kriptografi - watermarking

Watermarking

Bekerja sama dengan:

Rinaldi Munir

Fakta

• Jutaan gambar/citra digital bertebaran di internet via email, website, bluetooth, dsb

• Siapapun bisa mengunduh citra, meng-copy-nya, menyunting, mengirim, memanipulasi, dsb.

• Sekali citra diunduh/copy, referensi pemilik yang asli hilang sebab informasi kepemilikan tidak melekat di dalam citra.

Siapa pemilik citra ini?

Akibat penyebaran citra digital

• Memungkinkan terjadi pelanggaran HAKI:

- mengklaim kepemilikan citra orang lain

- pemilik citra yang asli tidak mendapat royalti

atas penggandaan ilegal

Karakteristik Dokumen Digital

• Dokumen digital

- citra (JPEG/GIF/BMP/TIFF Images)

- audio (MP3/WAV audio)

- video (MPEG video)

- teks (Ms Word document)

• Tepat sama kalau digandakan

• Mudah didistribusikan (misal: via internet)

• Mudah di-edit (diubah)

• Tidak ada perlindungan terhadap kepemilikan, copyright, editing, dll.

• Solusi: digital watermarking.

Digital Watermarking

• Digital Watermarking: penyisipan informasi (watermark) yang menyatakan kepemilikan data multimedia

• Watermark: teks, logo, audio, data biner (+1/-1), barisan bilangan riil

• Watermarking merupakan aplikasi steganografi

• Tujuan: memberikan perlindungan copyright

+

=

Original work

Message (regarding

work)

Watermark embedder

Watermarked work

(looks like original)

Watermark detector

Detected

message

Definitions and Applications

Watermark

Embedding

(E)

Citra (I)

Kunci (k)

Watermark (w)

Transmisi

Serangan (n)

Citra ber-

watermark

(I') Watermark

Extraction

(D)

I'n

Kunci (k)

Compare

Watermark (w)

w' 1/0

Contoh: Image Watermarking (1)

• Menyisipkan watermark ke dalam citra digital untuk memberikan perlindungan copyright pada citra tsb.

• Watermark: informasi yang menyatakan label kepemilikan (copyright) sebuah citra

© Deshinta Ariyani, Bandung 2010-2014

Image Watermarking (2)

• Watermark melekat di dalam citra

• Penyisipan watermark tidak merusak kualitas citra

• Watermark dapat dideteksi kembali sbg bukti kepemilikan

Image Watermarking (3)

• Persyaratan umum:

- imperceptible

- robustness

- secure

Cara Konvensional Memberi Label Copyright

• Label copyright ditempelkan pada gambar.

• Kelemahan: tidak efektif melindungi copyright sebab label bisa dipotong atau dibuang dengan program pengolahan citra komersil (ex: Adobe Photoshop).

Original image + label copyright

Cropped image

Label kepemilikan

Cara watermarking

• Watermark disisipkan ke dalam data multimedia.

• Watermark terintegrasi di dalam data multimedia.

• Kelebihan:

1. Setiap penggandaan (copy) data multimedia

akan membawa watermark di dalamnya.

2. Watermark tidak bisa dihapus atau dibuang.

Data apa saja yang bisa di-watermark?

• Citra Image Watermarking

• Video Video Watermarking

• Audio Audio Watermarking

• Teks Text Watermarking

• Perangkat lunak Software watermarking

Digital Image Watermarking

• Penyisipan watermark

Watermark

EmbeddingCitra (I)

Kunci

(k)

Citra

ber-watermark

Watermark (w)

)ˆ(I

• Ekstraksi/deteksi watermark

Watermark

extraction

Kunci (k)

Citra

uji (J)

Watermark yang

diekstraksi (w’)Comparator

Citra

semula (I)

0/1

watermark

asli (w)

tc

tcwwCt

,0

,1)',(

')( wJDk

Ekstraksi vs Deteksi

• Ekstraksi: mengambil kembali (recover/reveal) bit informasi watermark dari data multimedia.

Perlu proses komparasi dengan watermark asli untuk menentukan

kemiripan/cocokan.

watermark umumnya berupa pesan bermakna seperti logo, teks, musik.

• Deteksi: hanya menentukan apakah data multimedia mengandung reference watermark atau tidak

watermak umumnya barisan biner atau barisan bilangan real.

