬‬ ‫‪ )2‬جفت بلوکها را با استفاده از تابع نگاشت سري بوجود آوريد‪.‬‬ ‫‪ )3‬براي هر جفت بلوک (‪ q‬و ‪:)p‬‬ ‫‪) 3.1‬‬

‫يک ترتيب ‪ Bp‬از ضرايب ‪ DCT‬انتخاب کنيد‪.‬‬

‫‪( 3.2‬‬

‫امضاي باينري ‪ ØP‬از جفت بلوک را به روش زير توليد کنيد‪:‬‬

‫‪)3.3‬‬

‫بيتهاي تصديق اصالت راب ا توجه به الگوريتم ‪ 2b‬تعبير کنيد‪.‬‬

‫سپس امضاي باينري‪ ،‬بخش بخش‪ ،‬در هر جفت بلوک تعبيه مي شود براي مثال اگر طول امضا‬ ‫‪ 8‬بيت است در هر بلوک بايد ‪ 4‬بيت تصديق اصالت تعبيه شود‪.‬‬ ‫الگوريتم فرايند تعبيه سازي (‪)2b‬بين ‪ LSB‬ضريب ‪ DCT‬حاضر و بيت هاي امضا رابطه معادلي‬ ‫تعريف مي کند‪:‬‬ ‫‪- 1‬يک ترتيب ‪ EP‬از ‪ n/2‬ضريب ‪ DCT‬انتخاب کنيد بطوريکه ‪EPUBP=0‬‬

‫‪-2‬براي پنهان کردن بيت تعيين اعتبار ‪ )ØP)V‬در ضريب ‪ )DCT )w‬اين رابطه را بکار ببريد‪:‬‬

‫فرايند تعيين اعتبار شامل اين موارد است‪ :‬ابتدا بيتهاي تعيين اعتبار از ناحيه واترمارک شده‬ ‫تصوير استخراج مي شود و از آنها براي اين استفاده مي شود که رابطه ضرايب ‪ DCT‬در امضا‬ ‫‪28‬‬

‫با معيارهاي پيش بيني شده همخواني دارد يا نه‪ .‬اگر تطابق دارد تصوير معتبر شناخته مي شود‬ ‫وگرنه اين بدان معني است که يکي يا هر دو بلوک در نظر گرفته شده‪ ،‬دستکاري شده اند‪.‬‬ ‫‪:‬‬ ‫‪11.1.2.2‬‬ ‫تکنيک هاي مبتني بر بلوک تصوير را به بلوکهاي با ‪ 64×64‬پيکسل تقسيم مي کنند و به هر‬ ‫بلوک يک مارک مقاوم اضافه مي کنند و براي آنکه بفهمند تصوير نقص دار شده است يا نه‪،‬‬ ‫وجود يا عدم وجود تصوير معتبر است‪ .‬مارک همه پيکسل ها را چک مي کنند‪ .‬اگر مارک وجود‬ ‫داشته باشد با احتمال باليي ‪.‬‬ ‫‪:‬‬ ‫‪11.1.2.3‬‬ ‫ايده اصلي اين متد در آن است که ابتدا ويژگي هاي تصوير را بيرون بکشيم و آنها را با يک‬ ‫واترمارک مقاوم و غير قابل رؤيت پنهان کنيم‪ .‬سپس براي تشخيص اينکه تصوير تغيير پيدا‬ ‫کرده يا نه‪ ،‬ويژگي هاي آن را با تصوير اصلي که از واترمارک بازيابي شده مقايسه مي کنيم‬ ‫اگر ويژگي ها يکسان بود اين بدان معني است که در تصوير مداخله نشده‪.‬‬ ‫انتخاب ويژگي هايي از تصوير که در اين متد استفاده مي شود بطور مستقيم در تغييراتي از‬ ‫تصوير که ما آنها را کشف مي کنيم تأثير مي گذارد‪ .‬بعلوه آن ويژگيها به نوع تصوير مورد‬ ‫آزمايش وابسته است (نقاشي‪ ،‬تصاوير ماهواره اي‪ ،‬عکس هاي پزشکي و ‪ )...‬ويژگي ها طوري‬ ‫انتخاب مي شوند که خصوصيت هاي نامتغير تحت تغييرات ضعيف (فشرده سازي پر اتلف)‬ ‫برقرار باشند‪ .‬هم چنين اين ويژگيها براي بازيابي ناحيه هاي مداخله شده استفاده مي شود‪.‬‬ ‫اين ويژگيها شامل لبه ها‪ ،‬رنگها‪ ،‬شيب‪ ،‬شفافيت و يا ترکيبي از آنهاست‪.‬‬ ‫مقاومت براي استخراج بدون اتلف لزم است‪ .‬دقت اکتشاف و مقدار اطلعاتي که به تصوير‬ ‫اضافه مي شود مستقيما با هم ارتباط دارند‪ .‬لزم است که توافقي براي اندازه امضا پيدا کرد‬ ‫تا هم مقاومت و هم دقت بدست آيد‪.‬‬ ‫‪11.1.3‬خلصه متدهاي موجود‪:‬‬ ‫بعضي از متدهاي مختلف موجود در جدول آمده و مقايسه شده است‪ .‬متدها به سه طبقه‬ ‫‪ fragile ,semi_fragile‬و ‪ delight‬تقسيم شده اند‪ .‬هم چنين داده اي که براي تعيين اعتبار‬ ‫استفاده مي کنند‪ ،‬نوع داده اي که مي توانند اعتبار سنجي کنند‪ ،‬نوع حساسيت شان به ‪ JPEG‬و‬ ‫اينکه آيا متد محلي کردن يا بازسازي يک ناحيه را ممکن مي کند‪.‬‬ ‫با بررسی اين جدول مي فهميم که بطور کلي واترمارکينگ شبه شکننده و متدهاي مبتني بر‬ ‫امضاي خارجي تعيين اعتبار محتوي را تضمين مي کنند‪ .‬در حاليکه متدهاي شکننده اين طور‬ ‫نيست‪ .‬اگرچه متدهاي شکننده ساده تر اجرا مي شوند‪ .‬همچنين مشخص است که هم اکنون‬ ‫متدهاي کمي قابليت بازيابي ناحيه هاي مداخله شده _ حتي به صورت جزئي _ را دارند‪.‬‬

