Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– изучить предметную область, существующие алгоритмы генерирования и встраивания ЦВЗ в изображения;

– разработать алгоритм, оптимальный для использования в WMSN;

– разработать приложение, встраивающее ЦВЗ в изображения посредством исследуемых алгоритмов;

– сравнить реализованные алгоритмы по каждому критерию. Полученные результаты представить в виде таблиц и графиков.

Объектом исследования являются современные алгоритмы генерирования и встраивания ЦВЗ на основе вейвлет-преобразований. Предметом исследования является оценка их производительности, устойчивость к распространенным искажениям изображения-контейнера.

Практическая значимость обоснована актуальностью проблемы защиты целостности и обеспечения аутентичности данных, передаваемых по открытым каналам связи в WMSN, которые становясся популярной технологией для решения многих практически важных задач.

1 Анализ предметной области

1.1 Практическое применение технологии ЦВЗ

1.1.1 Защита изображений от незаконного тиражирования

В настоящее время в связи с развитием сетевых технологий крайне важными становятся вопросы, связанные с защитой фотографий от незаконного тиражирования и распространения.

Согласно законодательству, право на любое произведение, будь то фотография или любое другое изображение, принадлежит автору, однако подтвердить авторство в некоторых случаях достаточно сложно.

Распространенной практикой для защиты авторских прав является встраивание знака копирайта ® в защищаемый контейнер [1]. Недостатком такого метода является возможность удаления знака при обрезании изображения.

Для решения этой проблемы вместо знака копирайта можно использовать невидимые и неотделимые от контейнера без потери качества изображения цифровые водяные знаки.

К методам цифровой стеганографии при создании стегосистем, встраивающих цифровой водяной знак в изображение, применяются такие требования как робастность (устойчивость встраиваемой информации к различного рода искажениям) и прозрачность (отсутствие различий между исходным и модифицированным изображениями).

Для решения проблемы идентификации собственника компания Digimarc разработала специальную систему, способную определять автора изображения даже после внесения искажений в контейнер [2]. Эта система позволяет добавлять сведения об авторских правах на изображения в популярном графическом редакторе Adobe Photoshop (технология Digimarc Image Bridge) [3]. Чтобы встроить цифровые водяные знаки, нужно пройти регистрацию на сайте компании Digimarc [2] (там содержится база данных о художниках, дизайнерах и фотографах) для получения уникального идентификатора. После этого можно встраивать полученный идентификатор в изображения вместе с другими сведениями, например, сведениями об авторском праве или ограничениях использования.

Встраивание цифрового водяного знака позволяет людям, просматривающим изображение, получать сведения о его создателе. Это свойство особенно ценно для авторов, выдающих лицензии на использование своих работ. При копировании изображения со встроенным водяным знаком копируется также и водяной знак, а также любые данные, связанные с ним.

Использование настройки «Стойкость водяного знака» позволяет обеспечивать баланс между стойкостью и видимостью водяного знака. При использовании низких значений стойкости водяные знаки менее заметны на изображении, но обладают меньшей робастностью, т.е. могут быть повреждены путем применения фильтров или с помощью некоторых операций редактирования, печати и сканирования изображения. Высокие значения обеспечивают встраивание устойчивых водяных знаков, но вносят в изображение видимый шум. Выбор настройки должен определяться предназначением системы ЦВЗ.

1.1.2 Защита произведений искусства

Возможность интерактивного доступа к произведениям искусства привела к созданию в сети Интернет виртуальных копий музеев и галерей.

Но такая возможность рождает потребность в защите прав на изображение. Фактически требуется защитить изображения, размещенные в сети, от несанкционированного копирования и правильно определить владельца прав на изображение. Для решения этой проблемы были использованы алгоритмы внедрения цифровых водяных знаков, которые позволяют добавить в электронную репродукцию невидимый код с сохранением качества изображения.

Пусть для привлечения посетителей галерея решила разработать веб-сайт, содержащий набор электронных репродукций. Такой сценарий накладывает ряд требований на метод нанесения водяных знаков: во-первых, алгоритм должен быть индивидуальным, так как галерея заинтересована в беспроблемном обнаружении наличия водяного знака на изображении, используемом не санкционированно; никто, кроме галереи, не должен иметь возможность извлечь встроенный код; водяной знак не должен искажать исходное изображение для того, чтобы пользователь или поисковая машина могли легко найти репродукции в сети, не имея оригинала. Наконец, водяной знак должен быть робастным, т.е. быть стойким к попыткам его удаления и модификации несанкционированными пользователями.

Была разработана система цифровых водяных знаков, удовлетворяющая этим требованиям. Результаты эксперимента показали, что водяные знаки робастны ко многим существующим способам обработки изображений, включая сжатие JPEG, наложение фильтров: "низкого прохода" и "медианы»; изменению гистограммы, искажениям, зашумлению, аффинным преобразованиям и встраиванию дополнительных ложных водяных знаков [4].

