Российские ученые разработали алгоритм для защиты цифровых изображений, который может значительно повысить безопасность мультимедийных данных в интернете. Алгоритм встраивает в изображения незаметные для глаза человека водяные знаки, которые способны выдерживать различные атаки. Результаты исследования опубликованы в журнале Computers and Electrical Engineering, сообщает пресс-служба НИУ ВШЭ.
С развитием интернета, социальных сетей и нейросетей защита авторских прав на цифровой контент становится все более сложной. Публикация изображений онлайн делает их уязвимыми для незаконного копирования и распространения: видимые водяные знаки либо обрезаются, либо удаляются. Одним из вариантов защиты авторских прав стала технология водяных знаков, которые встраивают в изображение таким образом, что они остаются невидимыми для человеческого глаза, но могут быть извлечены при необходимости для доказательства авторских прав.
Российские ученые предложили новый алгоритм создания цифрового водяного знака, состоящий из нескольких этапов. Сначала изображение разбивается на блоки размером 8×8 пикселей, к которым применяется дискретное косинусное преобразование (DCT). Алгоритм преобразует значения пикселей в частотный спектр, что позволяет выделить важные особенности изображения и отделить их от шума. Затем водяной знак встраивается путем изменения коэффициентов в среднечастотной области блока так, чтобы сделать сумму абсолютных значений одной половины коэффициентов больше или меньше суммы абсолютных значений другой половины коэффициентов в зависимости от бита встраиваемой информации.
Можно представить, что изображение — это большой шкаф с полками, заполненными книгами (пикселями) с разными цветными обложками, расположенными в хаотичном порядке. Алгоритм сортирует книги по яркости обложек от самых ярких к самым тусклым. Затем он встраивает в шкаф необходимый водяной знак. Логика его встраивания следующая: нужно поменять книги на центральной полке (среднечастотной области блока) так, чтобы яркость на одной половине полки стала больше или меньше яркости обложек в другой половине. Книги меняются местами в зависимости от того, встраивается 0 либо 1. Изменения настолько незначительны, что человек их не заметит. Алгоритм же понимает, как изменилось расположение книг на центральной полке, и извлекает зашифрованную информацию.
Основное преимущество метода заключается в балансе между незаметностью и устойчивостью водяного знака, который достигается благодаря применению современного оптимизатора на основе градиентного спуска (GBO). GBO используется для нахождения такого вектора изменений коэффициентов, который обеспечивает минимальное искажение изображения и высокую устойчивость водяного знака. Этот оптимизатор сочетает в себе преимущества градиентных методов и метаэвристических подходов, обеспечивая быстрое и эффективное решение задачи. В отличие от других методов, GBO использует правило градиентного поиска и оператор локального избегания, что позволяет ему избегать локальных минимумов и находить более точные решения.
«Мы нашли способ встраивания информации, который минимально искажает изображение, но при этом обеспечивает высокую устойчивость к типичным атакам, таким как сжатие, изменение яркости, контраста, обрезка и другие», — рассказал Олег Евсютин, заведующий кафедрой информационной безопасности киберфизических систем МИЭМ НИУ ВШЭ.
Экспериментальные результаты показали высокую эффективность предложенного алгоритма по таким показателям, как незаметность и устойчивость к атакам. В частности, водяной знак оставался видимым даже после изменения яркости и контраста, а также применения различных фильтров.
«Наша работа открывает новые возможности для защиты цифровых изображений, особенно в условиях, когда важно сохранить высокое качество изображения при его публикации в интернете», — отметила Анна Мельман, младший научный сотрудник кафедры информационной безопасности киберфизических систем МИЭМ НИУ ВШЭ.
Исследователи планируют изучить возможности применения алгоритма для различных типов цифровых данных и условий использования. В будущем такие методы могут стать основой для создания надежных систем защиты авторских прав в интернете, обеспечивая безопасность и сохранность цифрового контента.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
