العلامات المائية الرقمية

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة
مثال وهمي لعلامة مائية رقمية تحمل عبارة "صورة مخزنة" على صورة تود غراهام

العلامة المائية الرقمية هي نوع من العلامات المُدمجة سرًا في إشارة مقاومة للتشويش ، مثل بيانات الصوت أو الفيديو أو الصور. [ 1 ] تُستخدم عادةً لتحديد ملكية حقوق الطبع والنشر لهذه الإشارة. وتُعرف عملية وضع العلامات المائية الرقمية بإخفاء معلومات رقمية في إشارة حاملة ؛ ويجب أن تحتوي المعلومات المخفية، [ 2 ] ولكن ليس بالضرورة، على علاقة بالإشارة الحاملة. ويمكن استخدام العلامات المائية الرقمية للتحقق من صحة الإشارة الحاملة أو سلامتها، أو لإظهار هوية مالكيها. وتُستخدم بشكل بارز لتتبع انتهاكات حقوق الطبع والنشر وللتحقق من صحة العملات الورقية .

على غرار العلامات المائية المادية التقليدية ، لا يمكن إدراك العلامات المائية الرقمية إلا في ظروف معينة، كاستخدام خوارزمية محددة. [ 3 ] إذا شوّهت العلامة المائية الرقمية الإشارة الأصلية بطريقة تجعلها قابلة للإدراك بسهولة، فقد تُعتبر أقل فعالية تبعًا للغرض منها. [ 3 ] يمكن تطبيق العلامات المائية التقليدية على الوسائط المرئية (مثل الصور أو الفيديو)، بينما في العلامات المائية الرقمية، قد تكون الإشارة صوتية أو صورًا أو فيديو أو نصوصًا أو نماذج ثلاثية الأبعاد. قد تحمل الإشارة الواحدة عدة علامات مائية مختلفة في الوقت نفسه. على عكس البيانات الوصفية التي تُضاف إلى الإشارة الأصلية، لا تُغيّر العلامة المائية الرقمية حجم الإشارة الأصلية.

تعتمد الخصائص المطلوبة للعلامة المائية الرقمية على حالة استخدامها . ففي حالة وضع علامات حقوق النشر على ملفات الوسائط، يجب أن تتمتع العلامة المائية الرقمية بمقاومة عالية للتعديلات التي قد تُجرى على الإشارة الحاملة. أما في حالة ضمان سلامة البيانات، فيُستخدم نوع من العلامات المائية أقل متانة.

تستخدم كل من تقنية إخفاء البيانات وتقنية العلامات المائية الرقمية تقنيات إخفاء البيانات لتضمين البيانات بشكل سري في إشارات مشوشة. وبينما تهدف تقنية إخفاء البيانات إلى عدم إمكانية إدراكها بالحواس البشرية، فإن تقنية العلامات المائية الرقمية تسعى إلى التحكم في مدى متانتها كأولوية قصوى.

بما أن النسخة الرقمية من البيانات هي نفسها النسخة الأصلية، فإن التوقيع الرقمي يُعد أداة حماية سلبية. فهو يُعلّم البيانات فقط، دون إتلافها أو التحكم في الوصول إليها.

يُعدّ تتبّع المصدر أحد تطبيقات العلامات المائية الرقمية . تُدمج العلامة المائية في الإشارة الرقمية عند كل نقطة توزيع. فإذا عُثر على نسخة من العمل لاحقًا، يُمكن استخراج العلامة المائية منها، وبالتالي معرفة مصدر التوزيع. وقد استُخدمت هذه التقنية، بحسب التقارير، للكشف عن مصدر الأفلام المنسوخة بطريقة غير قانونية.

تاريخ

العلامات المائية هي علامات تعريفية تُنتج أثناء عملية صناعة الورق. ظهرت أولى العلامات المائية في إيطاليا خلال القرن الثالث عشر، وسرعان ما انتشر استخدامها في جميع أنحاء أوروبا. استُخدمت هذه العلامات كوسيلة لتحديد صانع الورق أو النقابة التجارية التي أنتجته. غالبًا ما كانت تُصنع هذه العلامات بواسطة سلك يُخاط على قالب الورق. ولا تزال العلامات المائية تُستخدم حتى اليوم كعلامات للمصنّعين ولمنع التزوير.

