مفاهیم و تعاریف پایه

واترمارکینگ چیست ؟ :

تاریخچه ی واترمارکینگ

در یونان باستان از نهان نگاری فقط برای ارتباطات مخفیانه استفاده می شده است. داستان هایی در مورد لوح هایی که با روغن های نامرئی نوشته می شد و یا بردگانی که پیغام ها را بر روی پوست سرشان خالکوبی میکردند و یا پیک هایی که پیام ها را می بلعیدهاند، همگی مؤید این مطلبند. در گذشته های دور معمولاً از انسان به عنوان سیگنال میزبان استفاده می شد. امروزه به جای انسان از محصولات چند رسانه ای برای سیگنال میزبان استفاده و نهان نگاری به نهان نگاری دیجیتال تبدیل شده است .

کاغذهای واترمارک شده از 700 سال پیش توسط دست بشر ساخته می شد. واترمارکهای کاغذی تکنیک بسیار خوبی برای آن زمان بود که (در کاربرد خاصی نظیر آسیاب) تشخیص بدهند که هر کاغذ آسیاب برای چه کسی است. قدرت قانونی واترمارکها در سال 1887 در فرانسه ثابت شد وقتیکه واترمارک دو نامه که به عنوان سند در محکمه ارائه شده بود نشان داد که نامه ها جعلی است و سرانجام به سقوط کابینهی هیئت وزرای آن زمان منجر شد.

در دهه گذشته در نحوه استفاده و انتقال اطلاعات دیجیتالی (مالتی مدیا) اقدامات گسترده ای انجام گرفته است.بنابراین موضوعی با عنوان واترمارکینگ دیجیتال مطرح شد .

واترمارکینگ دیجیتال

واترمارکینگ دیجیتال در سال 1954 توسط یکی از مهندسان شرکت موزاک ابداع شد. در این ابداع یک کد شناسایی به گونهای غیرقابل تشخیص یا به اصطلاح نامرئی ، به فایل حاوی موسیقی دیجیتالی وصل شد تا بتواند برای اثبات حق مالکیت به کار رود. از آن زمان به بعد از واترمارکینگ دیجیتالی استفاده فراوانی شد اما تا سال 1990 به عنوان یک موضوع تحقیقاتی با ارزش، توجه دانشمندان را به خود جلب نکرده بود. اولین انتشاراتی که روی استفاده از واترمارک در تصاویر دیجیتال تمرکز کرد در سال 1990 و بعد از آن در 1993 بود. در دههی 1990 این موضوع به عنوان یک موضوع جذاب تحقیقاتی مورد توجه قرار گرفت و تا امروز همچنان جذابیت واهمیت خود را حفظ کرده است .

با توجه به گسترش روز افزون ارتباطات در دنیای امروز ، ضرورت کنترل بهینه ارتباطات در محیطهای گوناگون چند رسانه ای بیش از پیش روشن می شود و حفاظت از داده ها در مقابل کپی برداری وجعل از اهمیت بالایی برخوردار است که برای حفاظت از محصولات دیجیتال چند رسانه ای در برابر کپی های غیر مجاز و حفظ حق انتشار برای داده های صوتی ، تصویری و ویدئویی دوتکنیک موجود است .

1-  رمزنگاری

2-  واترمارکینگ

رمزنگاری

رمزنگاری(Cryptography) علم تغییر دادن متن پیام یا اطلاعات به کمک کلید رمز و با استفاده از یک الگوریتم رمز است به گونه‌ای که تنها به کمک کلید الگوریتم بتوان به اطلاعات اصلی دست یافت و به عبارتی پیام را رمزگشایی کرد. در واقع رمزنگاری به بررسی و شناخت اصول و روش‌های انتقال یا ذخیره‌ی اطلاعات به صورت امن می پردازد و در این دانش امن بودن مسیر انتقال اطلاعات و کانال های ارتباطی و یا محل ذخیره اطلاعات مهم نیست.