‫‪29‬‬

‫شکل ‪ 10‬مقایسه بعضي از متدهاي مختلف موجود‬

‫‪12‬استفاده از امضاهاي ديجيتال ‪ on_line‬بعنوان واترمارک‪:‬‬ ‫تعبيه کردن يک خصوصيت بيومتريک نظير امضا در يک سند ما را قادر مي سازد تا علوه‬ ‫بر اثبات بي نقصي آن‪ ،‬مالک آن را شناسايي کنيم‪.‬‬ ‫در نمودار زير بطور کلي روشهاي مختلف پنهان کردن اطلعات با توجه به کاربرد و خواص آنها‬ ‫طبقه بندي شده است‪:‬‬

‫‪30‬‬

‫شکل ‪ 11‬طبقه بندی روشهاي مختلف پنهان کردن اطلعات با توجه به کاربرد و خواص‬

‫طبقه تکنيکهاي واترمارکينگ مناسب براي تعيين اعتبار مشمول واترمارکينگ شکننده (ضعيف)‬ ‫مي شود در مقابل هويت ادعا شده مالک آن است‪ .‬اين بدان معني است که هر طرح تعبيه‬ ‫سازي و کد کردن در قالب مقاومت شکنندگي واترمارک ارزيابي مي گردد‪.‬‬

‫‪12.1‬شناسايي امضاي ‪:on_line‬‬ ‫معمول امضاهاي دست نويس براي تصديق يک سند يا معامله بکار مي رود‪ .‬در تشخيص‬ ‫خودکار امضا کامپيوتر دو امضا را مقايسه مي کند تا تشخيص بدهد که شباهت آن دو از يک حد‬ ‫آستانه کمتر شده است‪.‬‬ ‫امضاي دست نويس يک بيومتريک شناخته شده است ساير بيومتريک ها شامل عنبيه چشم‪،‬‬ ‫هندسه دست‪ ،‬چهره و اثر انگشت است‪ .‬مزيت مهم امضا نسبت به بقيه آن است که بطور‬ ‫سنتي استفاده مي شود و توسط جامعه پذيرفته است‪.‬‬ ‫امضاي ‪ ، on_line‬مولفه هاي ديناميکي در امضا کردن را علوه بر اطلعات فضايي که در‬ ‫امضاي ‪ off_line‬وجود دارد‪ ،‬به دست مي آورد‪.‬‬ ‫وسايلي چون ‪ Tablet PC‬و ‪ PDA‬ها به ما اجازه آن را مي دهد که امضاي ‪ on_line‬با استفاده از‬ ‫يک ‪ pen‬يا قلم سندي وارد کامپيوتر کرده کسب شده جعل امضا را بسيار مشکل مي کند‬ ‫شکل ‪ 12‬بخشي از امضاي کاربر واقعي و يک جعل کننده امضا را نشان مي دهد‪ .‬نقاطي که در‬ ‫پرانتز مشخص شده اند ترتيب زماني رسم امضا است و نقطه هاي روي خطها نمونه ها هستند‬ ‫که فاصله آنها با سرعت نوشتن نسبت مستقيم دارد‪ .‬مشاهده مي کنيم که امضاي جعل شده‬ ‫اگرچه در ظاهر شبيه اصلي است‪ ،‬وقتي به ضربه ها و نقاط فشار توجه کنيم بسيار متفاوت‬ ‫خواهد بود‪ .‬شکل ‪13‬نماي کلي از سيستم شناسايي امضا را نشان مي دهد يک مجموعه مرجع‬ ‫‪31‬‬

‫از امضاهاي کاربر آماده شده و اين داده در پايگاه داده اي با کد شناسايي کاربر ذخيره مي‬ ‫شود‪ .‬در طول مرحله شناسايي امضايي که از تصوير واترمارک شده استخراج شده همراه‬ ‫شناسه کاربر به سيستم شناسايي داده مي شود سپس امضا با هر يک از امضاهاي مرجع‬ ‫مقايسه مي گردد و در نهايت قبول يا رد مي شود‪.‬‬

