… und Praxis

Ein praktisches Beispiel anhand des Koch-Algorithmus verdeutlicht die Vorgehensweise. Als Beispielbild dient, wie so oft in der Bildbearbeitung, die Lena. Das kleine Skript aus Listing 1 fasst die erforderlichen Schritte zusammen. Sie rufen es mit dem Namen des zu bearbeitenden Bilds als Parameter auf.

Zunächst erstellen es mittels gen_koch_sig die Signatur in der .sig-Datei (Zeile 8). wm_koch_e bettet diese in das Bild ein (Zeile 12), welches anschließend ein Viewer anzeigt (Zeile 17). Im Beispiel kommt EoG zum Einsatz, der wie viele andere Bildbetrachter anschließend ein externes Programme wie Gimp starten kann, um das signierte Bild zu bearbeiten. Nach dem Speichern zeigt es der Viewer immer noch, mittels [R] aktualisieren Sie die Darstellung.

Nach dem Beenden des Viewers geht es mit der Extraktion (wm_koch_d) der nun veränderten Signatur weiter (Zeile 20). Im letzten Schritt vergleicht cmp_koch_sig diese mit dem Original (Zeile 24). Eine hohe Übereinstimmung von mehr als 70 Prozent (abhängig vom gewählten Algorithmus) weist auf die Echtheit hin, in identischen Bildern beträgt die Übereinstimmung 100 Prozent.

Listing 1

#! /bin/bash -e
echo "Bild: $1"
Bild=${1%%.pgm}
echo "${Bild}"
# Signatur erstellen
gen_koch_sig -l 55 >"${Bild}-koch.sig" "${Bild}.pgm"
echo "Signatur erzeugt"
# Signatur einbetten
wm_koch_e -s "${Bild}-koch.sig" -o "${Bild}-koch.pgm" "${Bild}.pgm"
echo "Signatur eingebettet"
echo "Ausgabebild: ${Bild}-koch.pgm"
# Signiertes Bild im Viewer zeigen
eog "${Bild}-koch.pgm"
# Signatur extrahieren
wm_koch_d -s "${Bild}-koch.sig" -o "${Bild}-koch-modify.sig" "${Bild}-koch.pgm"
echo "Signatur extrahiert"
# extrahierte Signatur mit Original vergleichen
cmp_koch_sig -s "${Bild}-koch.sig" "${Bild}-koch-modify.sig"
echo "Signaturen verglichen"

Hier sind dem Spieltrieb nun keine Grenzen mehr gesetzt. Zum Testen der Algorithmen gibt es eine einfache Methode: Vergleichen Sie einen unsignierten Teil (also einen, in dem keine Artefakte auftraten) aus dem Original dem selben Bereich aus dem signierten Bild. Die Übereinstimmungen in den Signaturen sollten gering ausfallen.

Der gebrochene Pfeil

Ein neuer Algorithmus zum Signieren und Aufspüren der Signaturen wurde im Rahmen des Wettbewerbs BOWS ("Break Our Watermarking System", [9]) unter dem Namen BrokenArrows [10] entwickelt. Die Quelltexte für den BrokenArrows-Algorithmus laden Sie von der Website der Entwickler herunter [11]. Nach dem Auspacken des Archivs reicht ein make im src-Verzeichnis aus, um die Programme embed und detect zu erzeugen.

Um Farbbilder per BrokenArrows zu signieren, müssen Sie diese zunächst in Farbkanäle aufspalten. Besonders gut eignet sich dazu das L*a*b-Farbmodell, das neben einem Luminiszenz-Kanal zwei abstrakte Farbkanäle verwendet. Gimp bietet eine entsprechende Funktion im Farben-Menü unter Komponenten als Zerlegen an. Nach dem Signieren rekonstruieren Sie das Farbbild durch Wieder zusammenfügen.

Ähnlich, aber viel schneller geht es auf der Befehlszeile mit dem Imagemagick-Werkzeug convert. Es verfügt über die Optionen -separate (zerlegen) sowie -channel mit r, g und b für die Farbkanäle. Auf diese Weise erzeugen Sie mit Convert schnell PGM-Bilder. So extrahiert der Befehl

$ convert -channel g -separate Bild Bild-g.pbm

beispielsweise den Grün-Kanal aus dem Bild und speichert ihn in einer entsprechend benannten Datei. Umgekehrt setzt das Kommando

$ convert Bild-r.pbm Bild-g.pbm Bild-b.pbm -combine Bild.png<c>

das Bild aus den einzelnen Kanälen wieder zusammen und speichert das Resultat als PNG ab. 

Danksagung

Der Autor bedankt sich bei Peter Meerwald, der die Programme entwickelt hat, für die vielen Informationen und schnellen Antworten auf alle Fragen rund um das Watermarking.

Glossar

DRM

Digital Rights Management. Oberbegriff für Verfahren zur Kontrolle der Nutzung digitaler Medien. Da solche Verfahren oft auch die Nutzung durch den Berechtigten stark einschränken, wird DRM oft treffender auch als Digital Restriction Methods apostrophiert.

Wavelets

Mittels dieser lassen sich komplexe Strukturen ("Signale") in mehrere Ebenen ähnlicher Feinheit auftrennen. In der Bildbearbeitung kommen Wavelets bei der Rauschentfernung ("Wavelet Denoise"), beim Schärfen ("Wavelet Sharpen"), zum «Entwickeln» von RAW-Daten und für viele weitere Zwecke zum Einsatz.

Lena

Gebräuchliches Testbild für Bildverarbeitungsalgorithmen. Das Original ist das Centerfold des schwedischen Playmates Lena Söderberg aus der US-Playboy-Ausgabe vom November 1972. [12]

Infos

[1] Beispiel für unsichtbare Wasserzeichen: http://watermarking.sit.fraunhofer.de/Wasserzeichen/index.jsp

[2] Steganografie mit Outguess: Erik Bärwaldt, "Gut versteckt", LU 11/2007, S. 94, http://www.linux-community.de/14367

[3] Phatch: Erik Bärwaldt, "Abgestempelt", LU 09/2010, S. 46, http://www.linux-community.de/21720

[4] Wasserzeichen-Problematik: http://ig.cs.tu-berlin.de/oldstatic/w99/1332l501/ref1/wasserzeichen/

[5] Wavelets: http://de.wikipedia.org/wiki/Wavelet

[6] Vergleich unterschiedlicher Algorithmen: http://www.cosy.sbg.ac.at/~pmeerw/Watermarking/WaveletRobustheit/wm_wavelet_robustheit.ps.gz

[7] Wavelet-Wasserzeichen unter Linux: http://www.cosy.sbg.ac.at/~pmeerw/Watermarking/

[8] Quelltext zu den Programmen: http://www.cosy.sbg.ac.at/~pmeerw/Watermarking/source/wm_source.tar.gz

[9] BOWS: http://bows2.gipsa-lab.inpg.fr/

[10] BrokenArrows-Algorithmus: http://www.hindawi.com/journals/is/2008/597040.html

[11] BrokenArrows-Quellcode: http://bows2.gipsa-lab.inpg.fr/BrokenArrowsV1_1.tgz

[12] Lena: http://www.lenna.org

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