Кіріспе

Цифрлық су белгісі – аудио, бейне немесе кескін деректері сияқты шуға төзімді сигналға жасырын енгізілген белгі. Ол әдетте мұндай сигналдың авторлық құқығына иелік етуді анықтау үшін қолданылады. "Watermarking" – тасымалдаушы сигналға цифрлық ақпаратты жасыру процесі; жасырылған ақпарат тасымалдаушы сигналмен байланысты болуы мүмкін, бірақ міндетті емес. Цифрлық су белгілері тасымалдаушы сигналдың түпнұсқалығын немесе толықтығын тексеруге немесе оның иелерін көрсетуге пайдаланылуы мүмкін. Ол авторлық құқықты бұзу жағдайларын анықтау және банкноттардың нақтылығын растау үшін жиі қолданылады. Дәстүрлі физикалық су белгілері сияқты, цифрлық су белгілері кейбір жағдайларда ғана көрінеді, мысалы, белгілі бір алгоритм қолданғаннан кейін. Егер цифрлық су белгісі тасымалдаушы сигналды оңай көрінетіндей етіп бұрмаласа, онда оның мақсатына қарай тиімділігі төмендеуі мүмкін. Су белгілері – қағаз жасау процесінде туындайтын идентификациялық белгілер. Алғашқы су белгілері 13 ғасырда Италияда пайда болды, бірақ олардың қолданысы жылдам түрде Еуропаға тарады. Олар қағаз өндірушіні немесе қағаз өндіретін сауда гильдиясын анықтау үшін қолданылған. Көбінесе мұндай белгілер қағаз қалыпқа тігілген сым арқылы жасалған. Су белгілері бүгінгі күнге дейін өндірушінің белгілері ретінде және жалған өнімдердің жасалуын болдырмау үшін қолданылып келеді.

Цифрлық су белгісі өмірлік циклінің кезеңдері

Сигналға енгізілетін ақпарат цифрлық су белгісі деп аталады, бірақ кейбір жағдайларда «цифрлық су белгісі» термині су белгіленген сигнал мен бастапқы сигнал арасындағы айырмашылықты білдіреді. Су белгісі енгізілетін сигнал хост-сигнал деп аталады. Су белгілеу жүйесі әдетте үш бөлек қадамға бөлінеді: енгізу, шабуыл және анықтау. Енгізу кезінде алгоритм хост-сигналды және енгізілуге тиіс деректерді қабылдап, су белгіленген сигналды шығарады. Содан кейін су белгіленген цифрлық сигнал жіберіледі немесе сақталады, көбінесе басқа біреуге жіберіледі. Егер бұл адам өзгеріс жасаса, ол шабуыл деп аталады. Өзгеріс қасақана болмауы мүмкін, бірақ «шабуыл» термині авторлық құқықты қорғау саласында қолданылады, онда үшінші тараптар өзгерту арқылы цифрлық су белгісін жоюға тырысуы мүмкін. Мүмкін болатын өзгертулер көп, мысалы, деректерді жоғалтумен сығу (бұл жағдайда сапа төмендейді), сурет немесе бейнеге кадрирование жасау немесе қасақана түрде шу қосу. Анықтау (көбінесе экстракция деп аталады) – бұл шабуылға ұшыраған сигналға қолданылатын, одан су белгісін алуға бағытталған алгоритм. Егер сигнал беру кезінде өзгертілмеген болса, су белгісі сақталады және оны алуға болады. Берік цифрлық су белгілеу қолданбаларында, су белгісін алу алгоритмі, тіпті өзгерістер күшті болса да, су белгісін дұрыс шығаруға тиіс. Ал нашар цифрлық су белгілеуде, сигналға кез келген өзгеріс енгізілсе, су белгісін алу алгоритмі сәтсіз аяқталуы керек.

Жіктеу

Цифрлық су белгісі, егер кірістірілген ақпарат белгіленген сигналдан, кез келген түрлендірулерден нашарлаған жағдайда да сенімді түрде анықтауға болатын болса, түрлендірулерге қатысты берік деп аталады. Типик кескіндердің бұзылулары – JPEG сығылуы, бұру, кесу, қосымша шу және кванттау. Видео контент үшін, уақытша өзгерістер мен MPEG сығылуы осы тізімге жиі қосылады. Цифрлық су белгісі, егер су белгісі қойылған контент бастапқы, су белгісі жоқ контенттен ажыратылмайтын болса, көзге көрінбейді деп аталады. Жалпы алғанда, берік немесе көзге көрінбейтін су белгілерін жасау оңай, бірақ берік және көзге көрінбейтін су белгілерін жасау қиын болып келеді. Цифрлық су белгілеу техникаларын бірнеше түрге бөлуге болады.