Sejarah Watermarking

• Abad 13, pabrik kertas di Fabriano, Italia, membuat kertas yang diberi watermark dengan cara menekan bentuk cetakan gambar pada kertas yang baru setengah jadi.

• Ketika kertas dikeringkan terbentuklah suatu kertas yang ber-watermark. Kertas ini biasanya digunakan oleh seniman/sastrawan untuk menulis karya seni.

• Kertas yang sudah dibubuhi tanda-air dijadikan identifikasi bahwa karya seni di atasnya adalah milik mereka.

Perbedaan Steganografi dan Watermarking

Steganografi

• Tujuan: mengirim pesan rahasia apapun tanpa menimbulkan kecurigaan

• Persyaratan: aman, sulit dideteksi, sebanyak mungkin menampung pesan (large capacity)

• Komunikasi: point-to-point

• Media penampung tidak punya arti apa-apa (meaningless)

Watermarking:

• Tujuan: perlindungan copyright, pembuktian kepemilikan (ownership), fingerprinting

• Persyaratan: robustness, sulit dihapus (remove)

• Komunikasi: one-to-many

• Komentar lain: media penampung justru yang diberi proteksi, watermark tidak rahasia, tidak mementingkan kapasitas watermark

Jenis-jenis Watermarking

• Fragile watermarking

Tujuan: untuk menjaga integritas/orisinilitas media digital.

• Robust watermarking

Tujuan: untuk menyisipkan label kepemilikan media digital.

Watermarking pada Citra

• Visible Watermarking

• Invisible Watermarking

Aplikasi Watermark

• Identifikasi kepemilikan (ownership identification)

• Bukti kepemilikan (proof of ownership)

• Memeriksa keaslian isi karya digital (tamper proofing) Content authentication

• User authentication/fingerprinting/transaction tracking: mengotentikasi pengguna spesifik. Contoh: distribusi DVD

• Piracy protection/copy control: mencegah penggandaan yang tidak berizin.

• Broadcast monitoring

Proof of ownership

Original work

Distributed copy

Watermark detector

Alice is owner!

Watermark embedder

Alice

Proof of ownership

Watermark identifies owner of copyright, similar to a copyright notice

• Help honest people identify rightful owner

• Notify people of copyright

– In US, until 1988, such notice was required to retain copyright

– Since 1988, presence of notice increases possible reward in lawsuits

Transaction tracking

Original work

Honest Bob

Watermark detector

B:Evil Bob did it!

Watermark A

Evil Bob

Unauthorized usage

Watermark B

Alice

Transaction tracking

• Watermarks record transaction histories of content, typically identifying first authorized recipient

• Identifying pirates (DiVX corporation)

• Identifying information leaks (M. Thatcher, movie dailies)

• The MPAA estimates that piracy costs the US film industry $3B per year

• One source of material is the annual distribution of Oscar screeners to the 5,803 voting members of the Academy

Transaction tracking

• Thomson system enabled the MPAA to distribute individually-watermarked VHS and DVD screeners to its 5,803 eligible voting members

• Screeners appeared on the internet

– The Last Samurai

– Something's Gotta Give

– Mystic River

• Actor Carmine Caridi expelled from MPAA

Content authentication

Watermark embedder

Watermark detector

Content authentication

Watermark is used to detect modifications applied to cover work

• Exact authentication: work is inauthentic if even one bit has changed

• Selective authentication: work is inauthentic only if significantly changed

• Tell-tale watermarks/localization: identify what changes have been made

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Watermark rusak

Kesimpulan: citra sudah mengalami modifikasi

Content authentication

Original Hasil pengubahan

Foto mana yang asli?

Copy control

Watermarks indicate whether content may be copied

• Record control: recording devices contain detectors and refuse to record copyrighted material

• Playback control: players contain detectors and refuse to play pirated material

Copy control

Compliant recorder

Compliant player Legal copy

Illegal copy

Playback control

Record control

Non-compliant recorder

Broadcast monitoring

Watermark embedder

Watermark detector

Broadcasting system

Content was broadcast!