صاغ مصطلح العلامة المائية الرقمية أندرو تيركل وتشارلز أوزبورن في ديسمبر 1992. وقد تم إثبات أول عملية تضمين واستخراج ناجحة لعلامة مائية ذات طيف منتشر بتقنية الإخفاء الرقمي في عام 1993 من قبل أندرو تيركل، وجيرارد رانكين، ورون فان شينديل، وتشارلز أوزبورن، وآخرين. [ 4 ]

التطبيقات

يمكن استخدام العلامات المائية الرقمية في مجموعة واسعة من التطبيقات، مثل:

مراحل دورة حياة العلامات المائية الرقمية

مراحل دورة حياة العلامات المائية الرقمية العامة مع وظائف التضمين والهجوم والكشف والاسترجاع

تُسمى المعلومات المراد تضمينها في الإشارة بالعلامة المائية الرقمية، مع أن مصطلح "العلامة المائية الرقمية" قد يشير في بعض السياقات إلى الفرق بين الإشارة المُعَلَّمة والإشارة الأصلية. تُسمى الإشارة التي ستُضمَّن فيها العلامة المائية بالإشارة الأصلية . عادةً ما يُقسَّم نظام العلامات المائية إلى ثلاث خطوات متميزة: التضمين، والهجوم، والكشف. في خطوة التضمين، تستقبل خوارزمية الإشارة الأصلية والبيانات المراد تضمينها، وتُنتج إشارة مُعَلَّمة.

ثم تُرسل الإشارة الرقمية ذات العلامة المائية أو تُخزن، وعادةً ما تُرسل إلى شخص آخر. إذا أجرى هذا الشخص تعديلاً عليها، يُسمى ذلك هجوماً أو تلاعباً . مع أن التعديل قد لا يكون خبيثاً، إلا أن مصطلح "هجوم" نشأ من تطبيقات حماية حقوق النشر، حيث قد تحاول جهات خارجية إزالة العلامة المائية الرقمية عن طريق التعديل. هناك العديد من التعديلات الممكنة، على سبيل المثال، التحويلات الخطية، والضغط مع فقدان البيانات (مثل MPEG-2 )، وتقليل الدقة، وتحويل المعايير (مثل NTSC إلى PAL )، واقتصاص الصورة أو الفيديو، أو إضافة تشويش متعمد. [ 6 ]

الكشف (أو الاستخراج) هو خوارزمية تُطبق على الإشارة المُستهدفة لمحاولة استخراج العلامة المائية منها. إذا لم تُعدّل الإشارة أثناء الإرسال، فستظل العلامة المائية موجودة ويمكن استخراجها. في تطبيقات العلامات المائية الرقمية القوية ، يجب أن تكون خوارزمية الاستخراج قادرة على إنتاج العلامة المائية بشكل صحيح، حتى لو كانت التعديلات كبيرة. أما في تطبيقات العلامات المائية الرقمية الهشة ، فيجب أن تفشل خوارزمية الاستخراج في حال حدوث أي تغيير في الإشارة.

تصنيف

تُعتبر العلامة المائية الرقمية قوية في مواجهة التحويلات إذا أمكن اكتشاف المعلومات المضمنة فيها بشكل موثوق من الإشارة المميزة، حتى في حال تعرضها لتحويلات شديدة أو متعددة. تشمل التحويلات الشائعة للصور ضغط JPEG ، والتدوير، والقص، والتشويش الإضافي، والتكميم . [ 7 ] بالنسبة لمحتوى الفيديو، تُضاف التعديلات الزمنية وضغط MPEG إلى هذه القائمة. تُعتبر العلامة المائية الرقمية غير محسوسة إذا كان المحتوى المُعلّم بها مكافئًا إدراكيًا للمحتوى الأصلي غير المُعلّم. [ 8 ] بشكل عام، من السهل إنشاء علامات مائية قوية أو غير محسوسة، ولكن إنشاء كليهما معًا أثبت أنه أمر بالغ الصعوبة. [ 2 ] تم اقتراح العلامات المائية القوية غير المحسوسة كأداة لحماية المحتوى الرقمي، على سبيل المثال لحماية نسخ الأقراص المدمجة وأقراص DVD ، مثل تضمين علامة "ممنوع النسخ" في محتوى الفيديو الاحترافي. [ 9 ]

يمكن تصنيف تقنيات العلامات المائية الرقمية بعدة طرق.

