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Articulo de referencia

Marca de agua digital

Ejemplo ficticio de una marca de agua digital con las palabras "FOTO DE ARCHIVO" en una imagen de Todd Graham. Una marca de agua digital es un tipo de marcador incrustado de for...

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Ejemplo ficticio de una marca de agua digital con las palabras "FOTO DE ARCHIVO" en una imagen de Todd Graham.

Una marca de agua digital es un tipo de marcador incrustado de forma encubierta en una señal tolerante al ruido, como datos de audio, vídeo o imagen. [ 1 ] Se utiliza normalmente para identificar la titularidad de los derechos de autor de dicha señal. El marcado de agua digital es el proceso de ocultar información digital en una señal portadora ; la información oculta debería, [ 2 ] pero no necesariamente, contener una relación con la señal portadora. Las marcas de agua digitales pueden utilizarse para verificar la autenticidad o integridad de la señal portadora o para mostrar la identidad de sus propietarios. Se utilizan principalmente para rastrear infracciones de derechos de autor y para la autenticación de billetes .

Al igual que las marcas de agua físicas tradicionales , las marcas de agua digitales a menudo solo son perceptibles bajo ciertas condiciones, por ejemplo, después de usar algún algoritmo. [ 3 ] Si una marca de agua digital distorsiona la señal portadora de manera que se vuelve fácilmente perceptible, puede considerarse menos efectiva dependiendo de su propósito. [ 3 ] Las marcas de agua tradicionales pueden aplicarse a medios visibles (como imágenes o video), mientras que en el marcado de agua digital, la señal puede ser audio, imágenes, video, textos o modelos 3D. Una señal puede llevar varias marcas de agua diferentes al mismo tiempo. A diferencia de los metadatos que se agregan a la señal portadora, una marca de agua digital no cambia el tamaño de la señal portadora.

Las propiedades necesarias de una marca de agua digital dependen del caso de uso en el que se aplique. Para marcar archivos multimedia con información de derechos de autor, una marca de agua digital debe ser bastante resistente a las modificaciones que se puedan aplicar a la señal portadora. En cambio, si se requiere garantizar la integridad, se aplicaría una marca de agua frágil.

Tanto la esteganografía como la marca de agua digital emplean técnicas esteganográficas para incrustar datos de forma encubierta en señales ruidosas. Mientras que la esteganografía busca la imperceptibilidad para los sentidos humanos, la marca de agua digital prioriza el control de la robustez.

Dado que una copia digital de los datos es idéntica al original, la marca de agua digital es una herramienta de protección pasiva. Simplemente marca los datos, pero no los degrada ni controla el acceso a ellos.

Una aplicación de la marca de agua digital es el rastreo de origen . Se inserta una marca de agua en una señal digital en cada punto de distribución. Si posteriormente se encuentra una copia de la obra, se puede recuperar la marca de agua y conocer el origen de la distribución. Según se informa, esta técnica se ha utilizado para detectar el origen de películas copiadas ilegalmente.

Historia

Las marcas de agua son sellos de identificación que se producen durante el proceso de fabricación del papel. Las primeras aparecieron en Italia durante el siglo XIII, pero su uso se extendió rápidamente por toda Europa. Se utilizaban para identificar al fabricante de papel o al gremio que lo producía. A menudo, las marcas se creaban mediante un alambre cosido al molde de papel. Hoy en día, las marcas de agua se siguen utilizando como sellos de fabricante y para prevenir la falsificación.

El término marca de agua digital fue acuñado por Andrew Tirkel y Charles Osborne en diciembre de 1992. La primera incrustación y extracción exitosa de una marca de agua esteganográfica de espectro ensanchado fue demostrada en 1993 por Andrew Tirkel, Gerard Rankin, Ron Van Schyndel, Charles Osborne y otros. [ 4 ]

Aplicaciones

La marca de agua digital puede utilizarse para una amplia gama de aplicaciones, tales como:

Fases del ciclo de vida de la marca de agua digital

Fases generales del ciclo de vida de las marcas de agua digitales con funciones de incrustación, ataque, detección y recuperación.

La información que se incrusta en una señal se denomina marca de agua digital, aunque en algunos contextos la expresión marca de agua digital se refiere a la diferencia entre la señal con marca de agua y la señal original. La señal donde se incrustará la marca de agua se denomina señal anfitriona . Un sistema de marcas de agua generalmente se divide en tres pasos distintos: incrustación, ataque y detección. En la incrustación, un algoritmo recibe la señal anfitriona y los datos que se van a incrustar, y produce una señal con marca de agua.