‫شکل ‪ 12‬بخشي از امضاي کاربر واقعي(سمت چپ) و يک جعل کننده(سمت راست)‬

‫شکل ‪ 13‬نماي کلي از سيستم شناسايي امضا‬

‫‪12.2‬توليد تصوير واترمارک شده‪:‬‬ ‫امضاي ‪ on_line‬گرفته شده از مالک دوباره نمونه برداري مي شود تا اطمينان حاصل شود‬ ‫که نمونه هاي متوالي حداکثر ‪ 8‬پيکسل فاصله دارند‪ .‬هر نقطه نمونه با استفاده از يک بايت تنها‬ ‫کد مي شود که فاصله اش تا نمونه قبلي را مرتب مي دهد‪ .‬سپسس امضا به رشته اي از بيت‬ ‫‪32‬‬

‫ها تبديل مي شود که طوري تکرار مي شود که تصوير هم اندازه امضا مورد آزمايش را بسازد‪.‬‬ ‫يک ‪ Total Automorphism‬روي تصوير واترمارک شده انجام مي شود (نگاشت از يک آرايه‬ ‫مستطيلي به آرايه ديگري ) شکل ‪ 14‬توليد تصوير واترمارک از يک امضای ‪ on_line‬را نشان‬ ‫مي دهد‪:‬‬

‫شکل ‪ 14‬توليد تصوير واترمارک از يک امضای ‪online‬‬

‫شکل ‪ 15‬تبدیل باینری امضا و تعبیه آن‬

‫‪33‬‬

‫‪12.3‬تعبيه واترمارک‪:‬‬ ‫در اين فرايند تغيير پيکسل ها بايد آنقدر کم باشد تا توسط چشم قابل دوران نباشد در اين‬ ‫جا از همان روش توليد رشته شبه تصادفي که در بخش هاي قبل معرفي شده بود استفاده می‬ ‫شود که از يک کليد رمز نيز ا ستفاده شده است‪.‬‬

‫‪12.4‬اکتشاف و تعيين اعتبار واترمارک‪:‬‬ ‫در طول مرحله اکتشاف تصوير واترمارک با استفاده از تابع واترمارک _ که توسط کليد‬ ‫رمز توليد شده _ بازيابي مي شود‪.‬‬ ‫وقتي تصوير واترمارک بازيابي شد يک نگاشت معکوس از توابع مورد استفاده در مرحله کد‬ ‫گذاري‪ ،‬امضاي تعبيه شده را بيرون خواهد داد‪ .‬توجه کنيد که کپي هاي متعددي از امضاي‬ ‫ورودي در تصوير واترمارک شده موجود است ‪ .‬بيت هاي وابسته در امضاهاي متفاوت مقايسه‬ ‫می شوند تا اعتبار آنها سنجيده شود‪ .‬اگر بيتي در همه امضاها مطابقت داشته باشد ما نتيجه‬ ‫مي گيريم که پيکسل تغيير نکرده است‪ .‬توجه کنيد که حداقل بايد دو نمونه امضا در تصوير‬ ‫سند باشد تا اين روش کار کند‪.‬‬ ‫براي آنکه پيکسل هايي که تغيير کرده اند را مکان يابي کنيم نياز است تا واترمارک را بازيابي‬ ‫کنيم ما از اکثريت بين پيکسل هاي وابسته از امضاهاي متفاوت براي تخمين رشته امضاي‬ ‫اصلي استفاده مي کنيم ‪ .‬پيکسل هايي که بعنوان دستکاري شده شناسايي شدند با رنگ قرمز‬ ‫مشخص است‪ .‬در آخر امضاي ‪ on_line‬از تصوير واترمارک شده دوباره ساخته مي شود شکل‬ ‫‪ 16‬نيز تصوير واترمارک شده و امضاي خارج شده از آن را نشان مي دهد‪.‬‬