المتانة

تُسمى العلامة المائية الرقمية "هشة" إذا لم يكن بالإمكان اكتشافها بعد أدنى تعديل. تُستخدم العلامات المائية الهشة عادةً للكشف عن التلاعب (إثبات سلامة العمل). أما التعديلات التي تُجرى على العمل الأصلي والتي تكون واضحة للعيان، فلا يُشار إليها عادةً بالعلامات المائية، بل بالرموز الشريطية العامة .

تُسمى العلامة المائية الرقمية شبه هشة إذا قاومت التحولات الحميدة، ولكنها تفشل في الكشف بعد التحولات الخبيثة. وتُستخدم العلامات المائية شبه الهشة عادةً للكشف عن التحولات الخبيثة.

تُسمى العلامة المائية الرقمية "قوية" إذا كانت تقاوم فئة محددة من التحويلات. ويمكن استخدام العلامات المائية القوية في تطبيقات حماية النسخ لنقل معلومات التحكم في النسخ وعدم التحكم في الوصول.

قابلية التأثر

تُسمى العلامة المائية الرقمية غير قابلة للإدراك إذا كانت إشارة الغلاف الأصلية والإشارة المميزة غير قابلة للتمييز إدراكياً.

تُعتبر العلامة المائية الرقمية مرئية إذا كان وجودها في الإشارة المميزة واضحًا (مثل الرسومات الرقمية على الشاشة كشعار الشبكة، أو رمز الخطأ، أو الرموز، أو الصور المعتمة). في مقاطع الفيديو والصور، تُجعل بعض العلامات شفافة أو شبه شفافة لتسهيل المشاهدة، لأنها تحجب جزءًا من الصورة، مما يُقلل من جودتها.

لا ينبغي الخلط بين هذا وبين الإدراكي ، أي وضع العلامات المائية التي تستخدم قيود الإدراك البشري لتكون غير محسوسة.

سعة

يحدد طول الرسالة المضمنة فئتين رئيسيتين مختلفتين من مخططات العلامات المائية الرقمية:

  • الرسالة، من الناحية النظرية، لا تحتوي على أي بتات، وقد صُمم النظام للكشف عن وجود العلامة المائية أو عدم وجودها في الكائن المُعلَّم. يُشار عادةً إلى هذا النوع من أنظمة العلامات المائية باسم أنظمة العلامات المائية ذات البتات الصفرية أو أنظمة العلامات المائية القائمة على الوجود .
  • الرسالة عبارة عن سلسلة بيانات طولها n بت(م=م1...من،ن∈شمال{\displaystyle \left(m=m_{1}\ldots m_{n},\;n\in \mathbb {N} \right.}، معن=|م|){\displaystyle \left.n=|m|\right)}أوم={0،1}ن{\displaystyle M=\{0,1\}^{n}}ويتم تعديلها في العلامة المائية. وعادة ما يشار إلى هذه الأنواع من المخططات باسم مخططات العلامات المائية متعددة البتات أو مخططات العلامات المائية غير الصفرية.

طريقة التضمين

تُعرف طريقة العلامات المائية الرقمية باسم "طيف الانتشار" إذا تم الحصول على الإشارة المميزة من خلال تعديل إضافي. ومن المعروف أن علامات طيف الانتشار المائية تتمتع بمتانة متوسطة، ولكنها تتميز أيضًا بسعة معلومات منخفضة بسبب تداخل المضيف .

تُصنّف طريقة العلامات المائية الرقمية ضمن نوع التكميم إذا تم الحصول على الإشارة المميزة من خلال التكميم. تعاني العلامات المائية الكمومية من انخفاض المتانة، ولكنها تتمتع بسعة معلوماتية عالية نظرًا لقدرتها على رفض تداخل المضيف.

تُعرف طريقة العلامات المائية الرقمية باسم تعديل السعة إذا تم تضمين الإشارة المميزة عن طريق التعديل الإضافي الذي يشبه طريقة الطيف المنتشر، ولكنه مضمن بشكل خاص في المجال المكاني.

التقييم والمقارنة المعيارية

قد يوفر تقييم أنظمة العلامات المائية الرقمية معلومات تفصيلية لمصمم العلامات المائية أو للمستخدمين النهائيين، ولذلك توجد استراتيجيات تقييم مختلفة. غالبًا ما يستخدم مصممو العلامات المائية تقييم خصائص محددة لإظهار تحسينات، على سبيل المثال. في الغالب، لا يهتم المستخدمون النهائيون بالمعلومات التفصيلية، بل يريدون معرفة ما إذا كان من الممكن استخدام خوارزمية معينة للعلامات المائية الرقمية في سيناريو استخدامهم، وإذا كان الأمر كذلك، فما هي مجموعات المعلمات الأنسب.

