Kriptografi - Watermarking

58
Watermarking Bekerja sama dengan: Rinaldi Munir

description

Cara menjaga keotentikan dan penyalahgunaan dari sebuah pesan atau berkas dengan memberikan watermark di http://kuliahkita.com/kelas/kriptografi/

Transcript of Kriptografi - Watermarking

Page 1: Kriptografi - Watermarking

Watermarking

Bekerja sama dengan:

Rinaldi Munir

Page 2: Kriptografi - Watermarking

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.

Page 3: Kriptografi - Watermarking

Siapa pemilik citra ini?

Page 4: Kriptografi - Watermarking

Akibat penyebaran citra digital

• Memungkinkan terjadi pelanggaran HAKI:

- mengklaim kepemilikan citra orang lain

- pemilik citra yang asli tidak mendapat royalti

atas penggandaan ilegal

Page 5: Kriptografi - Watermarking

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.

Page 6: Kriptografi - 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

+

=

Page 7: Kriptografi - Watermarking

Original work

Message (regarding

work)

Watermark embedder

Watermarked work

(looks like original)

Watermark detector

Detected

message

Definitions and Applications

Page 8: Kriptografi - Watermarking

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

Page 9: Kriptografi - Watermarking

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

Page 10: Kriptografi - Watermarking

Image Watermarking (2)

• Watermark melekat di dalam citra

• Penyisipan watermark tidak merusak kualitas citra

• Watermark dapat dideteksi kembali sbg bukti kepemilikan

Page 11: Kriptografi - Watermarking

Image Watermarking (3)

• Persyaratan umum:

- imperceptible

- robustness

- secure

Page 12: Kriptografi - Watermarking

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).

Page 13: Kriptografi - Watermarking

Original image + label copyright

Cropped image

Page 14: Kriptografi - Watermarking

Label kepemilikan

Page 15: Kriptografi - Watermarking

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.

Page 16: Kriptografi - Watermarking
Page 17: Kriptografi - Watermarking

Data apa saja yang bisa di-watermark?

• Citra Image Watermarking

• Video Video Watermarking

• Audio Audio Watermarking

• Teks Text Watermarking

• Perangkat lunak Software watermarking

Page 18: Kriptografi - Watermarking

Digital Image Watermarking

• Penyisipan watermark

Watermark

EmbeddingCitra (I)

Kunci

(k)

Citra

ber-watermark

Watermark (w)

)ˆ(I

Page 19: Kriptografi - Watermarking

• 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

Page 20: Kriptografi - Watermarking

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.

Page 21: Kriptografi - Watermarking

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.

Page 22: Kriptografi - Watermarking

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)

Page 23: Kriptografi - Watermarking

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

Page 24: Kriptografi - Watermarking

Jenis-jenis Watermarking

• Fragile watermarking

Tujuan: untuk menjaga integritas/orisinilitas media digital.

• Robust watermarking

Tujuan: untuk menyisipkan label kepemilikan media digital.

Page 25: Kriptografi - Watermarking

Watermarking pada Citra

• Visible Watermarking

• Invisible Watermarking

Page 26: Kriptografi - 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

Page 27: Kriptografi - Watermarking

Proof of ownership

Original work

Distributed copy

Watermark detector

Alice is owner!

Watermark embedder

Alice

Page 28: Kriptografi - Watermarking

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

Page 29: Kriptografi - Watermarking

Transaction tracking

Original work

Honest Bob

Watermark detector

B:Evil Bob did it!

Watermark A

Evil Bob

Unauthorized usage

Watermark B

Alice

Page 30: Kriptografi - Watermarking

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

Page 31: Kriptografi - Watermarking

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

Page 32: Kriptografi - Watermarking

Content authentication

Watermark embedder

Watermark detector

Page 33: Kriptografi - Watermarking

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

Page 34: Kriptografi - Watermarking

(a)

(b)

(c)

(d)

Page 35: Kriptografi - Watermarking

(e)

(f)

Watermark rusak

Kesimpulan: citra sudah mengalami modifikasi

Page 36: Kriptografi - Watermarking

Content authentication

Original Hasil pengubahan

Page 37: Kriptografi - Watermarking

Foto mana yang asli?

Page 38: Kriptografi - Watermarking

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

Page 39: Kriptografi - Watermarking

Copy control

Compliant recorder

Compliant player Legal copy

Illegal copy

Playback control

Record control

Non-compliant recorder

Page 40: Kriptografi - Watermarking

Broadcast monitoring

Watermark embedder

Watermark detector

Broadcasting system

Content was broadcast!

Original content

Page 41: Kriptografi - Watermarking

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

Page 42: Kriptografi - Watermarking

• 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.

Page 43: Kriptografi - Watermarking

• 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).

Page 44: Kriptografi - Watermarking

Robustness

Citra asli

Citraber-watermark

Citra ber-watermark

dikompresi 75%

Citra ber-watermark di-crop

Page 45: Kriptografi - Watermarking

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.

Page 46: Kriptografi - Watermarking

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

Page 47: Kriptografi - Watermarking

• 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”)

Page 48: Kriptografi - Watermarking

• Kelemahan:

1. tidak kokoh terhadap perubahan

2. mudah dihapus degan mengganti semua bit

LSB dari media ber-watermark.

Page 49: Kriptografi - Watermarking

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.

Page 50: Kriptografi - Watermarking

• 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)

Page 51: Kriptografi - Watermarking

• 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

Page 52: Kriptografi - Watermarking

• 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

Page 53: Kriptografi - Watermarking

• Penyisipan watermark:

Page 54: Kriptografi - Watermarking

• Pendeteksian watermark:

Page 55: Kriptografi - Watermarking
Page 56: Kriptografi - Watermarking

• 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

Page 57: Kriptografi - Watermarking

Watermarking dalam Program Komersil

Page 58: Kriptografi - Watermarking

Penyisipan watermark