‫شکل ‪ 16‬استخراج واترمارک و خارج کردن امضا‬

‫‪34‬‬

‫‪13‬تعیین اعتبار تصویر برمبنای وب با استفاده از واترمارک ضعیف‬ ‫ویت‬ ‫غیرقابل ر ً‬ ‫‪13.1‬معرفی‬ ‫[‪]8‬در این فصل به بررسی روشی برای تصدیق اعتبار تصویر (بر مبنای وب) با استفاده‬ ‫از واترمارک دیجیتال می پردازیم که اطمینان خاطر صاحبان تصویر و همچنین مشتری‬ ‫ها‪ 15‬برای کسب اعتماد از صحت تصویر را فراهم می کند‪.‬‬ ‫رشد پرشتاب فناوری کامپیوتر و شبکه‪ ،‬به دوران جدیدی از فناوری چندرسانه ای دیجیتال‬ ‫رسیده است‪ .‬استفاده از داده های چندرسانه ای دیجیتال‪ ،‬مزایای فراوانی از جمله تولید‪،‬‬ ‫ویرایش‪ ،‬فرآوری و توزیع آسان دارد‪ .‬این مزایا همچنین استفاده در زمینه های غیرمجاز‪،‬‬ ‫همچون کپی و اصلح غیرقانونی محتوای داده ها را نیز تسهیل کرده است‪ .‬یکی از مهمترین‬ ‫مسائل برای تولید کنندگان مطالب‪ ،‬حفاظت از اسناد و تولیدات فکری خود است‪ .‬دو موضوع‬ ‫در این جا مطرح است؛ یکی حفظ مالکیت‪ ،‬مثل کپی رایت یک کار هنری‪ ،‬و دیگری تصدیق‬ ‫اینکه محتوا وقتی که توزیع می شود‪ ،‬با اصل برابر باشد‪ .‬استفاده از واترمارک راه حلی برای‬ ‫مسائل حفظ حق کپی و تصدیق سند ارائه می دهد‪.‬‬ ‫امروزه انواع مختلفی از روشهای واترمارک پیشنهاد و توسعه داده می شود‪ .‬واترمارک ضعیف‬ ‫یکی از متدهای واترمارک برای تصدیق سند است که قدرت کمی در برابر تغییرات دارد‪ ،‬به‬ ‫طوری که حتی یک تغییر کوچک در محتوا‪ ،‬اطلعات جاسازی شده را تغییر می دهد و بنابراین‬ ‫می توان به کوشش برای حمله به سند پی برد‪ .‬مقاومت بال برای حفظ حق کپی برای حمایت‬ ‫از مالکیت در برابر هر گونه حمله الزامی است‪ .‬واترمارک ضعیف در مواردی همچون عکس‬ ‫های پزشکی کاربرد دارد‪ ,‬که سند اهمیت زیادی دارد و نیاز است بررسی شود که آیا ویرایش‪،‬‬ ‫تخریب یا تغییر یافته است یا نه‬ ‫روش سنتی برای تصدیق سند استفاده از رمز گذاری است‪ .‬این روش اطلعات را از افراد‬ ‫غیرمجاز مخفی نگاه می دارد‪ ،‬که به آن محافظت اسناد محرمانه می گویند‪ .‬روش مشهور رمز‬ ‫نگاری‪ ،‬پنهان سازی کلید عمومی است‪ ،‬که داده ها را با استفاده از یک کلید اختصاصی مخفی‬ ‫می کند‪ ،‬و یک کلید عمومی متناسب برای رمزگشایی از پیغام سَری استفاده می‬ ‫شود‪.‬مشکلتی که در این روش وجود دارد‪ ،‬سختی نگهداری و توزیع کلید عمومی است‪ .‬این‬ ‫روش قدرت زیادی در حفظ اطلعات محرمانه دارد‪ ،‬ولی هنگامی که داده ها برای پرسنل‬ ‫غیرمجاز فاش شود‪ ،‬امنیتی برای خود محتوای داده‪ ،‬که همان کنترل تمامیت است‪ ،‬وجود‬ ‫ندارد‪ .‬یک شرکت هست که کار تأیید سند را با استفاده از فناوری امضای دیجیتال برای‬ ‫پیغامهای متنی انجام میدهد‪ ،‬ولی سیستم پیشنهاد شده از واترمارک دیجیتال به عنوان روش‬ ‫اعتبارسنجی تصاویر استفاده می کند‪ .‬واترمارک نسبت به سیستم های امضای دیجیتال مزایای‬ ‫زیادی دارد‪ ،‬از جمله جاسازی مستقیم اطلعات سری در خود متن بدون نیاز به اطلعات‬ ‫اضافی برای تصدیق‪ ،‬در حالی که امضای دیجیتال نیاز به انتقال اضافی اطلعات دارد‪.‬‬ ‫‪ Shneider‬و ‪Chang‬روشی را برای جاسازی امضای مبتنی بر محتوا با استفاده از یک کلید‬ ‫خصوصی به عنوان واترمارک پیشنهاد کردند‪ .‬این طرح تصدیق سند همچنین به توزیع کلید‬ ‫عمومی برای تأیید تصویر واترمارک شده نیاز دارد‪ .‬اما سیستم پیشنهادی در این مقاله‪ ،‬از مدل‬ ‫سروِر استفاده می کند‪ ،‬که در آن سرور متد حفاظت واترمارک را به صورت داخلی در‬ ‫مشتری‪ِ -‬‬ ‫اختیار دارد و مشتری می تواند با استفاده از اینترنت به سرور دسترسی داشته باشد‪ .‬این‬ ‫‪Client15‬‬

‫‪35‬‬

‫روش نیازی به توزیع کلید عمومی‪ ،‬که احتمال ً بزرگترین مشکل استفاده از رمزگذاری با کلید‬ ‫است‪ ،‬ندارد‪.‬‬