الكاميرات

أنتجت شركتا إبسون وكوداك كاميرات مزودة بميزات أمان، مثل كاميرا إبسون فوتو بي سي 3000 زد وكاميرا كوداك دي سي-290. أضافت كلتا الكاميرتين ميزات لا يمكن إزالتها إلى الصور، مما أدى إلى تشويه الصورة الأصلية، وجعلها غير مقبولة في بعض التطبيقات، مثل الأدلة الجنائية في المحاكم. ووفقًا لبليث وفريدريش، "لا يمكن لأي من الكاميرتين تقديم دليل قاطع على مصدر الصورة أو هوية مُنشئها". [ 10 ] اقترح ساراجو موهانتي وآخرون كاميرا رقمية آمنة (SDC) في عام 2003، ونُشرت في يناير 2004. لم تكن هذه هي المرة الأولى التي يُقترح فيها هذا المفهوم. [ 11 ] كما عمل بليث وفريدريش على تطوير كاميرا رقمية آمنة (SDC) في عام 2004 [ 10 ] ، وهي كاميرا رقمية تستخدم تقنية العلامات المائية غير المفقودة لتضمين مُعرّف بيومتري مع تجزئة تشفيرية . [ 12 ]

إخفاء البيانات القابل للعكس

إخفاء البيانات القابل للعكس هو أسلوب يمكّن من التحقق من صحة الصور ثم استعادتها إلى شكلها الأصلي عن طريق إزالة العلامة المائية الرقمية واستبدال بيانات الصورة التي تم الكتابة فوقها. [ 13 ]