Luego, la señal digital con marca de agua se transmite o almacena, generalmente a otra persona. Si esta persona realiza una modificación, se denomina ataque o manipulación . Si bien la modificación puede no ser maliciosa, el término ataque surge de la aplicación de la protección de derechos de autor, donde terceros pueden intentar eliminar la marca de agua digital mediante modificaciones. Existen muchas modificaciones posibles, por ejemplo, transformaciones afines, compresión con pérdida (p. ej., MPEG-2 ), reducción de resolución, conversión de estándares (p. ej., NTSC a PAL ), recorte de una imagen o video, o adición intencional de ruido. [ 6 ]

La detección (a menudo denominada extracción) es un algoritmo que se aplica a la señal atacada para intentar extraer la marca de agua. Si la señal no se modificó durante la transmisión, la marca de agua sigue presente y puede extraerse. En aplicaciones de marcas de agua digitales robustas , el algoritmo de extracción debería ser capaz de generar la marca de agua correctamente, incluso si las modificaciones fueron significativas. En aplicaciones de marcas de agua digitales frágiles , el algoritmo de extracción debería fallar si se produce algún cambio en la señal.

Clasificación

Una marca de agua digital se considera robusta frente a transformaciones si la información incrustada puede detectarse de forma fiable a partir de la señal marcada, incluso si se degrada por transformaciones severas o múltiples. Las degradaciones típicas de imágenes son la compresión JPEG , la rotación, el recorte, el ruido aditivo y la cuantización . [ 7 ] Para el contenido de vídeo, a menudo se añaden a esta lista las modificaciones temporales y la compresión MPEG. Una marca de agua digital se considera imperceptible si el contenido marcado es perceptualmente equivalente al contenido original sin marca de agua. [ 8 ] En general, es fácil crear marcas de agua robustas o imperceptibles, pero la creación de ambas ha demostrado ser bastante compleja. [ 2 ] Se han propuesto marcas de agua imperceptibles robustas como herramienta para la protección de contenido digital, por ejemplo, para la protección contra copia de discos compactos y DVD , como una bandera de "no se permite la copia" incrustada en contenido de vídeo profesional. [ 9 ]

Las técnicas de marca de agua digital se pueden clasificar de varias maneras.

Robustez

Una marca de agua digital se considera frágil si deja de ser detectable tras la más mínima modificación. Las marcas de agua frágiles se utilizan habitualmente para la detección de manipulaciones (prueba de integridad). Las modificaciones a una obra original que son claramente visibles no suelen denominarse marcas de agua, sino códigos de barras generalizados .

Una marca de agua digital se denomina semifrágil si resiste transformaciones benignas, pero no se detecta tras transformaciones malignas. Las marcas de agua semifrágiles se utilizan habitualmente para detectar transformaciones malignas.

Una marca de agua digital se denomina robusta si resiste una clase específica de transformaciones. Las marcas de agua robustas pueden utilizarse en aplicaciones de protección contra copia para transmitir información de copia y de control de acceso.

Perceptibilidad

Una marca de agua digital se considera imperceptible si la señal original de la imagen de portada y la señal marcada son perceptualmente indistinguibles.

Una marca de agua digital se considera perceptible si su presencia en la señal marcada es visible (por ejemplo, gráficos digitales en pantalla como el logotipo de una red, un error de contenido, códigos o imágenes opacas). En vídeos e imágenes, algunas marcas de agua se hacen transparentes o translúcidas para mayor comodidad del usuario, ya que bloquean parte de la imagen y, por lo tanto, la degradan.

Esto no debe confundirse con la marca de agua perceptual , es decir, la marca de agua que utiliza las limitaciones de la percepción humana para ser imperceptible.

Capacidad

La longitud del mensaje incrustado determina dos clases principales diferentes de esquemas de marca de agua digital:

  • El mensaje tiene conceptualmente una longitud de cero bits y el sistema está diseñado para detectar la presencia o ausencia de la marca de agua en el objeto marcado. Este tipo de esquema de marca de agua se conoce generalmente como esquema de marca de agua de cero bits o de presencia .
  • El mensaje es una secuencia de n bits de longitud.(metro=metro1…metronorte,norte∈norte{\displaystyle \left(m=m_{1}\ldots m_{n},\;n\in \mathbb {N} \right.}, connorte=|metro|){\displaystyle \left.n=|m|\right)}oMETRO={0,1}norte{\displaystyle M=\{0,1\}^{n}}y se modula en la marca de agua. Este tipo de esquemas se conocen generalmente como esquemas de marca de agua de múltiples bits o de bits distintos de cero.

