Digital Watermarking Bahan kuliah IF 3058 Kriptografi Rinaldi
Digital Watermarking Bahan kuliah IF 3058 Kriptografi Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 1
Pendahuluan n n n Dokumen digital - citra (JPEG/GIF/BMP/TIFF Images) - audio (MP 3/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. Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 2
Digital Watermarking n n 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 Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 3
Original work Detected message Watermark embedder Message (regarding work) Watermarked work (looks like original) Watermark detector Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 4 Definitions and Applications
Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 5
Cara Konvensional n Label copyright ditempelkan pada gambar. n Kelemahan: tidak efektif melindungi copyright sebab label bisa dipotong atau dibuang dengan program pengolahan citra komersil (ex: Adobe Photoshop). Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 6
Original image + label copyright Cropped image Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 7
Label kepemilikan Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 8
Cara watermarking n n n 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. Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 9
Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 10
Data apa saja yang bisa di-watermark? n n n Citra Image Watermarking Video Watermarking Audio Watermarking Teks Text Watermarking Perangkat lunak Software watermarking Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 11
Digital Image Watermarking n Penyisipan watermark Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 12
n Ekstraksi/deteksi watermark Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 13
Ekstraksi vs Deteksi n 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 n logo, teks, musik. Deteksi: hanya menentukan apakah data multimedia mengandung reference watermark atau tidak watermak umumnya barisan biner atau barisan bilangan real. Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 14
Sejarah Watermarking n Abad 13, pabrik kertas di Fabriano, Italia, membuat kertas yang diberi watermark dengan cara menekan bentuk cetakan gambar pada kertas yang baru setengah jadi. n Ketika kertas dikeringkan terbentuklah suatu kertas yang ber -watermark. Kertas ini biasanya digunakan oleh seniman/sastrawan untuk menulis karya seni. n Kertas yang sudah dibubuhi tanda-air dijadikan identifikasi bahwa karya seni di atasnya adalah milik mereka. Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 15
Perbedaan Steganografi dan Watermarking Steganografi n Tujuan: mengirim pesan rahasia apapun tanpa menimbulkan kecurigaan n Persyaratan: aman, sulit dideteksi, sebanyak mungkin menampung pesan (large capacity) n Komunikasi: point-to-point n Media penampung tidak punya arti apa-apa (meaningless) Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 16
Watermarking: n Tujuan: perlindungan copyright, pembuktian kepemilikan (ownership), fingerprinting n Persyaratan: robustness, sulit dihapus (remove) n Komunikasi: one-to-many n Komentar lain: media penampung justru yang diberi proteksi, watermark tidak rahasia, tidak mementingkan kapasitas watermark Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 17
Jenis-jenis Watermarking n Fragile watermarking Tujuan: untuk menjaga integritas/orisinilitas media digital. n Robust watermarking Tujuan: untuk menyisipkan label kepemilikan media digital. Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 18
Watermarking pada Citra n n Visible Watermarking Invisible Watermarking Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 19
Visible Watermarking Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 20
Visible Watermarking Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 21
Invisible Watermarking Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 22
Aplikasi Watermark n n n 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 Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 23
Owner identification Alice Original work Watermark embedder Distributed copy Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi Alice is owner! Watermark detector 24 Definitions and Applications
Owner identification Watermark identifies owner of copyright, similar to a copyright notice n n Help honest people identify rightful owner Notify people of copyright n n In US, until 1988, such notice was required to retain copyright Since 1988, presence of notice increases possible reward in lawsuits Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 25 Definitions and Applications
Proof of ownership Alice Original work Watermark embedder Alice is owner! Watermark detector Distributed copy Bob Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 26 Definitions and Applications
Proof of ownership Watermark is used to prove ownership in a court of law n Differs from owner identification in two ways n n Intended to carry burden of proof Watermark need not be detectable by anyone other than owner (allows informed detection) Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 27 Definitions and Applications