پروتکل رمزنگاری یک پروتکل رمزنگاری مجموعه‌ای از قواعد و روابط ریاضیاتی است که چگونگی ترکیب کردن الگوریتم‌های رمز نگاری و استفاده از آن‌ها به منظور ارائه یک سرویس رمزنگاری خاص در یک مورد خاص را فراهم می‌کند. یک پروتکل رمزنگاری به طور معمول قالب اطلاعات، روش تبدیل اطلاعات به عناصر ریاضی، پارامترهای الگوریتم رمزنگاری، چگونگی تبدیل روابط ریاضی به اطلاعات عددی، اطلاعاتی که ردو بدل می‌شود و مکانیزم ارتباطی برای انتقال اطلاعات را مشخص می‌کند.

الگوریتم رمزنگاری

الگوریتم رمزنگاری هر الگوریتم یا تابع ریاضی است که خصوصیات لازم جهت استفاده شدن در پروتکل‌های رمزنگاری را داشته باشد. درگذشته سازمان‌ها یا شرکت‌هایی که نیاز به رمزنگاری داشتند الگوریتم رمزنگاری مخصوص به خود را طراحی می‌کردند که در بعضی از این الگوریتم‌ها شکسته شدن رمز به خاطر ضعف مسائل امنیتی آسان بود و امروزه به علت جلوگیری از این ضعف اطلاعات کامل الگوریتم رمزنگاری مشخص است و فقط کلید رمز است که پنهان است.

 

رمزنگاری کلید متقارن 

اگر در الگوریتم یا پروتکل رمزنگاری هر دو طرف از یک کلید رمز برای مبادله‌ی اطلاعات استفاده کنند به این رمزنگاری کلید متقارن یا تک کلیدی گقته می‌شود. در رمزنگاری کلید متقارن، کلیدهای رمزگذاری و رمزگشایی یکسان هستند و یا با رابطه ای بسیار ساده از یکدیگر قابل استخراج می‌باشند. در این نوع رمزگذاری باید یک کلید رمز مشترک بین دو طرف تعریف شود و از آنجاییکه کلید رمز باید محرمانه باقی بماند برای ایجاد مبادله کلید رمز مشترک باید از کانال امن استفاده نمود. ناگفته نماند که نیاز به وجود یک کلید رمز به ازای هر دو نفر در رمزنگاری موجب بروز مشکلات مدیریتی کلیدهای رمز می‌شود.

 

 

رمزنگاری کلید نامتقارن 

در الگوریتم رمزنگاری نامتقارن به جای یک کلید مشترک از یک جفت کلید به نام‌های کلید عمومی و کلید خصوصی استفاده می‌شود. کلید خصوصی تنها در اختیار دارنده‌ی آن قرار دارد و امنیت رمزنگاری به محرمانه ماندن کلید خصوصی بستگی دارد. اما کلید عمومی در اختیار کلیه‌ی کسانی که با دارنده‌ی آن در ارتباط هستند قرار داده می‌شود. در رمزنگاری نامتقارن بسته به کاربرد پروتکل مورد نظر معمولاً از کلید عمومی برای رمزگذاری و از کلید خصوصی برای رمزگشایی استفاده می‌شود البته گاهی هم بر عکس.

 

 

رمزنگاری کلید متقارن دارای ماهیت متفاوت هستند و برای کاربردهای متفاوت نیز به کار می‌روند. کلید رمزنگاری متقارن خیلی سریعتر از الگوریتم‌های رمزنگاری نامتقارن است

 در رمز گذاری داده های دیجیتال در فرستنده رمز می شوند و پس از دریافت در گیرنده رمزگشایی میشوند. این روش تنها دربازه زمانی انتقال اطلاعات بصورت دیجیتالی از فرستنده به گیرنده می تواند از اطلاعات محافظت کند. بعد از دریافت اطلاعات توسط گیرنده، اطلاعات دریافتی از اطلاعات اصلی قابل شناسایی است. روش های مختلف رمزنگاری اگرچه دارای مزایایی هستند اما دارای چندین عیب نیز می باشند ازجمله می توان به گم شدن رمز عبور ، تغییر محتویات در طول انتقال ، صرف زمان جهت رمزگشایی و برگرداندن داده نام برد.

