Разработка алгоритма внедрения ЦВЗ для Аndroid устройств

"Научный аспект №6-2024" - Информ. технологии

УДК 004

Сорокин Михаил Владимирович – бакалавр Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича.

Аннотация: В статье исследуются проблемы отсутствия возможности защитить авторские права на изображение на операционной системе Android.

Проводится анализ пространственных и частотных методов внедрения цифровых водяных знаков в изображение. А также анализ преимуществ защиты авторских прав изображений при помощи ЦВЗ на операционной системе Android.

Результатами исследования является план по созданию Android-приложения, предназначенного для внедрения цифрового водяного знака в авторское изображение.

Ключевые слова: цифровой водяной знак, стеганография, изображение, защита авторских прав.

Введение

В связи с активным использованием сети Интернет и расширением возможностей передачи, копирования и распространения различной мультимедийной информации усилилась необходимость защиты авторских прав. Одной из таких технологий является технология нанесения на аудиосообщение или видео-сообщение цифровых водяных знаков (ЦВЗ). Цифровой водяной знак - это вид защиты авторских прав на цифровом контенте, таком как фотографии и прочие изображения, видеофайлы, музыка, а также документы. Впервые термин «Digital watermarking» был введен в работе, и получил свое название от способа защиты от подделки ценных бумаг. Технология цифрового маркирования быстро развивается. [1]

Цифровой водяной знак для фотографий - это невидимая или слабо видимая метка, добавляемая к изображению с целью идентификации авторства или защиты от незаконного использования. Цифровой водяной знак может содержать информацию, такую как логотип фотографа, авторские права, дату создания фотографии или другие уникальные данные. В отличие от традиционного водяного знака, цифровой водяной знак встраивается непосредственно в данные изображения, что делает его более надежным и сложным для удаления или изменения. [3]

Цифровой водяной знак может быть использован для различных целей, включая защиту от кражи контента, контроль его распространения и восстановление прав собственности. Он также может быть использован для отслеживания несанкционированного использования контента в сети. Он помогает авторам контента защитить свои творения от незаконного использования и обеспечивает им возможность получения вознаграждения за свой труд. В данном статье остановимся подробнее на применении ЦВЗ для изображений.

Основная часть

В эпоху цифровых технологий защита прав интеллектуальной собственности и обеспечение подлинности контента стали первостепенными задачами для создателей контента. Цифровые водяные знаки предлагают решение путем встраивания невидимой информации непосредственно в изображения, позволяя создателям утверждать право собственности и отслеживать несанкционированное использование. С широким использованием устройств Android для захвата, редактирования изображений и обмена ими интеграция возможностей создания цифровых водяных знаков в приложения Android приобрела значительное значение.

ЦВЗ также защищают от атак, к таким атакам относятся зашумление, обрезка краев изображения, кадрирование, фильтрация, поворот, смена формата, изменение масштаба и сжатие с потерями. Кроме того, фрагменты защищаемой фотографии могут быть добавлены или удалены. Некоторые атаки, такие как зашумление или фильтрация, направлены непосредственно на извлечение или повреждение возможных встроенных ЦВЗ. Другие воздействия, например, кадрирование и изменение масштаба, нацелены на подготовку изображения к его коммерческому использованию. Встраиваемые в защищаемую фотографию ЦВЗ должны удовлетворять двум противоречивым критериям: устойчивости к различным внешним воздействиям (робастности) и минимальной деградации изображения по сравнению с оригиналом (скрытности).

Интеграция возможностей создания цифровых водяных знаков в приложения для Android дает ряд преимуществ:

Защита авторских прав: Цифровые водяные знаки позволяют создателям контента утверждать право собственности на свои изображения и предотвращать несанкционированное использование или распространение.

Аутентификация контента: Водяные знаки могут использоваться для проверки подлинности и целостности изображений, гарантируя, что они не были подделаны или изменены.

Отслеживание контента: Водяные знаки позволяют создателям отслеживать распространение и использование своих изображений в Интернете, помогая им отслеживать несанкционированное использование и обеспечивать соблюдение лицензионных соглашений.

Внедрение метаданных: Дополнительные метаданные, такие как информация об авторских правах, сведения об авторстве или условия лицензирования, могут быть встроены в само изображение, что облегчает правильную атрибуцию и лицензирование.

Внедрение цифровых водяных знаков в изображения на платформе Android включает в себя несколько ключевых шагов:

Обработка изображений: Использование методов обработки изображений для манипулирования пикселями изображения и встраивания водяного знака. Это может включать такие методы, как встраивание расширенного спектра, вставка младших разрядов (LSB) или манипулирование частотной областью.

Дизайн пользовательского интерфейса: Разработка удобного интерфейса, позволяющего пользователям выбирать изображения, настраивать параметры водяных знаков и просматривать результат. Пользовательский интерфейс должен быть интуитивно понятным и отзывчивым, чтобы обеспечить бесперебойное взаимодействие с пользователем.

Оптимизация производительности: Оптимизация алгоритмов и структур данных для минимизации накладных расходов на обработку и обеспечения эффективной работы на мобильных устройствах. Это имеет решающее значение для поддержания отзывчивости и удобства использования, особенно на устройствах Android с ограниченными ресурсами.

Меры безопасности: Внедрение механизмов шифрования и аутентификации для защиты целостности встроенных водяных знаков и предотвращения подделки или удаления. Это может включать использование криптографических методов для защиты процесса создания водяных знаков и проверки подлинности изображений с водяными знаками. Примером такой меры может быть ключ, известный только автору ЦВЗ, в соответствии с которым будет происходить вложение.