Transaction tracking Alice Watermark A Original work B: Evil Bob did it! Watermark detector Honest Bob Evil Bob Watermark B Unauthorized usage Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 28 Definitions and Applications
Transaction tracking Watermarks record transaction histories of content, typically identifying first authorized recipient n n Identifying pirates (Di. VX corporation) Identifying information leaks (M. Thatcher, movie dailies) Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 29 Definitions and Applications
Transaction tracking n n The MPAA estimates that piracy costs the US film industry $3 B per year One source of material is the annual distribution of Oscar screeners to the 5, 803 voting members of the Academy Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 30
Transaction tracking n n 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 n n The Last Samurai Something's Gotta Give Mystic River Actor Carmine Caridi expelled from MPAA Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 31
Content authentication Watermark embedder Watermark detector Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 32 Definitions and Applications
Content authentication Watermark is used to detect modifications applied to cover work n n n 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 Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 33 Definitions and Applications
Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 34
Watermark rusak Kesimpulan: citra sudah mengalami modifikasi Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 35
Content authentication Original Hasil pengubahan Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 36
Foto mana yang asli? Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 37
Copy control Watermarks indicate whether content may be copied n n Record control: recording devices contain detectors and refuse to record copyrighted material Playback control: players contain detectors and refuse to play pirated material Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 38 Definitions and Applications
Copy control Legal copy Compliant player Playback control Illegal copy Compliant recorder Record control Non-compliant recorder Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 39 Definitions and Applications
Broadcast monitoring Original content Content was broadcast! Watermark embedder Broadcasting system Watermark detector Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 40 Definitions and Applications
Broadcast monitoring Monitor when and whether content is transmitted over broadcast channels, such as television or radio n n n Verify advertising broadcasts (1997 scandal in Japan) Verify royalty payments ($1000 of unpaid royalties to actors per hour of broadcast) Catch instances of piracy Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 41 Definitions and Applications
n Watermark pada data digital umumnya audio atau gambar. n Watermark berupa teks mengandung kelemahan karena kesalahan satu bit akan menghasilkan hasil teks yang berbeda pada waktu verifikasi (ektraksi). Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 42
Robustness Citra asli Citra ber-watermark dikompresi 75% Citra ber-watermark di-crop Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 43
Metode Image Watermarking n Metode dalam ranah spasial Menyisipkan watermark langsung pada nilai byte dari pixel citra. n Metode dalam ranah transform Menyisipkan watermark pada koefisien transformasi dari citra. Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 44
Metode LSB n n Sama seperti steganografi. Mengganti bit LSB dengan bit data. 11010010 MSB LSB = Least Significant Bit MSB = Most Siginificant Bit n Mengubah bit LSB hanya mengubah nilai byte satu lebih tinggi atau satu lebih rendah dari nilai sebelumnya Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 45
n Misalkan sebagian pixel adalah citra 0011 10100010 11100010 (sekelompok pixel berwarna merah) n Misalkan watermark: 0111 n Encoding: 00110010 10100011 11100011 (pixel berwarna “merah berubah sedikit”) Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 01101111 01101110 46
n Kelemahan: 1. tidak kokoh terhadap perubahan 2. mudah dihapus degan mengganti semua bit LSB dari media ber-watermark. Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 47
Metode Spread Spectrum n n n 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. Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 48
n n n 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) Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 49
n DCT: n IDCT: n Keterangan: Citra berukuran M x N Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 50
n n Watermark W = w 1, w 2, …, wn Watermark: bilangan riil acak (pseudo-noise) yang mempunyai distribusi Normal: n Cox memilih watermark mempuyai distribusi N(0, 1), yaitu mean = 0, variansi = 1. n Menurut Cox, watermark tsb mempunyai kinerja lebih baik daripada data yang terdistribusi uniform. Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 51