Қаттылық

Цифрлық су белгісі егер ең кішкентай өзгерістен кейін де анықталмаса, "назақты" деп аталады. Назақты су белгілері көбінесе қол сұғуды анықтау (түгелдікті растау) үшін қолданылады. Түпнұсқа жұмыстың айқын байқалатын өзгерістері көбінесе су белгісі деп емес, жалпылама штрих-кодтар деп аталады. Цифрлық су белгісі егер қалыпты түрлендірулерге төтеп берсе, бірақ қатерлі түрлендірулерден кейін анықталмаса, "жартылай назақты" деп аталады. Жартылай назақты су белгілері қатерлі түрлендірулерді анықтау үшін жиі қолданылады. Цифрлық су белгісі егер белгілі бір түрлендірулер класына төтеп бере алса, "берік" деп аталады. Берік су белгілері көшірмелеуді қорғау мақсатында көшірмелеу және қолжетімділікті бақылау ақпаратын сақтау үшін қолданылуы мүмкін.

Түсіну қабілеті

Егер бастапқы сигнал мен белгіленген сигналды сезімдік тұрғыдан ажырату мүмкін болмаса, цифрлық су белгісі байқалмайтын деп аталады. Цифрлық су белгісі, егер оның белгіленген сигналдағы болуы көзге көрінетін болса (мысалы, желі логотипі, контенттік белгі, кодтар, түсі жоқ суреттер сияқты экрандағы цифрлық графика) байқалатын болады. Видео және суреттерде кейбіреулері тұтынушыларға ыңғайлы болу үшін жартылай мөлдір етіледі, себебі олар көріс қабатының бір бөлігін жауып, оның сапасын төмендетеді. Бұл, адам сезімінің шектеулерін пайдаланып, көзге көрінбейтін су белгісімен шатастырылмауы керек.

Енгізу әдісі

Егер таңбаланған сигнал қосымша өзгерту арқылы алынса, цифрлық су белгісі әдісі таралған спектр деп аталады. Таралған спектрлік су белгілері шамалы берік екені белгілі, бірақ қабылдаушы сигналдың кедергісінен ақпарат сыйымдылығы төмен болады. Егер таңбаланған сигнал кванттау арқылы алынса, цифрлық су белгісі әдісі кванттау түрі деп аталады. Кванттау су белгілері төмен беріктікке ұшырайды, бірақ қабылдаушы сигналдың кедергісін жобалау арқасында жоғары ақпарат сыйымдылығына ие. Егер таңбаланған сигнал таралған спектр әдісіне ұқсас қосымша өзгерту арқылы енгізілсе, бірақ ерекше түрде кеңістіктік салаға енгізілсе, онда цифрлық су белгісі әдісі амплитудалық модуляция деп аталады.

Бағалау және салыстырмалы талдау

Цифрлық су белгілеу схемаларын бағалау су белгісін жасаушыға немесе соңғы пайдаланушыларға толыққанды ақпарат бере алады, сондықтан әртүрлі бағалау стратегиялары қолданылады. Су белгісін жасаушылар көбінесе жеке қасиеттерді бағалау арқылы, мысалы, жақсартуды көрсетуге тырысады. Ал соңғы пайдаланушыларға егжей-тегжейлі ақпараттың қажеті болмайды. Оларға нақты цифрлық су белгілеу алгоритмін өздерінің қолданыс саласына қолдануға болатынын және болатын жағдайда, қандай параметрлер жиынтығы ең тиімді екенін білу ғана маңызды.

Камералар

Epson және Kodak компаниялары Epson PhotoPC 3000Z және Kodak DC 290 сияқты қауіпсіздік мүмкіндіктері бар камералар шығарды. Екі камера да суреттерге өшірілмейтін белгілер қосты, бұл түпнұсқа суретті бұрмалап, соттағы сарамандық дәлелдер сияқты кейбір қолданулар үшін оларды қолдануға жарамсыз етті. Блайт пен Фридрихтің сөзінше, "ешқайсы камера суреттің бастауын немесе оның авторын нақтылайтын даусыз дәлел бере алмайды". 2003 жылы Сараджу Моханти және авторлар тобы қауіпсіз цифрлық камераны (SDC) ұсынды, ал ол 2004 жылдың қаңтарында жарияланды. Бұл идея алғаш рет айтылған жоқ. Блайт пен Фридрих 2004 жылы SDC бойынша жұмыс істеді.

Деректерді жасырудың кері қайтарылуы

Қайталанатын деректерді жасыру – суреттерді аутентификациялауға және цифрлық су белгісін алып тастау арқылы бастапқы күйіне қайтаруға мүмкіндік беретін техника. Бұл, суреттердің заңдық мақсаттарда қолданылуын қамтамасыз етеді. АҚШ Армиясы да барлау суреттерін аутентификациялау үшін осы техникаға қызығушылық танытуда.

Реляциялық деректер қорлары үшін су белгілері

Реляциялық деректер қорына арналған цифрлық су белгілері авторлық құқықты қорғау, өзгерістерді анықтау, деректерді ұрлағандарды іздеу және реляциялық деректердің сақталуын қамтамасыз ету үшін мүмкіндік беретін шешім ретінде пайда болды. Осы мақсаттарға жету үшін әдебиетте көптеген су белгілеу әдістері ұсынылған. 2010 жылы Halder және авторлар тобы «Universal Computer Science» журналында қазіргі жағдайды зерттеу және әр түрлі әдістерді олардың мақсатына, су белгісін беру тәсіліне, жамылғы түріне, бөлшектік деңгейіне және тексеру мүмкіндігіне қарай жіктеу жүргізді.