Método de incrustación

Un método de marca de agua digital se denomina de espectro ensanchado si la señal marcada se obtiene mediante una modificación aditiva. Se sabe que las marcas de agua de espectro ensanchado son moderadamente robustas, pero también tienen una baja capacidad de información debido a la interferencia del sistema anfitrión .

Se dice que un método de marca de agua digital es de tipo cuantización si la señal marcada se obtiene mediante cuantización. Las marcas de agua cuantizadas presentan baja robustez, pero poseen una alta capacidad de información debido al rechazo de la interferencia del sistema anfitrión.

Un método de marca de agua digital se denomina modulación de amplitud si la señal marcada se incorpora mediante una modificación aditiva similar al método de espectro ensanchado, pero particularmente en el dominio espacial.

Evaluación y análisis comparativo

La evaluación de esquemas de marcas de agua digitales puede proporcionar información detallada tanto para el diseñador como para el usuario final; por lo tanto, existen diferentes estrategias de evaluación. El diseñador suele evaluar propiedades individuales para demostrar, por ejemplo, una mejora. En general, los usuarios finales no están interesados ​​en información detallada. Quieren saber si un algoritmo de marca de agua digital determinado se puede utilizar en su caso de aplicación y, de ser así, qué conjunto de parámetros parece ser el más adecuado.

Cámaras

Epson y Kodak han producido cámaras con funciones de seguridad como la Epson PhotoPC 3000Z y la Kodak DC-290. Ambas cámaras añadieron características irreversibles a las imágenes que distorsionaron la imagen original, haciéndolas inaceptables para algunas aplicaciones, como la evidencia forense en los tribunales. Según Blythe y Fridrich, "[n]inguna de las cámaras puede proporcionar una prueba indiscutible del origen de la imagen o de su autor". [ 10 ] Saraju Mohanty et al. propusieron una cámara digital segura (SDC) en 2003 y la publicaron en enero de 2004. Esta no fue la primera vez que se propuso. [ 11 ] Blythe y Fridrich también trabajaron en SDC en 2004 [ 10 ] para una cámara digital que utilizaría marcas de agua sin pérdida para incrustar un identificador biométrico junto con un hash criptográfico . [ 12 ]

Ocultación de datos reversible

La ocultación reversible de datos es una técnica que permite autenticar imágenes y luego restaurarlas a su forma original eliminando la marca de agua digital y reemplazando los datos de la imagen que habían sido sobrescritos. [ 13 ]