واترمارکینگ

تکنیک واترمارکینگ میتواند مکمل تکنیک رمزنگاری باشد بطوری که یک سیگنال غیرمحسوس به سیگنال اصلی،(که همیشه ماندگار باشد) را به آن اضافه می کنند و این سیگنال جدید را می فرستند. این در واقع یک کد انحصاری برای آن داده تلقی می شود. برای استفاده از داده نهان نگاری شده نیازی به برداشتن سیگنال واترمارک نیست، زیرا این سیگنال طوری در داده میزبان درج می شود که هیچ تاثیر نامطلوب بر داده ی اصلی نمیگذارد.

در واترمارکینگ با استفاده از الگوریتم خاصی، اطلاعاتی را برای شناسایی اثر در درون ان می گنجانند تا ارتباط محصول مورد نظر با مؤلف واقعی آن از طریق این اطلاعات مخفی مشخص گردد.

واترمارکینگ کاربردهای گوناگونی دارد که مهمترین کاربرد آن حفظ حق کپی برداری است. از کاربردهای دیگر آن می توان به ردیابی شخص خائن اشاره کرد.در واترمارکینگ ، باید پارامترهایی همچون شفافیت ، مقاومت و ظرفیت در نظر گرفته شود که در این میان ، شفافیت، نقش اصلی را ایفا می کند. برای حفظ شفافیت می بایست پس از درج وا ترمارک ، نتوان  تصویر واترمارک شده را از روی تصویر اصلی تشخیص داد. برای مقاوم بودن نیز باید دامنه داده هایی که وارد می شود بزرگ باشد و این موضوع باعث محسوس شدن واترمارک می شود. با توجه به رابطه معکوس بین پایداری و نامحسوس بودن ، باید تعادلی را میان این دو در نظر گرفت.

 منظور از مقاوم بودن این است که سیگنال واترمارکی که صحت داده میزبان را اثبات می کند در برابر تکنیکهای پردازش تصویر از قبیل فشرده سازی ، فیلترینگ، چرخش، تغییر شدت روشنایی ، برش وحملات عمدی و غیر عمدی دیگر مقاوم باشد . می توان مقدار محدودی اطلاعات را در یک تصویر پنهان کرد ، اندازه این مقدار بستگی به نوع و روش واترمارکینگ دارد ونشان دهنده ظرفیت است. مقدار اطلاعات باید به اندازه ای باشد که اولا از کیفیت تصویر نکاهد و ثانیا در مقابل یک سری فرایندهای پردازش تصویر دوام داشته باشد. بنابراین بین ظرفیت و مقاومت رابطه عکس برقرار است، بدین ترتیب که هرچه ظرفیت بالاتر برود از مقاومت کاسته میشود. ساده ترین روشی که در ابتدا مطرح شد قرار دادن داده ها در کم ارزش ترین بیت (LSB) اطلاعات شدت روشنایی تصویر بود. این روش هم به راحتی قابل استفاده بود، هم به زمان بسیار کمی نیاز داشت و هم اینکه میزان داده قابل پنهان کردن بسیار زیاد بود. مثلاً در یک تصویر با ابعاد 256´256 میتوان 8 کیلو بایت اطلاعات ذخیره کرد. این روش تغییر بسیار محسوسی در تصویر ایجاد می کند، ولی مشکل اساسی آن ، این است که با ایجاد کوچکترین تغییری در تصویر تمام داده ها تخریب می شوند و در ضمن داده ها از هیچگونه امنیتی برخوردار نیستند. بعد از آن روش هایی مانند روش های آماری ، طیف گسترده و همچنین روش هایی بر پایۀ تبدیلات کسینوسی، فوریه و موجک  مطرح شده است. امروزه دانشمندان در حال تحقیق در مورد روش هایی بر پایۀ سیستم های بینایی انسان برای حفظ کیفیت تصویر در هنگام نهان نگاری ، کاهش زمان لازم برای استخراج داده و همچنین استخراج داده ها بدون کمک تصویر اولیه هستند.

منابع:

http://farbspiel-photo.com/original/creative-watermarking

http://idochp2.irandoc.ac.ir/FulltextManager/fulltext15/th/235/235572.pdf

http://roshd.ir/Default.aspx?tabid=152&EntryID=3492&SSOReturnPage=Check&Rand=0