‫‪13.2‬متد تصدیق سند بر مبنای وب‬ ‫سروِر بر مبنای اینترنت و‬ ‫[‪]9,10‬متدهایی که در این بخش بحث می شوند‪ ،‬مدل مشتری‪ِ -‬‬ ‫طرح جاسازی واترمارک هستند‪ .‬سیستم تصدیق سند بر پایه ی وب شامل دو بخش می‬ ‫شود‪ :‬یکی سیستم جاسازی واترمارک و دیگری سیستم تأیید سند‪ .‬در مورد سیستم‬ ‫جاسازی واترمارک‪ ،‬این سیستم در نرم افزار کاربردی سرور نصب می شود به طوری‬ ‫که هر کاربر مجاز که دسترسی به سرور داشته باشد‪ ،‬بتواند تصویر واترمارک شده را‬ ‫تولید کند‪ .‬توزیع تصویر می تواند به هر شکل انتقال شبکه همچون ‪ FTP، e-mail‬و غیره‬ ‫باشد‪ .‬هنگامی که تصویر به بیرون توزیع شد‪ ،‬مشتری می تواند به صفحه وب تصدیق‬ ‫برای دریافت تأییدیه تصویر مراجعه نماید‪.‬‬ ‫‪13.2.1‬جاسازی واترمارک‬ ‫طرح واترمارک سازی استفاده شده در این سیتم بر مبنای کار ‪ Yeung‬و ‪ Mintzer‬است‪.‬‬ ‫تفاوت عمده در آن است که این طرح از ‪ 7‬بیت بسیار مهم به عنوان ورودی تابع ترکیب‬ ‫استفاده می کند‪ ،‬در حالی که ‪ Yeung‬و ‪ Mintzer‬از ارزش رنگ استفاده می کردند‪ .‬تابع ترکیب‬ ‫مقدار دوتایی ‪ 0‬یا ‪ 1‬را با استفاده از کلید مخفی که از حداقل بیت های مهم ِ (‪ )LSB‬هر پیکسل‬ ‫تشکیل شده تولید می کند‪.‬‬ ‫پروسه ی جاسازی با یک کلید مخفی که برای تولید یک تابع مقدار دوتایی وابسته به کلید ‪f‬‬ ‫شروع می شود‪ .{f:7 MSBs-> {0,1 ،‬از این رو تغییر ارزش رنگ اصلی تقریبا ً ‪ %50‬است‪،‬‬

‫تغییرات کمتر است و همچنین ضعیف است و بنابراین تغییرات پیکسل منجر به شناسایی می‬ ‫شود‪.‬‬ ‫برای یک تصویر ‪ ،RGB‬متد واترمارک را می توان به صورت زیر بیان کرد؛ برای هر پیکسل (‬ ‫‪:)i,j‬‬ ‫‪)LI,j=fRRi,j⨁fGGi,j⨁fBBi,j )1‬‬ ‫که در آن‪:‬‬ ‫‪f:COLOURi,j:7 MSBs→ 0,1‬‬ ‫‪f:fcolourbinary‬‬

‫تابع ترکیب با یک کلید‬

‫ارزش رنگ تعویض شده ‪LSB‬‬

‫‪{Colour = {R, G, B‬‬ ‫‪ i , j‬متغیرهای صحیح و ⨁علمت جمع مضاعف (بولی) است‪.‬‬ ‫واترمارک طبق الگوریتم شکل زیر جاسازی می گردد‪ .‬تأیید تصویر به راحتی با استفاده از‬ ‫رابطه ‪ ))L)i,j(=fcolor)color)i,j‬برای هر پیکسل (‪ )i,j‬چک می شود‪.‬‬

‫‪36‬‬

‫شکل ‪ 17‬سیستم جاسازی واترمارک در متد تصدیق بر مبنای وب‬

‫‪13.2.2‬تصدیق سرور‬ ‫سیستم سرور وب مطمئن‪ ،‬قوانین و سیاستهای ایمنی خود‪ ،‬و همچنین ‪ firewall‬را برای‬ ‫حفاظت در برابر استفاده ی غیرقانونی و افزایش ایمنی دارد‪ .‬فرض می شود که سرور در یک‬ ‫موقعیت فیزیکی امن قرار دارد‪ .‬سرور باید به اندازه ی کافی امن باشد تا بتوان سیستم‬ ‫تصدیق سند را درون آن نصب نمود‪.‬‬ ‫پروسه ی تصدیق سند با انتقال تصویر واترمارک شده به سرور شروع می شود‪ .‬همراه با آپلود‬ ‫تصویر‪ ،‬سرور از کلید خصوصی خود برای شناسایی واترمارک استفاده می کند‪ .‬در هنگام‬ ‫انتقال تصویر به سرور ممکن است حمله ای رخ بدهد‪ ،‬بنابراین رمزگذاری مضاعف باید برای‬ ‫پنهان سازی تصویر استفاده شود‪ .‬مفهومی به نام ‪( SSL‬لیه حفره ایمن) وجود دارد‪ ،‬که به‬ ‫معنی لیه ی انتقال روی شبکه ‪ TCP/IP‬به منظور حمایت از سندیت سرور‪ ،‬مشتری و‬ ‫رمزگذاری پیغام است‪ .‬برنامه نویسی ‪ API‬همانند ‪ JAVA‬تداخل ‪SSL‬خود را که در توسعه ی‬ ‫سیستم به کار می رود تأمین می کند‪ .‬این مسئله چهار جنبه ی اصلی امنیت را‪ ،‬که حفظ‬ ‫سَریت با رمزگذاری‪ ،‬تمامیت با استفاده از واترمارک‪ ،‬کنترل دسترسی با استفاده از رمز عبور‬ ‫و امنیت فیزیکی سرور مورد استفاده است‪ ،‬برآورده می سازد ‪ .‬پروسه ی شناسایی یک تابع‬ ‫معکوس تابع (‪ )1‬برای بررسی هر ‪ LSB‬پیکسل است‪ .‬اگر تفاوتی در هر پیکسلی باشد‪ ،‬سرور‬ ‫پیغام هشدار احتمال دستکاری یا خراب شدن تصویر را می دهد‪ .‬بلوک شامل پیکسل خطا به‬ ‫جای پیکسل ویژه نمایش داده می شود‪ ،‬بنابراین ممکن است از این اطلعات برای دستیابی به‬ ‫تابع دوتایی استفاده کند‪ .‬تمام این اطلعات باید به فرمت ‪ HTML‬تولید شوند‪ .‬نمودار شکل زیر‬ ‫رویَه ی کلی و ساختار تصدیق سند مشتری‪ -‬سرور را نشان می دهد‪.‬‬