Для демонстрации практического применения этой методики водяные знаки были нанесены на изображения, включенные в Виртуальную Художественную Галерею области Тоскана, Италия и области Гифу, Япония (совместная разработка DIE, Флоренция и ManART, Toki-shi). Пользователь, просматривающий эту галерею в сети Интернет, может проверить наличие водяного знака на каждой из картин, просто проставляя в соответствующем поле правильные коды, необходимые для работы детектора водяных знаков. Если введен неправильный код или детектору водяных знаков предъявлено изображение, не входящее в базу Художественной Галереи, ответ будет отрицательным [4].

1.1.3 Встраивание интерактивной информации

Ещё одной областью применения ЦВЗ является встраивание интерактивной информации в печатную продукцию. Такая информация дополняет текст печатного издания.

В этой области также ведет разработки компания Digimarc [2]. ЦВЗ может встраиваться в иллюстрации в журналах, на билетах, обложки дисков и книг, пластиковые карты, купоны, и даже на упаковки продуктов питания.

Технология, реализованная Digimarc, становится возможной благодаря встраиванию в область изображения цифрового водяного знака, представляющего собой ссылки на структуры данных, расположенные в Интернете. Эти структуры содержат информацию о правах собственности, создании изображения, контенте, и инструкции по использованию для специализированного ПО. Эти данные встроены в изображение так, что попытка их насильственного удаления ведёт к полному разрушению изображения-контейнера.

Полученное изображение печатается на принтере и размещается на соответствующей продукции. Используя цифровую камеру или специальный сканер, приложение, предварительно загруженное с сайта компании пользователем продукции, находит и считывает ЦВЗ. Обнаруженный ЦВЗ является индексом в базе данных, расположенной в Интернете. Этому индексу соответствует определённый URL-адрес. Используя этот URL, Интернет-браузер выводит соответствующую Интернет-страницу или запускает приложение, созданное автором изображения [2]. Полученная дополнительная информация дополняет текст печатного издания, а изображение с таким ЦВЗ можно назвать «умным», использующим все преимущества сетевых технологий.

1.1.4 Аутентификация содержания покрывающего сообщения

С увеличением возможностей графических редакторов обработка и модификация цифровых изображений становится всё более простой задачей. При этом подобные модификации невозможно отследить.

Иногда возникают ситуации, когда некоторые изображения являются важными доказательствами при расследовании преступлений. Искажение таких улик может привести к неверному заключению судебной экспертизы.

В криптографии для аутентификации изображений используется электронная цифровая подпись. Усложняющим фактором является то, что цифровая подпись представляет собой метаданные, которые могут легко быть потеряны в результате обработки изображения (например, его сжатия).

Компания Epson разработала для решения этой проблемы систему, использующую цифровые водяные знаки, устойчивые к разного рода искажениям изображения [5]. Данная технология была реализована на аппаратном уровне в цифровых фотокамерах, выпущенных компанией. Даже после незначительной модификации изображения, встроенные камерой метки перестают верифицироваться.

1.2 Беспроводные мультимедийные сенсорные сети

Беспроводные сенсорные сети (Wireless Sensor Networks  WSN), состоящие из миниатюрных узлов, в последнее время привлекли к себе пристальное внимание исследователей. Основным их назначением является сбор и обработка данных о значениях некоторых физических параметров. В зависимости от обрабатываемой информации, выделяют два типа беспроводных сенсорных сетей: скалярные (Wireless Scalar Sensor Networks  WSSN) и мультимедийные (Wireless Multimedia Sensor Networks  WMSN).

Доступность микрофонов, фото- и видеокамер вместе со спектром их применения, способствовали широкому распространению мультимедийных беспроводных сенсорных сетей. Такие сети позволяют одновременно собирать и обрабатывать в режиме реального времени физические (скалярные) данные, а также визуальную (статичные изображения и видеопотоки) и аудиоинформацию. Таким образом, сети WMSN могут использоваться для идентификации пользователей при доступе к онлайн-сервисам, контроля производственного процесса на предприятиях, определения симптомов болезней и присмотра за больными и пожилыми людьми [6].

WMSN обладают следующими основными преимуществами [7]:

– простотой развертывания и технического обслуживания;

– способностью к оперативному изменению топологии за счет имеющихся свойств самоорганизации, проявляющихся в способности узлов сети самостоятельно связываться друг с другом и формировать наиболее эффективную для применения структуру сети практически в любой момент времени;

– высокой масштабируемостью, связанной с сохранением принципов функционирования и основных возможностей сети при изменении количества используемых узлов и их пространственного расположения;

– возможностью использования в труднодоступных местах, где невозможно подвести электроэнергию и (или) развернуть проводную сеть;

– повышенной отказоустойчивостью (отказ одного или нескольких устройств не приведет к отказу сети);

– меньшей стоимостью за счет отсутствия проводов и затрат на их прокладку, отсутствия необходимости в монтаже, настройке и обслуживании сети.