العلامات المائية لقواعد البيانات العلائقية

برزت تقنية العلامات المائية الرقمية لقواعد البيانات العلائقية كحلٍّ واعدٍ لحماية حقوق الملكية الفكرية، وكشف التلاعب، وتتبع الخونة، والحفاظ على سلامة البيانات العلائقية. وقد طُرحت العديد من تقنيات العلامات المائية في الأدبيات العلمية لتحقيق هذه الأهداف. وفي عام ٢٠١٠، نشر هالدر وآخرون دراسةً استقصائيةً لأحدث التقنيات وتصنيفًا للتقنيات المختلفة وفقًا لغرضها، وطريقة عرضها للعلامة المائية، ونوع الغلاف، ومستوى التفصيل، وإمكانية التحقق منها، وذلك في مجلة علوم الحاسوب العالمية . [ ١٤ ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ HT Sencar, M. Ramkumar and AN Akansu: Data Hiding Fundamentals and Applications: Content Security in Digital Multimedia . Academic Press, San Diego, CA, USA, 2004.
  2. 1 2 إنجيمار ج. كوكس: العلامات المائية الرقمية وإخفاء المعلومات . مورغان كوفمان، بيرلينجتون، ماساتشوستس، الولايات المتحدة الأمريكية، 2008
  3. 1 2 فرانك واي. شيه: العلامات المائية الرقمية وإخفاء المعلومات: الأساسيات والتقنيات . تايلور وفرانسيس، بوكا راتون، فلوريدا، الولايات المتحدة الأمريكية، 2008
  4. ↑ AZTirkel، GA Rankin، RM Van Schyndel، WJHo، NRAMee، CFOsborne. "العلامة المائية الإلكترونية". DICTA 93، جامعة ماكواري. ص 666-673
  5. ↑ زيغوميتروس، أثاناسيوس؛ باباجورجيو، أخيلياس؛ باتساكيس، كونستانتينوس (2012). "إدارة محتوى الشبكات الاجتماعية من خلال العلامات المائية". المؤتمر الدولي الحادي عشر لعام 2012 التابع لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) حول الثقة والأمن والخصوصية في الحوسبة والاتصالات . معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات. الصفحات 1381-1386 . doi : 10.1109/TrustCom.2012.264 . ISBN  978-1-4673-2172-3. S2CID 17845019 . 
  6. ↑ كوكس، آي جيه؛ لينارتز، جيه بي إم جي (1998). "حماية النسخ لفيديوهات DVD: بعض الطرق العامة للتلاعب بالعلامات المائية". مجلة IEEE للمجالات المختارة في الاتصالات . 16 (4): 587-593 . doi : 10.1109/49.668980 .
  7. ↑ رويدا، أ. صادق (2008). "هجوم التوليف الأعمى على تقنيات العلامات المائية القائمة على تحليل القيم المفردة". المؤتمر الدولي لعام 2008 حول الذكاء الحسابي لنمذجة التحكم والأتمتة . الصفحات 140-145 . doi : 10.1109/CIMCA.2008.53 . ISBN  978-0-7695-3514-2. S2CID 8927498 . 
  8. ↑ خان، آصف الله؛ ميرزا، أنور م. (أكتوبر 2007). "التشكيل الإدراكي الجيني: استخدام صورة الغلاف ومعلومات الهجوم المحتملة أثناء تضمين العلامة المائية". دمج المعلومات . 8 (4): 354-365 . CiteSeerX 10.1.1.708.9509 . doi : 10.1016/j.inffus.2005.09.007 . ISSN 1566-2535 .  
  9. ↑ "الصفحة الرئيسية لـ CPTWG" . cptwg.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23-02-2008.
  10. 1 2 بليث، بول؛ فريدريش، جيسيكا (أغسطس 2004). "كاميرا رقمية آمنة" (ملف PDF) . ورشة عمل أبحاث الطب الشرعي الرقمي : 11-13 . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 10 يونيو 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يوليو 2018 .
  11. ↑ موهانتي، ساراجو ب .؛ رانغاناثان، ناجاراجان؛ نامبالا، رافي ك. (2004). "تنفيذ VLSI للعلامات المائية المرئية لتصميم كاميرات رقمية ثابتة آمنة" (ملف PDF) . المؤتمر الدولي السابع عشر لتصميم VLSI. وقائع المؤتمر . IEEE. الصفحات 1063-1068 . doi : 10.1109/ICVD.2004.1261070 . ISBN  0-7695-2072-3. S2CID 1821349 . مؤرشف من الأصل (PDF) في 4 مارس 2016. 
  12. ↑ توشيكازو وادا؛ فاي هوانغ (2009)، التطورات في تكنولوجيا الصور والفيديو ، سلسلة محاضرات في علوم الحاسوب، المجلد 5414، الصفحات 340-341 ، رمز Bibcode : 2008LNCS.5414.....W ، doi : 10.1007/978-3-540-92957-4 ، ISBN   978-3-540-92956-7
  13. ↑ صورة غير معدلة ، مجلة الإيكونوميست، 12 ديسمبر 2002
  14. ↑ هالدر، راجو؛ بال، شانتانو؛ كورتيسي، أغوستينو (2010). "تقنيات وضع العلامات المائية لقواعد البيانات العلائقية: دراسة استقصائية وتصنيف ومقارنة". مجلة علوم الحاسوب العالمية . 16 (21): 3164-3190 . CiteSeerX 10.1.1.368.1075 . 

للمزيد من القراءة

  • تقرير ECRYPT: أدوات قياس أداء الصوت وتحليل التشفير الخفي
  • تقرير ECRYPT: معايير قياس أداء العلامات المائية
  • جانا ديتمان، ديفيد ميغياس، أندرياس لانغ، جوردي هيريرا-جوانكومارتي؛ إطار نظري لتقييم ومقارنة عملية لأنظمة العلامات المائية الصوتية في مثلث المتانة والشفافية والسعة ؛ في: معاملات إخفاء البيانات وأمن الوسائط المتعددة I؛ سبرينغر LNCS 4300؛ المحرر يون كيو شي؛ الصفحات  1-40؛ ISBN 978-3-540-49071-5ملف PDF ، 2006
  • سميرنوف، إم. في. (1 يونيو 2005). "نهج الهولوغرام لتضمين علامات مائية مخفية في صورة فوتوغرافية". مجلة التكنولوجيا البصرية . 72 (6): 464-484 . رمز Bibcode : 2005JOptT..72..464S . doi : 10.1364/JOT.72.000464 . ISSN 1070-9762 . 
  • باتريك باس، تيدي فورون، فرانسوا كاير، غوينيل دوير، بنجامين ماثون، "أمن العلامات المائية: الأساسيات، والتصاميم الآمنة، والهجمات"، سلسلة منشورات سبرينغر الموجزة في الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسوب، 2016، رقم ISBN 978-9811005053
  • شعار ويكيميديا ​​كومنزالوسائط المتعلقة بالعلامات المائية الرقمية على ويكيميديا ​​كومنز