‫‪37‬‬

‫شکل ‪ 18‬ساختار تصدیق سند مشتری‪ -‬سرور‬

‫‪13.3‬نتایج تجربی‬ ‫نتایج نشان می دهند که سیستم مورد استفاده بیشتر دستکاری های صورت گرفته روی‬ ‫محتوای تصویر را شناسایی کرده است‪ .‬تغییرات مورد بررسی شامل دستکاری هندسی‪،‬‬ ‫فشرده سازی و دوران می باشد‪ .‬قسمتهای دست نخورده به رنگ سیاه و بخش های دستکاری‬ ‫شده یا خراب شده با رنگ سفید نشان داده شده است‪ .‬تعداد متوسط پیکسلهای تغییر یافته‬ ‫برای واترمارک سازی با استفاده از ‪ 10‬تصویر مجزا برابر ‪ %52‬بود‪ .‬همانطور که ‪ Johnson‬و‬ ‫‪ Jajodia‬ثابت کرده اند‪ ،‬این مقدار کمی است و توسط حس بینایی انسان قابل تشخیص‬ ‫نیست‪.‬‬ ‫تصاویر واترمارک شده با استفاده از سیستم مذکور اصلح و تصدیق شدند‪ .‬تصاویر اصلی و‬ ‫واترمارک شده در شکل ‪ 19‬نشان داده شده اند‪ .‬در مورد این تصویر‪ %53 ،‬از پیکسل های‬ ‫تصویر تغییر کردند تا واترمارک جاسازی شود‪ .‬انحراف از معیارهای دو تصویر یکسان و برابر‬ ‫مقدار ‪ 52.67‬هستند‪ .‬فرکانس شدت ازجانشینی ‪ LSB‬تأثیر نپذیرفته است‪.‬‬

‫شکل ‪ 19‬تصاویر اصلی و واترمارک شده توسط سیستم مورد استفاده در متد تصدیق سند بر مبنای وب‬

‫‪38‬‬

‫شکل ‪ 20‬حمله هندسی یافت شده از تصویر‬

‫حمله ی هندسی به تصویر مشخص شده در شکل ‪ 20‬اضافه شد‪ .‬متن با استفاده از همان رنگ‬ ‫با ضمینه ی سیاه‪ ،‬افزوده شده است؛ شماره ی ترتیب تصویر در سمت چپ بال تغییر کرده‬ ‫است و ویرایش های رنگی به برخی از نواحی تصویر افزوده شده‪ .‬نواحی دارای رنگ سفید‬ ‫تحت تأثیر اصلحاتی در تصویر سمت راست قرار گرفته اند‪ %95 .‬تراکم ‪ JPEG‬به تصویر‬ ‫واترمارک شده در شکل ‪ 21‬اضافه شده‪ .‬اکثر نواحی دارای رنگی غیر از سیاه به گونه ای از‬ ‫کار در آمدند که نشانگر سفید اصلحات باشند‪ .‬در شکل ‪ ، 22‬چرخش هندسی به تصویر‬ ‫مشخص شده اضافه شد‪ .‬خطوط عمودی سیاه و سفید نشان می دهند که تصویر ویرایش‬ ‫شده است‪ .‬تصاویر بالیی برای تصدیق سیستم ساکن در سرور ایجاد شده اند‪ ،‬گزارشی از آن‬ ‫نتایج در فرمت ‪ HTML‬ایجاد شده‪ .‬گزارش نوشته شده در فرمت ‪ HTML‬حاوی نواحی دستکاری‬ ‫شده و اطلعات متنی بر مبنای شکل ‪ 7‬هستند‪ .‬بعنوان نتیجه‪ ،‬سیستم اجرا شده می تواند‬ ‫حملت عمده را ردیابی کند‪.‬‬

‫شکل ‪ 21‬نواحی دارای رنگ سفید اصلح شده ی تصویر سمت راست(‪ %95‬تراکم ‪ JPEG‬اضافه شده به‬ ‫تصویر واترمارک شده)‬

