[論文レビュー] ISWAR: An Imaging System with Watermarking and Attack Resilience

Saraju P. Mohanty|arXiv (Cornell University)|May 21, 2012

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 37被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、可視および非可視ウェーブレットマーキングと暗号化を統合したオブジェクト指向型デジタル・ライツ・マネジメント（DRM）システムであるISWARを提示する。このシステムは、海賊版や攻撃に対して強固な保護を提供するための色画像の保護に特化している。DCTベースの埋め込み手法を用い、ACおよびDC係数の両方を活用することで、高い知覚的品質（PSNR最大108 dB）と、JPEG圧縮やクロッピングといった標準的な攻撃に対する耐性を実現している。

ABSTRACT

With the explosive growth of internet technology, easy transfer of digital multimedia is feasible. However, this kind of convenience with which authorized users can access information, turns out to be a mixed blessing due to information piracy. The emerging field of Digital Rights Management (DRM) systems addresses issues related to the intellectual property rights of digital content. In this paper, an object-oriented (OO) DRM system, called "Imaging System with Watermarking and Attack Resilience" (ISWAR), is presented that generates and authenticates color images with embedded mechanisms for protection against infringement of ownership rights as well as security attacks. In addition to the methods, in the object-oriented sense, for performing traditional encryption and decryption, the system implements methods for visible and invisible watermarking. This paper presents one visible and one invisible watermarking algorithm that have been integrated in the system. The qualitative and quantitative results obtained for these two watermarking algorithms with several benchmark images indicate that high-quality watermarked images are produced by the algorithms. With the help of experimental results it is demonstrated that the presented invisible watermarking techniques are resilient to the well known benchmark attacks and hence a fail-safe method for providing constant protection to ownership rights.

研究の動機と目的

• インターネットを介したマルチメディアコンテンツの容易な配布に伴う、デジタル画像海賊版の増加という課題に対処する。
• デジタル画像の知的財産権を保護するための安全で拡張性のあるDRMシステムを開発する。
• 所有者認証とコンテンツ整合性を確保するため、可視および非可視ウェーブレットマーキング技術を統合する。
• JPEG圧縮、クロッピング、フィルタリングといった一般的な攻撃に対して耐性を示し、高い画像品質を維持する。
• 画像セキュリティ応用分野における実用的導入を可能にする、ユーザーフレンドリーで拡張性のあるソフトウェア実装を提供する。

提案手法

• 可視および非可視ウェーブレットマーキング、暗号化を第一級のコンponentsとしてサポートするオブジェクト指向型DRMフレームワーク（ISWAR）を設計する。
• 知覚的品質を保持しつつ、適応的にウェーブレットマーキングを色画像に埋め込む可視ウェーブレットマーキングアルゴリズムを実装する。
• 離散コサイン変換（DCT）を用いてACおよびDC係数の両方に非可視ウェーブレットマーキング方式を設計し、二重層の保護を実現する。
• ウェーブレットデータを埋め込む前に暗号化することで、ウェーブレットフレームワーク内での安全性を向上させる。
• DCTドメインでバイナリウェーブレット画像の選択的加算および減算を用いることで、耐性と不可視性を確保する。
• さまざまな攻撃シナリオ下で、ベンチマーク画像（Lena、F16、mandril、pepper）を用いた広範なテストにより、システムを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オブジェクト指向型DRMシステムは、画像保護のための可視および非可視ウェーブレットマーキングと暗号化を効果的に統合できるか？
• RQ2 提案された可視および非可視ウェーブレットマーキングアルゴリズムによって生成されるウェーブレットマーキング画像の知覚的品質はいかほどか？
• RQ3 非可視ウェーブレットマーキングアルゴリズムは、JPEG圧縮、クロッピング、フィルタリングといった標準的な攻撃に対してどの程度耐性を示すか？
• RQ4 PSNRおよび耐性の観点から、既存の最先端技術と比較して、本手法はどのように優れているか？
• RQ5 本手法は、ユーザー固有のウェーブレットマーキングと合成ウェーブレットマーキングの二重埋め込みをサポートし、ブレインド抽出を可能にすることで、セキュリティと使いやすさを向上させられるか？

主な発見

• 非可視ウェーブレットマーキングアルゴリズムは、Lenaで105 dB、F16で99 dB、mandrilで101 dB、pepperで108 dBのPSNR値を達成しており、高い知覚的画像品質を示している。
• 本システムは、JPEG圧縮、グレースケール化、ぼかし、部分的クロッピング、Stirmarkベースの歪みといったすべてのベンチマーク攻撃に対して完全な耐性を示した。
• 提案された非可視ウェーブレットマーキング手法は、既存の最先端アルゴリズムと比較してPSNRを56.7％～76.7％まで向上させ、特にSaxenaら[33]との比較で最高で76.7％の向上を達成した。
• 本システムは、DCTドメインにおける選択的加算および減算を用いて、バイナリウェーブレット（例：指紋、署名）をホスト画像に効果的に埋め込むことに成功した。
• DCTフレームワーク内での暗号化とウェーブレットマーキングの統合により、不正な抽出やコンテンツの複製を防止するセキュリティが強化された。
• 本システムのオブジェクト指向アーキテクチャは拡張性を備えており、今後の改善計画として、ブレインドウェーブレット抽出およびDaubechies 9/7フィルタを用いたウェーブレットベースの埋め込みが予定されている。