Существует множество методов встраивания водяных знаков в изображение, их можно разделить на два основных типа: пространственные методы нанесения водных знаков и частотные методы. Рассмотрим подробнее каждую из этих групп методов.

Пространственные методы обработки изображений – это алгоритмы, которые оперируют значениями цвета или яркостью пикселов изображения. В них используются точные математические зависимости и статистические оценки, которые имеют определенную погрешность при обнаружении метки. Недостатками данной группы методов являются их плохая устойчивость к различным атакам. Достоинствам – это простота реализации и отсутствие необходимости в сложных вычислениях. К таким методам относятся алгоритм Куттера-Джордана-Боссена [7], алгоритм Питаса [9], алгоритм Лангелара [8], метод наименьшего значащего бита.

Частотные методы – это методы, которые основаны на частотных преобразованиях изображения. Их высокая надежность обусловлена тем, что энергия знака и контейнера перераспределяется таким образом, чтобы водяной знак помещался в наиболее значимые области изображения, которые не подвергаются сжатию. С использованием преобразований изображение разделяется на низкочастотные и высокочастотные области, представленные спектральными коэффициентами. Манипулирование этими коэффициентами позволяет внедрить водяной знак. Затем измененные значения спектральных коэффициентов подвергаются обратному преобразованию, результатом чего становится маркированное изображение. Такие методы защищают ЦВЗ от сжатия. К таким методам относятся метод Коха-Жао.

Для достижения цели необходимо использовать среду разработки Android Studio, язык программирования Java и систему автоматической сборки Gradle. Для работы с изображением лучшим выбором будет. библиотека android.graphics.Bitmap.

Полученный программой от пользователя текст ЦВЗ, а также уникальный пользовательский ключ следует преобразовать в двоичную форму, после чего запустив цикл, создавая новое изображение, перебирать каждый пиксель изображения, в зависимости от двоичных значений ключа и текста, менять значение цветов очередного пикселя так, чтобы он оставался невыдиляющимся, для человеческого глаза, среди других пикселей. Таким образом когда цикл дойдет до конца, пользователь получит новое изображение, внешне не отличающееся от оригинального, но несущее в себе информацию о его цифровом водяному знаке.

Заключение

Внедрение цифровых водяных знаков в изображения на платформе Android необходимо для защиты прав интеллектуальной собственности пользователей данной операционной системы, обеспечения подлинности контента и отслеживания использования изображений. Понимая концепции и практические шаги, связанные с созданием цифровых водяных знаков, разработчики могут эффективно внедрять надежные и безопасные решения для создания водяных знаков в своих приложениях для Android. В конечном счете, цифровые водяные знаки позволяют создателям контента защищать свою работу и сохранять контроль над ее распространением и использованием во все более цифровом мире.

Подобно способу защиты ценных бумаг от подделки, метод защиты графической информации с помощью ЦВЗ стал неотъемлемой частью цифровой стеганографии - науки о незаметном сокрытии данных в других. [2]

Благодаря данному алгоритму появится возможность беречь свои денежные средства, а также приумножать их количество посредствам защиты авторских прав, лично созданных на ОС Android изображений.

Список литературы

1. Белобокова Ю. А., Клышинский Э. С. Доказательство подлинности фотоизображений встраиванием цифровых водяных знаков // Новые информационные технологии в автоматизированных системах. 2013. №16. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/dokazatelstvo-podlinnosti-fotoizobrazheniy-vstraivaniem-tsifrovyh-vodyanyh-znakov (дата обращения: 01.03.2024).
2. Грачёва Ю. А. Применение цифровых водяных знаков для защиты цифровых фотографий // Новые информационные технологии в автоматизированных системах. 2011. №14. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-tsifrovyh-vodyanyh-znakov-dlya-zaschity-tsifrovyh-fotografiy (дата обращения: 01.03.2024).
3. Орешкина Е.И., Фаворская М.Н. Классификация методов нанесения цифровых водяных знаков // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2015. №11. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/klassifikatsiya-metodov-naneseniya-tsifrovyh-vodyanyh-znakov (дата обращения: 01.03.2024).
4. Савчина Е.И. Встраивание цифровых водяных знаков в частотную и пространственную области изображения // Сибирский аэрокосмический журнал. 2016. №3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vstraivanie-tsifrovyh-vodyanyh-znakov-v-chastotnuyu-i-prostranstvennuyu-oblasti-izobrazheniya (дата обращения: 01.03.2024).
5. Семёнов Константин Петрович, Зайцев Павел Валерьевич Алгоритмы встраивания цифровых водяных знаков в растровые изображения // Информационная безопасность регионов. 2012. №1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/algoritmy-vstraivaniya-tsifrovyh-vodyanyh-znakov-v-rastrovye-izobrazheniya (дата обращения: 01.03.2024).
6. Koch E., Zhao J. Towards Robust and Hidden Image Copyright Labeling // IEEE Workshop on Nonlinear Signal and Image Processing. 1995. P. 123-132.
7. Kutter M., Jordan F., Bossen F. Digital signature of color images using amplitude modulation // Proc. of the SPIE Storage and Retrieval for Image and Video Databases V. 1997. Vol. 3022. P. 518-526.
8. Langelaar G., Lagendijk R., Biemond J. Robust labeling methods for copy protection of images // Proc. of the SPIE Storage and Retrieval for Image and Video Databases V. 1997. Vol. 3022. P. 79-86.
9. Pitas I., Nikolaidis N. Robust image watermarking in the spatial domain // Signal Processing, Special Issue on Copyright Protection and Control. 1998. Vol. 66, No 3, P. 385-403.