‫‪39‬‬

‫شکل ‪ 22‬چرخش هندسی تصویر مشخص شده‬

‫‪13.4‬بررسی‬ ‫سیستم پیشنهاد شده می تواند در جایی که محتوای تصویر با ارزش است استفاده شود‪،‬‬ ‫که لزم است در توضیع مشخص شود که کپی برابر اصل است‪ .‬مثل یک تصویر پزشکی به‬ ‫نگهداری بسیار دقیق محتوا احتیاج دارند‪ ،‬زیرا هرگونه تغییر در تصویر‪،‬هر چقدر هم که کوچک‬ ‫باشد‪ ،‬ممکن است برروی تشخیص تأثیر بگذارد‪ .‬ممکن است یک ضمینه ی تحقیقاتی در آینده‪،‬‬ ‫ایجاد یک روش بهینه برای نگهداری تصاویر پزشکی باشد‪ .‬مراقبت موشکافانه از درجات‬ ‫اعوجاج موثر بر تشخیص‪ ،‬مسئله ی کلیدی در تصاویر درمانی است‪ .‬استفاده از واترمارک‬ ‫بازگشت پذیر وابزار سندسازی اینترنتی مانند سیستم بیان شده می توانند است بدون تأثیر‬ ‫برروی تشخیص‪ ،‬استفاده شوند‪ cosman.‬و ‪ ...‬نشان داده اند که تراکم آسیب رسان تأثیر‬ ‫کوچکی بر تصاویر درمانی ‪ CT‬دارند‪ ،‬که امکان استفاده از واترمارک در تصاویر درمانی را ایجاد‬ ‫می کند‪.‬‬ ‫همانگونه که پیش از این گفته شد‪ ،‬روش ضعیف واترمارک استفاده شده در این سیستم‪ ،‬نمود‬ ‫های ضعیفی در مقابل بعضی از حملت همچون تراکم آسیب رسان دارد‪ ،‬با اشاره به لوگوی‬ ‫دوگانه پنهان ارائه شده توسط ‪Fredrich‬و ‪ . . .‬و همچنین اگر تابع دوگانه برای بازه ی زمانی‬ ‫بلند استفاده شود‪ ،‬شانس بیشتری را به مهاجمان می دهد تا با گردآوری اطلعات تابع را کَرک‬ ‫کنند‪ .‬متد های دیگری هم هستند که قابلیت استفاده در روش ضعیف واترمارک را دارند‪ .‬دسته‬ ‫های اصلی عبارتند از روش دامنه فضایی و روش دامنه فرکانسی‪ .‬این دو دسته در بخش پیش‬ ‫رو توضیح داده می شوند‪.‬‬

‫‪13.4.1‬روشهای دامنه فضایی‬ ‫روش دامنه فضایی در رابطه با جاسازی اطلعات واتر مارک به صورت مستقیم در پیکسل‬ ‫هلی تصویر است‪ ،‬همانند روش ارائه شده توسط ‪ Bender‬و ‪ ، Gruhl‬و روش استفاده شده در‬ ‫این سیستم عامل توسط ‪ Yeung‬و ‪ . Mintzler‬جایگذاری ‪ LSB‬ساختار اصلی این روش است‪.‬‬ ‫اجرای این روش نسبتا آسان است‪ ،‬ولی نا کارآمدی هایی وجود دارد که نمی توان از آنها‬ ‫چشم پوشی کرد‪ ،‬همچون آنکه این روش توانایی محافظت از از اطلعات واترمارک را در‬ ‫مقابل تراکم آسیب رسان و حمله ی اختلطی معرفی شده توسط ‪ Fredrich ، Glojan‬و‬ ‫‪Memon‬را ندارد‪ .‬روش های دامنه فضایی پیشرفته بر مبنای استحکام ارائه شدند‪ ،‬مثل گرفتن‬ ‫خلصه از تابع ‪ [hash‬و افزودن ترتیب‪ M-‬در دامنه فضایی توسط ‪ wolfgang‬و ‪ Delp‬مبنای‬ ‫‪40‬‬

‫واترمارک ضعیف جاسازی نشانه آسیب پذیر در تصویر است‪ .‬از این منظر‪ ،‬روش های دامنه‬ ‫فضایی اگرر بتوانند مانع آشکار سازی توابع جایگزین شوند‪ ،‬در برنامه واتر مارک ضعیف هم‬ ‫کآرآمد هستند‪.‬‬ ‫‪13.4.2‬روش های دامنه فرکانس‬ ‫جاسازی واترمارک در دامنه فرکانس یک سیگنال می تواند استحکام بیشتری را نسبت به‬ ‫یک دامنه ی فضایی ایجاد کند‪ .‬این روش در مقابل حملتی همچون تراکم و برداشت مقاوم‬ ‫است‪ ،‬در حالی دامنه فضایی مقاوم نیست‪ .‬روش های استفاده شده تبدیل به میدان فرکانس‬ ‫عبارتند از تبدیلت کسینوسی گسسته ا (‪ )DCT‬و تبدیل موجی‪ .‬این روش ها دارای استحکام‬ ‫بالیی هستند و برای حفاظت کپی رایتمناسب ترند‪ ،‬در حالی که واترمارک ضعیف برای ایجاد‬ ‫سندیت مناسب تر است‪.‬‬

‫‪13.5‬رهیافت‬ ‫واترمارکینگ دیجیتال تکنولوژی جدیدی در تصویر سازی و میدان های پردازش سیگنال‬ ‫است‪ .‬این روش در محافظت کپی رایت و سند سازی کمک بسزایی می کند‪ .‬در این بخش به‬ ‫سند سازی تصویری بر پایه ی وب پرداخته شد‪ .‬فایده هایی در سند سازی بر پایه ی سرور‬ ‫وجود دارد از آنجا که می تواند از عهده ی توزیع کلید عمومی و استفاده از محافظ اضافی‬ ‫تعبیه شده در سرور بر بیاید‪ .‬واترمارک ضعیف برای سندسازی محتوا‪ ،‬چه دگرگون شده باشد‬ ‫یا نه به صرفه است‪ .‬نتیجه نشان داد که سیستم میتواند اکثر تغییرات بر روی محتوای تصویر را‬ ‫ردیابی کند‪ .‬سیستمی دقیقتر و مطمئن تر را میتوان با استفاده از الگوریتم های افزوده ی‬ ‫واترمارکینگ بدست آورد‪.‬‬

