Una marca de agua digital es un tipo de marcador incrustado de forma encubierta en una señal tolerante al ruido, como datos de audio, vídeo o imágenes. [1] Normalmente se utiliza para identificar la propiedad de los derechos de autor de dicha señal. La "marca de agua" es el proceso de ocultar información digital en una señal portadora ; la información oculta debe, [2] pero no es necesario, contener una relación con la señal portadora. Se pueden utilizar marcas de agua digitales para verificar la autenticidad o integridad de la señal portadora o para mostrar la identidad de sus propietarios. Se utiliza de manera destacada para rastrear infracciones de derechos de autor y para la autenticación de billetes .
Al igual que las marcas de agua físicas tradicionales , las marcas de agua digitales a menudo sólo son perceptibles bajo ciertas condiciones, por ejemplo, después de utilizar algún algoritmo. [3] Si una marca de agua digital distorsiona la señal portadora de una manera que se vuelve fácilmente perceptible, puede considerarse menos efectiva dependiendo de su propósito. [3] Las marcas de agua tradicionales se pueden aplicar a medios visibles (como imágenes o videos), mientras que en las marcas de agua digitales, la señal puede ser audio, imágenes, videos, textos o modelos 3D. Una señal puede llevar varias marcas de agua diferentes al mismo tiempo. A diferencia de los metadatos que se agregan a la señal portadora, una marca de agua digital no cambia el tamaño de la señal portadora.
Las propiedades necesarias de una marca de agua digital dependen del caso de uso en el que se aplica. Para marcar archivos multimedia con información de derechos de autor, una marca de agua digital debe ser bastante resistente a las modificaciones que se pueden aplicar a la señal portadora. En cambio, si hay que garantizar la integridad, se aplicaría una frágil marca de agua.
Tanto la esteganografía como la marca de agua digital emplean técnicas esteganográficas para incorporar datos de forma encubierta en señales ruidosas. Mientras que la esteganografía apunta a la imperceptibilidad para los sentidos humanos, la marca de agua digital intenta controlar la robustez como máxima prioridad.
Dado que una copia digital de los datos es igual que el original, la marca de agua digital es una herramienta de protección pasiva. Simplemente marca los datos, pero no los degrada ni controla el acceso a los datos.
Una aplicación de la marca de agua digital es el seguimiento de origen . Se incorpora una marca de agua en una señal digital en cada punto de distribución. Si más adelante se encuentra una copia de la obra, se podrá recuperar la marca de agua de la copia y se conocerá la fuente de distribución. Según se informa, esta técnica se ha utilizado para detectar el origen de películas copiadas ilegalmente.
El término "marca de agua digital" fue acuñado por Andrew Tirkel y Charles Osborne en diciembre de 1992. La primera incrustación y extracción exitosa de una marca de agua esteganográfica de espectro extendido fue demostrada en 1993 por Andrew Tirkel, Gerard Rankin, Ron Van Schyndel, Charles Osborne y otros. . [4]
Las marcas de agua son marcas de identificación producidas durante el proceso de fabricación del papel. Las primeras filigranas aparecieron en Italia durante el siglo XIII, pero su uso se extendió rápidamente por Europa. Se utilizaron como medio para identificar al fabricante de papel o al gremio comercial que fabricaba el papel. Las marcas a menudo se creaban mediante un alambre cosido al molde de papel. Las marcas de agua se siguen utilizando hoy en día como marcas de fabricante y para evitar falsificaciones.
Las marcas de agua digitales se pueden utilizar para una amplia gama de aplicaciones, como por ejemplo:
La información que se incluirá en una señal se denomina marca de agua digital, aunque en algunos contextos la frase marca de agua digital significa la diferencia entre la señal con marca de agua y la señal de cobertura. La señal donde se va a incrustar la marca de agua se llama señal de host . Un sistema de marcas de agua suele dividirse en tres pasos distintos: incrustación, ataque y detección. Al incrustar, un algoritmo acepta el host y los datos que se van a incrustar y produce una señal con marca de agua.
Luego, la señal digital con marca de agua se transmite o almacena, generalmente transmitida a otra persona. Si esta persona hace una modificación, a esto se le llama ataque . Si bien la modificación puede no ser maliciosa, el término ataque surge de la aplicación de protección de derechos de autor, donde terceros pueden intentar eliminar la marca de agua digital mediante modificación. Hay muchas modificaciones posibles, por ejemplo, compresión de datos con pérdida (en la que se reduce la resolución), recortar una imagen o vídeo o añadir ruido intencionalmente.
La detección (a menudo llamada extracción) es un algoritmo que se aplica a la señal atacada para intentar extraerle la marca de agua. Si la señal no se modificó durante la transmisión, la marca de agua aún está presente y se puede extraer. En aplicaciones robustas de marcas de agua digitales, el algoritmo de extracción debería poder producir la marca de agua correctamente, incluso si las modificaciones fueran fuertes. En marcas de agua digitales frágiles , el algoritmo de extracción debería fallar si se realiza algún cambio en la señal.