Однако сети WMSN, как и другие компьютерные сети, подвержены различным атакам, ведущим к добавлению, изменению и удалению мультимедийной информации, а также потере и искажениям информации под воздействием шумов, которые возникают при её передаче по каналам связи. Эти обстоятельства делают ключевой проблему защиты и сохранения подлинности получаемых данных. К тому же узлы сети имеют крайне ограниченную вычислительную мощность, что значительно усложняет использование стойких, но ресурсозатратных криптографических методов.

1.2.1 Архитектура мультимедийного сенсорного узла

Мультимедийное сенсорное устройство состоит из нескольких основных компонентов: сенсорного блока, процессора, блока питания, подсистемы связи, подсистемы координации, памяти и блока мобильности [8].

Сенсорный блок включает в себя сенсоры (камеры, микрофоны, скалярные cенсоры) и аналогово-цифровой преобразователь. Камеры и микрофоны собирают визуальную и аудиоинформацию. Скалярные сенсоры обеспечивают сбор значений физических параметров, таких как температура, давление и влажность. Аналогово-цифровой преобразователь конвертирует получаемый с сенсоров аналоговый сигнал в цифровой.

Процессор (CPU) является контроллером мультимедийного сенсорного узла. На нём запускается системное программное обеспечение, координирующее работу компонентов узла и взаимодействующее с памятью.

Блок памяти состоит из флеш-памяти, хранящей программный код узла и RAM, хранящей обрабатываемые данные. Некоторые блоки памяти снабжены устройствами ПЗУ для длительного хранения полученных данных.

Блок питания является самым важным компонентом узла, так как обеспечивает энергией весь узел. Представляет из себя аккумулятор или солнечную батарею.

Подсистема коммуникации является интерфейсом между узлом и сетью. Состоит из сетевого трансивера (передатчика и приемника сигнала) и специализированного ПО. Программное обеспечение представляет собой стек протоколов и ОС.

Подсистема координации служит для координации работы устройств, управления расположением узлов, управления движением узлов.

Блок мобильности представляет из себя набор устройств (приводов, моторов) с помощью которых узел может перемещаться в пространстве.

1.2.2 Стандарты связи, используемые в сетях WMSN

Wi-Fi – торговая марка Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11. Сеть Wi-Fi содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме «точка-точка», когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров напрямую. Наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi  0,1 Мбит/с [9]. Продукты для беспроводных сетей, соответствующие стандарту IEEE 802.11, предлагают четыре уровня средств безопасности: физический, идентификатор набора служб (SSID – Service Set Identifier), идентификатор управления доступом к среде (MAC ID – Media Access Control ID) и шифрование. Многие организации используют дополнительное шифрование (например, VPN) для защиты от вторжения. На данный момент основным методом взлома самого распространённого стандарта шифрования в сетях Wi-Fi WPA2 является подбор пароля, поэтому рекомендуется использовать сложные цифробуквенные пароли для того, чтобы максимально усложнить задачу подбора пароля.

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) – телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, также называемый Wireless MAN. WiMAX – это система дальнего действия, покрывающая километры пространства, которая обычно использует лицензированные спектры для предоставления соединения с интернетом типа «точкаточка» провайдером конечному пользователю. Разные стандарты семейства 802.16 обеспечивают разные виды доступа, от мобильного (схож с передачей данных у мобильных телефонов) до фиксированного (альтернатива проводному доступу, при котором беспроводное оборудование пользователя привязано к местоположению). Основное различие двух технологий состоит в том, что фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только статичных абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 150 км/ч. В общем виде WiMAX-сети состоят из следующих основных частей: базовых и абонентских станций, а также оборудования, связывающего базовые станции между собой, с поставщиком сервисов и с Интернетом. Для соединения базовой станции с абонентской используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. В идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 70 Мбит/с, при этом не требуется обеспечения прямой видимости между базовой станцией и приемником [10].

Технология Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надежной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи. Беспроводной канал позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе от 1 до 200 м друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях [10]. Для совместной работы Bluetooth-устройств необходимо, чтобы все они поддерживали общий профиль. Профиль – набор функций или возможностей, доступных для определенного устройства Bluetooth. Технология Bluetooth опирается на нелицензируемый частотный диапазон 2,4 2,4835 ГГц.

Характеристики

Список файлов ВКР