‫‪14‬نتیجه گیری‬ ‫هم اکنون اطلعات ديجيتال فراواني که در حال افزايش است نياز به امنيت اطلعات بيشتري‬ ‫نيز دارد‪ .‬مستندات چند رسانه اي بخصوص تصوير نيز تحت تاثير اين امر است‪ .‬در حال حاضر‬ ‫تقاضاي زيادي براي تکنيک هاي دستکاري تصاوير است که نتيجه تأسف برانگيز آن بوجود‬ ‫آمدن اسناد جعلي بسياري است واترمارکينگ حمله هاي متقابلي به پنهان شناسي ارائه مي‬ ‫دهد‪.‬‬ ‫در اين زمينه (به صورت کنوني)‪ ،‬دشوار است که بطور قطع گفته شده که کدام ديدگاه‬ ‫تماميت يک سرويس منطبق بر تصوير و بطور کل اسناد چند رسانه اي را اثبات مي کند!‬ ‫واترمارکينگ شکننده (ضعيف) بسيار حساس به زوال اندک تصوير است اما نسبت به سرويس‬ ‫هاي بي نقص بسيار سخت است که نسبتا مورد نياز کاربر نمي باشد‪ .‬با اين حال مزيت تکنيک‬ ‫هاي واترمارک ضعيف‪ ،‬نسبت به روشهاي کلسيک قبلي آن است که محلي کردن دقيق مناطق‬ ‫دستکاري شده را ايجاد مي کند‪ .‬اما تمايل بيشتر به استفاده از متدهاي شبه شکننده است اين‬ ‫سيستم تلورانس بيشتري در مقابل دستکاري هاي بدن سوء نيت دارند (مثل فشرده سازي‬ ‫‪ JPEG‬با ضريب کيفيت خوب)‪ .‬نسبتا مقاوم هستند (علمت واترمارک شده نسبت به دستکاري‬ ‫ها مقاومت مي کند) و استفاده از داده نامتغير تعيين اعتبار‪ ،‬از لحاظ معنايي تصوير را حفظ‬ ‫مي کند‪.‬‬ ‫بعلوه متدهاي امضاي ديجيتال پيشنهادهاي جالبي به روشهاي واترمارکينگ کلسيک ارائه مي‬ ‫دهد در آينده اي نزديک‪ ،‬ديگر هيچ محدوديتي در بحث ظرفيت و نه در مقاومت نخواهد بود‪.‬‬ ‫اگرچه شکل اصلي در اين تکنيک ها آن است که تصوير به تنهايي بی نیاز نيست بنابراين اين‬ ‫الزام بوجود خواهد آمد که بتوانيم اعتبار تصوير و امضاي آن را ضمانت کنيم! علوه بر اين‬ ‫‪41‬‬

‫متدهاي امضاي ديجيتال آنقدر کاربردي نيستند که بتوانيم براي اسناد چند رسانه اي استفاده‬ .‫کنيم‬ ‫در نهايت پيشرفتهاي آينده متدهاي ترکيبي از واترکينگ مقاوم و امضاي خارجي را حتما در بر‬ ‫خواهند داشت‬

:‫منابع‬15 Chiou-Ting Hsu and Ja-Ling Wu, ”Hidden Digital Watermarks in Images” , IEEE]1[ TRANSACTIONS ON IMAGE PROCESSING, VOL. 8, NO. 1, JANUARY 1999

Daniel W. Stouch, Charles River Analytics, Cambridge, MA, Boston University ]2[ Metropolitan College, Boston, MA, “A Survey of Practical Applications in Image Watermarking”, 15 December 2006

Dr. Latha Parameswaran , Dr. K. Anbumani, “Content-Based Watermarking for Image ]3[ Authentication Using Independent Component Analysis”, September 19, 2007 Christian Rey, Jean-Luc Dugelay ,” A Survey of Watermarking Algorithms ]4[ for Image Authentication”, EURASIP Journal on Applied Signal Processing 2002 Anoop M. Namboodiri and Anil K. Jain , “Multimedia Document Authentication using On- ]5[ line Signatures as Watermarks”,2000 Radek kantor,”Steganography and Watermarking”, 2003 ]6[

V.Fotopoulos and A.N.Skodras, University of Patras, “A SUBBAND DCT APPROACH TO ]7[ IMAGE WATERMARKING”, 1999

A. K. Jain and U. Uludag, “Hiding biometric data,” IEEE Transactions on Pattern ] ]8[ Analysis and Machine

42

Yusuk Lim, Changsheng Xu, David Dagan Feng, Web based Image Authentication Using ]9[ Invisible Fragile Watermark, 2006

V. Fotopoulos and A. N. Skodras "Improved watermark detection based on similarity ]10[ diagrams " Signal Processing: Image Communication, Vol.17, Issue 4, April 2002

43