Original content

Broadcast monitoring

Monitor when and whether content is transmitted over broadcast channels, such as television or radio

• Verify advertising broadcasts (1997 scandal in Japan)

• Verify royalty payments ($1000 of unpaid royalties to actors per hour of broadcast)

• Catch instances of piracy

• Watermark merupakan elemen penting dalam Digital Right Management (DRM).

• DRM adalah teknologi pengaturan akses yang digunakan oleh para penerbit atau pemegang hak cipta untuk membatasi penggunaan konten digital.

• Hanya pihak yang memiliki hak terhadap konten digital yang dapat mengaksesnya.

• Watermark pada data digital umumnya audio atau gambar.

• Watermark berupa teks mengandung kelemahan karena kesalahan satu bit akan menghasilkan hasil teks yang berbeda pada waktu verifikasi (ektraksi).

Robustness

Citra asli

Citraber-watermark

Citra ber-watermark

dikompresi 75%

Citra ber-watermark di-crop

Metode Image Watermarking

• Metode dalam ranah spasial

Menyisipkan watermark langsung pada nilai byte dari pixel citra.

• Metode dalam ranah transform

Menyisipkan watermark pada koefisien transformasi dari citra.

Metode LSB

• Sama seperti steganografi.

• Mengganti bit LSB dengan bit data.

11010010

MSB LSB

LSB = Least Significant Bit

MSB = Most Siginificant Bit

• Mengubah bit LSB hanya mengubah nilai byte satu lebih tinggi atau satu lebih rendah dari nilai sebelumnya

• Misalkan sebagian pixel adalah citra 00110011 10100010 11100010 01101111 (sekelompok pixel berwarna merah) • Misalkan watermark: 0111 • Encoding: 00110010 10100011 11100011 01101110 (pixel berwarna “merah berubah sedikit”)

• Kelemahan:

1. tidak kokoh terhadap perubahan

2. mudah dihapus degan mengganti semua bit

LSB dari media ber-watermark.

Metode Spread Spectrum

• Diusulkan pertama kali oleh Cox dalam makalah “Secure Spread Spectrum Watermarking for Multimedia” (1997)

• Watermark disebar (spread) di dalam citra.

• Spread spectrum dapat dilakukan dalam 2 ranah:

1. Ranah spasial

Menyisipkan watermark langsung pada nilai

byte dari pixel citra.

2. Ranah transform

Menyisipkan watermark pada koefisien

transformasi dari citra.

• Penyisipan dalam ranah frekuensi lebih robust dibandingkan dalam ranah spasial.

• Pada metode Cox, komponen frekuensi yang disisipi adalah komponen yang signifikan secara persepsi.

• Ada trade-off antara robustness dan visibility ()

• Citra ditransformasi ke dalam ranah frekuensi dengan DCT (Discrete Cosine Transform)

• Setelah penyisipan, ranah frekuensi dkembalikan ke ranah spasial dengan IDCT (Inverse Discrete Cosine Transform)

• DCT:

• IDCT:

• Keterangan: Citra berukuran M x N

N

qn

N

pmnmIqpC

N

m

N

nqp

2

)12(cos

2

)12(cos),(),(

1

0

1

0

N

qn

N

pmqpCnmI

N

m

N

nqp

2

)12(cos

2

)12(cos),(),(

1

0

1

0

10 Mp 10 Nq

11,2

0,1

MpM

pM

p

11,2

0,1

NqN

qN

q

• Watermark W = w1, w2, …, wn

• Watermark: bilangan riil acak (pseudo-noise) yang mempunyai distribusi Normal:

• Cox memilih watermark mempuyai distribusi N(0, 1), yaitu mean = 0, variansi = 1.

• Menurut Cox, watermark tsb mempunyai kinerja lebih baik daripada data yang terdistribusi uniform.

2

2

2 2exp

2

1)(

wwp

• Penyisipan watermark:

• Pendeteksian watermark:

• Panjang watermark = n = 1000

• Cox menggunakan 1000 koefisien terbesar. Inilah yang dinamakan frequency spreading.

• Cox memilih = 0.1 dan T = 6

• Kelemahan: perlu citra asli untuk deteksi watermark (non-blind watermarking).

• Kelebihan: kokoh terhadap

– konversi analog-ke-digital

– Konversi digital-ke-analog

– Cropping

– Kompresi, rotasi, translasi, dan penskalaan

Watermarking dalam Program Komersil

Penyisipan watermark