Una marca de agua digital se considera robusta con respecto a las transformaciones si la información incrustada puede detectarse de manera confiable a partir de la señal marcada, incluso si se degrada por cualquier número de transformaciones. Las degradaciones de imagen típicas son la compresión, rotación, recorte, ruido aditivo y cuantificación de JPEG . [6] Para el contenido de vídeo, a menudo se añaden a esta lista modificaciones temporales y compresión MPEG. Una marca de agua digital se denomina imperceptible si el contenido con marca de agua es perceptivamente equivalente al contenido original sin marca de agua. [7] En general, es fácil crear marcas de agua robustas o imperceptibles, pero la creación de marcas de agua robustas e imperceptibles ha demostrado ser todo un desafío. [2] Se han propuesto marcas de agua robustas e imperceptibles como herramienta para la protección de contenidos digitales, por ejemplo como una bandera incorporada de no permitida copia en contenidos de vídeo profesionales. [8]
Las técnicas de marcas de agua digitales se pueden clasificar de varias formas.
Una marca de agua digital se denomina "frágil" si no es detectable tras la más mínima modificación. Las marcas de agua frágiles se utilizan comúnmente para la detección de manipulaciones (a prueba de integridad). Las modificaciones de una obra original que son claramente perceptibles, comúnmente no se denominan marcas de agua, sino códigos de barras generalizados .
Una marca de agua digital se llama semifrágil si resiste transformaciones benignas, pero no es detectada después de transformaciones malignas. Las marcas de agua semifrágiles se utilizan habitualmente para detectar transformaciones malignas.
Una marca de agua digital se considera robusta si resiste una clase designada de transformaciones. Se pueden utilizar marcas de agua robustas en aplicaciones de protección de copia para transportar información de copia y sin control de acceso.
Una marca de agua digital se denomina imperceptible si la señal de la cubierta original y la señal marcada son perceptualmente indistinguibles.
Una marca de agua digital se denomina perceptible si su presencia en la señal marcada es perceptible (por ejemplo, gráficos digitales en pantalla como el logotipo de una red, errores de contenido, códigos, imágenes opacas). En videos e imágenes, algunos se hacen transparentes/translúcidos para comodidad de los consumidores debido al hecho de que bloquean parte de la vista; por lo tanto degradándolo.
Esto no debe confundirse con la marca de agua perceptiva , es decir, que utiliza las limitaciones de la percepción humana para ser imperceptible.
La longitud del mensaje incrustado determina dos clases principales diferentes de esquemas de marcas de agua digitales:
Un método de marca de agua digital se denomina espectro ensanchado si la señal marcada se obtiene mediante una modificación aditiva. Se sabe que las marcas de agua de espectro ensanchado son modestamente robustas, pero también tienen una baja capacidad de información debido a la interferencia del host .
Se dice que un método de marca de agua digital es de tipo cuantificación si la señal marcada se obtiene mediante cuantificación. Las marcas de agua de cuantificación adolecen de una robustez baja, pero tienen una alta capacidad de información debido al rechazo de la interferencia del host.
Un método de marca de agua digital se denomina modulación de amplitud si la señal marcada está incrustada mediante modificación aditiva que es similar al método de espectro ensanchado, pero está particularmente incrustada en el dominio espacial.
La evaluación de esquemas de marcas de agua digitales puede proporcionar información detallada para un diseñador de marcas de agua o para los usuarios finales, por lo que existen diferentes estrategias de evaluación. Un diseñador de marcas de agua suele utilizar la evaluación de propiedades individuales para mostrar, por ejemplo, una mejora. En la mayoría de los casos, los usuarios finales no están interesados en información detallada. Quieren saber si un determinado algoritmo de marca de agua digital se puede utilizar para su escenario de aplicación y, de ser así, qué conjuntos de parámetros parecen ser los mejores.
Epson y Kodak han producido cámaras con funciones de seguridad como la Epson PhotoPC 3000Z y la Kodak DC-290. Ambas cámaras añadieron características inamovibles a las imágenes que distorsionaban la imagen original, haciéndolas inaceptables para algunas aplicaciones, como pruebas forenses en los tribunales. Según Blythe y Fridrich, "[n]inguna cámara puede proporcionar una prueba indiscutible del origen de la imagen o de su autor". [9] Saraju Mohanty y otros propusieron una cámara digital segura (SDC). en 2003 y publicado en enero de 2004. Esta no fue la primera vez que se propuso esto. [10] Blythe y Fridrich también trabajaron en SDC en 2004 [9] para una cámara digital que usaría marcas de agua sin pérdidas para incrustar un identificador biométrico junto con un hash criptográfico . [11]
La ocultación de datos reversible es una técnica que permite autenticar las imágenes y luego restaurarlas a su forma original eliminando la marca de agua digital y reemplazando los datos de la imagen que se habían sobrescrito. Esto haría que las imágenes fueran aceptables para fines legales. El ejército estadounidense también está interesado en esta técnica de autenticación de imágenes de reconocimiento . [12] [13]
Las marcas de agua digitales para bases de datos relacionales han surgido como una solución candidata para brindar protección de derechos de autor, detección de manipulaciones, rastreo de traidores y mantenimiento de la integridad de los datos relacionales. En la literatura se han propuesto muchas técnicas de marcas de agua para abordar estos propósitos. Halder et al publicaron en 2010 un estudio del estado actual del arte y una clasificación de las diferentes técnicas según su intención, la forma en que expresan la marca de agua, el tipo de cubierta, el nivel de granularidad y la verificabilidad. en la Revista de Ciencias de la Computación Universal . [14]