n Penyisipan watermark: Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 52
n Pendeteksian watermark: Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 53
Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 54
n n n 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 n konversi analog-ke-digital n Konversi digital-ke-analog n Cropping n Kompresi, rotasi, translasi, dan penskalaan Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 55
Watermarking dalam Program Komersil Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 56
Penyisipan watermark Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 57
Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 58
Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 59
Pembacaan watermark Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 60
Digital Watermarking – Case Studies n Images n Audio n Video Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 61
Digital Watermarking - Images n Digimarc Image. Bridge n n Inserts imperceptible digital watermarks onto images Digimarc Marc. Spider n n Tracks all images with Digimarc’s watermark on the Internet Searches over 50 million images on the Internet a month Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 62
Marc. Spider report Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 63
Who is using Image. Bridge and Marc. Spider? n Corbis n Workbookstock. com n The British Library Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 64
Success Stories n Cobris n n identifies up to 50 cases of unauthorized commercial use of its images per month Settled 28 cases in and out of court in 8 months Movie Market paid 1 million for the settlement Playboy n Webbworld paid $310, 000 as well as reasonable attorney’s fee for using 62 Playboy’s images Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 65
Digital Watermarking - Video n Watermark is insert into video by production studio, broadcast station, or cinemas n Watermark contains copyright information and copying restriction information that indicates the video can be copy once, copy unlimited times, or never copy n Video recording equipments manufactures have to agree with the code, and make the equipments accordingly Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 66
Digital Watermarking - Video n Universal Pictures n Insert digital watermarks in its movies including theatrical release, home video, video on demand, and broadcast movies n Work with video recording makers in the next few years to ensure that new devices will complied the new standards Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 67
Philips Digital Network Water. Cast 1. Embedding watermark 2. Transmitting content 3. Satellite transmission 4. Receiving, editing, transmitting content 5. Monitoring, extracting watermark, feedback to content owner. Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 68
Who is using Water. Cast? n BBC n Reuters n EBU Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 69
Digital Watermarking - Audio n Cannot effectively prevented illegal use of music on the Internet n Identify the source of the music, and determine if the music is legal or not n In 1999, a few companies including Liquid Audio, MP 3, CDnow, formed a coalition to have digital watermark on distributed music on the Internet Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 70
Digital Watermark – National Security n Insert watermark into ID card n Carry secure information, which is used to authenticate and verify cardholder n Harder for counterfeiter to replicate the ID card n Digimarc is providing secure identification solution to over 200 government units for over 24 countries including the state of New Jersey, Vermont, and Michigan Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 71
Lain-lain n Microsoft mengembangkan sistem watermarking untuk audio digital, yang akan dimasukkan ke dalam media player Windows. n Data seperti informasi lisensi disisipkan ke dalam musik/lagu; media player tidak akan memainkan file audio yang memuat watermark yang salah. Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 72
Beberapa situs yang berguna n n Perangkat lunak digital watermarking dari Blue Spike’s Giovanni. TM (www. bluespike. com) menggunakan kunci kriptografi untuk membangkitkan watermark ke dalam musik dan citra digital. Perusahaan software yang menawarkan solusi digital watermarking adalah Digimarc (www. digimark. com) dan Cognicity (www. cognicity. com). Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 73
Situs web yang lain tentang steganografi dan digital watermaking 1. www. outguess. org Menyediakan secara gratis kakas steganografi. 2. www. demcom. com Perangkat lunak Steaganos Security Suite dari Dem. Com mengizinkan anda untuk mengenkripsi dan menyembunyikan arsip ke dalam berkas audio, video, teks, atau HTML. 3. www. cl. cam. ac. uk/~fapp 2/steganography/index. html Homepage mengenai information hiding yang memiliki informasi teknis, berita, dan link yang berkaitan dengan digital watermarking dan steganografi. 4. www. digimarc. com Homepage lainnya dari Digimarc. Rinaldi Munir/IF 3058 Kriptografi 74
- Slides: 74