Marcas de agua para bases de datos relacionales

La marca de agua digital para bases de datos relacionales ha surgido como una solución prometedora para brindar protección de derechos de autor, detección de manipulaciones, rastreo de infractores y mantenimiento de la integridad de los datos relacionales. En la literatura se han propuesto numerosas técnicas de marca de agua para abordar estos propósitos. En 2010, Halder et al. publicaron en el Journal of Universal Computer Science un estudio sobre el estado del arte actual y una clasificación de las diferentes técnicas según su propósito, la forma en que expresan la marca de agua, el tipo de cobertura, el nivel de granularidad y la verificabilidad . [ 14 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ HT Sencar, M. Ramkumar y AN Akansu: Fundamentos y aplicaciones de la ocultación de datos: seguridad de contenido en multimedia digital . Academic Press, San Diego, CA, EE. UU., 2004.
  2. 1 2 Ingemar J. Cox: Marcas de agua digitales y esteganografía . Morgan Kaufmann, Burlington, MA, EE. UU., 2008
  3. 1 2 Frank Y. Shih: Marcas de agua digitales y esteganografía: fundamentos y técnicas . Taylor & Francis, Boca Raton, FL, EE. UU., 2008
  4. ↑ AZTirkel, GA Rankin, RM Van Schyndel, WJHo, NRAMee, CFOsborne. "Marca de agua electrónica". DICTA 93, Universidad Macquarie. págs. 666-673
  5. ↑ Zigomitros, Athanasios; Papageorgiou, Achilleas; Patsakis, Constantinos (2012). «Gestión de contenido de redes sociales mediante marcas de agua». 11.ª Conferencia Internacional IEEE de 2012 sobre Confianza, Seguridad y Privacidad en la Computación y las Comunicaciones . IEEE. págs. 1381–1386 . doi : 10.1109/TrustCom.2012.264 . ISBN  978-1-4673-2172-3. S2CID 17845019 . 
  6. ↑ Cox, IJ; Linnartz, JPMG (1998). "Protección contra copia para vídeo DVD: algunos métodos generales para manipular marcas de agua". IEEE Journal on Selected Areas in Communications . 16 (4): 587– 593. doi : 10.1109/49.668980 .
  7. ↑ Rowayda, A. Sadek (2008). "Ataque de síntesis ciega a técnicas de marca de agua basadas en SVD". Conferencia Internacional de 2008 sobre Inteligencia Computacional para el Modelado, Control y Automatización . pp. 140–145 . doi : 10.1109/CIMCA.2008.53 . ISBN  978-0-7695-3514-2. S2CID 8927498 . 
  8. ↑ Khan, Asifullah; Mirza, Anwar M. (octubre de 2007). "Moldeado perceptivo genético: Utilización de la imagen de portada y la información de posibles ataques durante la incrustación de marcas de agua". Information Fusion . 8 (4): 354–365 . CiteSeerX 10.1.1.708.9509 . doi : 10.1016/j.inffus.2005.09.007 . ISSN 1566-2535 .  
  9. ↑ "Página principal de CPTWG" . cptwg.org . Archivado del original el 23 de febrero de 2008.
  10. 1 2 BLYTHE, Paul; FRIDRICH, Jessica (agosto de 2004). "Cámara digital segura" (PDF) . Taller de investigación forense digital : 11–13 . Archivado (PDF) del original el 10 de junio de 2010. Recuperado el 23 de julio de 2018 .
  11. ↑ Mohanty, Saraju P. ; Ranganathan, Nagarajan; Namballa, Ravi K. (2004). "Implementación VLSI de marca de agua visible para el diseño seguro de cámaras digitales fijas" (PDF) . 17.ª Conferencia Internacional sobre Diseño VLSI. Actas . IEEE. págs. 1063–1068 . doi : 10.1109/ICVD.2004.1261070 . ISBN  0-7695-2072-3. S2CID 1821349 . Archivado del original (PDF) el 4 de marzo de 2016. 
  12. ↑ Toshikazu Wada; Fay Huang (2009), Avances en tecnología de imagen y vídeo , Lecture Notes in Computer Science, vol. 5414, pp. 340–341 , Bibcode : 2008LNCS.5414.....W , doi : 10.1007/978-3-540-92957-4 , ISBN   978-3-540-92956-7
  13. ↑ Sin retoques humanos , The Economist, 12 de diciembre de 2002
  14. ↑ Halder, Raju; Pal, Shantanu; Cortesi, Agostino (2010). "Técnicas de marca de agua para bases de datos relacionales: estudio, clasificación y comparación". Journal of Universal Computer Science . 16 (21): 3164– 3190. CiteSeerX 10.1.1.368.1075 . 

Lecturas adicionales

  • Informe de ECRYPT: Herramientas de evaluación comparativa de audio y esteganálisis.
  • Informe de ECRYPT: Evaluación comparativa de marcas de agua.
  • Jana Dittmann, David Megias, Andreas Lang, Jordi Herrera-Joancomarti; Marco teórico para una evaluación práctica y comparación de esquemas de marca de agua de audio en el triángulo de robustez, transparencia y capacidad ; En: Transaction on Data Hiding and Multimedia Security I; Springer LNCS 4300; Editor Yun Q. Shi; pp.  1–40; ISBN 978-3-540-49071-5PDF de 2006
  • Smirnov, MV (1 de junio de 2005). "Enfoque holográfico para la incrustación de marcas de agua ocultas en una imagen fotográfica". Journal of Optical Technology . 72 (6): 464– 484. Bibcode : 2005JOptT..72..464S . doi : 10.1364/JOT.72.000464 . ISSN 1070-9762 . 
  • Patrick Bas, Teddy Furon, François Cayre, Gwenaël Doërr, Benjamin Mathon, «Seguridad de marcas de agua: fundamentos, diseños seguros y ataques», Springer Briefs in Electrical and Computer Engineering, 2016, ISBN 978-9811005053
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