Marca de agua digital


Marca de agua digital
Observación de una imagen con la etiqueta "Brian Kell 2006", de manera degradada y visible en la parte central.

El watermarking o marca de agua digital es una técnica de ocultación de información que forma parte de las conocidas como esteganográficas. Su objetivo principal es poner de manifiesto el uso ilícito de un cierto servicio digital por parte de un usuario no autorizado.

Concretamente, esta técnica consiste en insertar un mensaje (oculto o no) en el interior de un objeto digital, como podrían ser imágenes, audio, vídeo, texto, software, etc. Dicho mensaje es un grupo de bits que contiene información sobre el autor o propietario intelectual del objeto digital tratado (copyright).

Otra técnica relacionada con ésta es el fingerprinting o huella digital, donde se introduce en el objeto digital una marca que además de contener información sobre el copyright, contiene información del usuario que ha adquirido los derechos de uso de ese objeto. De esta forma se puede perseguir la distribución ilegal de servicios digitales.

Contenido

Características

A una técnica de watermarking se le suele exigir que sea:

  • Imperceptible: que sea invisible al observador
  • Que no degrade el objeto
  • Robusta: la eliminación o reducción de la marca debe ser difícil o idealmente imposible sin degradar la calidad del objeto digital. Así mismo debe soportar procesos habituales de transformación (compresión, filtrado, conversión de formato, distorsión geométrica,…)
  • No debe ser ambigua: la marca debe identificar inequívocamente al propietario intelectual de tal forma que pueda reclamar su pertenencia.

Pese a estas premisas también existen marcas de agua que son perceptibles y que degradan el objeto, como por ejemplo, las marcas de agua superpuestas a imágenes indicando la propiedad de las mismas.

Generación y detección

El diagrama de generación de un objeto marcado será el siguiente:

Proceso de Marcado

Asimismo, el proceso inverso, para saber si un objeto está marcado o no, y por tanto obtener la información almacenada en dicha marca será:

Proceso de Detección

Tipos

Para la extracción de la información contenida en la marca (M) o para conocer si un objeto está marcado o no con una información concreta, necesitaremos unos datos u otros. En función de dichos datos y de lo que queramos obtener, tendremos diversos tipos de watermarking:

  • Privado: se necesita tener el objeto original (I)
    • Tipo I: I_m' \times I \times K  \Rightarrow \  M
    • Tipo II: I_m' \times I \times K \times M \Rightarrow \  Marcado/No Marcado
  • Semiprivado: se necesita tener la marca (M)
I_m' \times K \times M \Rightarrow \  Marcado/No Marcado
  • Público: no necesita ni de el objeto original (I) ni la marca (M)
I_m' \times K  \Rightarrow \  M
  • Visible: en estos casos, la marca de agua es visible y deteriora el objeto digital, mediante la clave (K) podemos obtener la el objeto original sin pérdidas debido a la marca.
I_m' \times K  \Rightarrow \  I



Técnicas

Tendremos dos grandes tipos de técnicas de watermarking, que se dividirán en:

  • Técnicas espaciales: implican la modificación de algún componente en el dominio espacial, son fáciles de implementar y son frágiles frente a ataques. (ejemplo: substitución de bits de menor peso)
  • Técnicas espectrales: implican la modificación de alguna componente en el dominio transformado frecuencial, son complicadas de implementar y robustas frente a modificaciones. (ejemplos: modificación de los coeficientes DCT, ensanchamiento de espectro,…)

Ejemplos

Algunos ejemplos de inserción de marcas en objetos concretos son los siguientes. (En el caso de Imágenes y audio, la inserción de dichas marcas no tienen porqué influir en su representación visual o auditiva).

Ejemplo marca sobre texto
Imágenes
  • Modificación del bit de menor peso (LSB: less significant bit) de algunos pixels de la imagen, elegidos mediante una secuencia seudo-aleatoria (S. Walton). Al tratarse del bit de menor peso de un píxel, éste se ve sometido a un cambio imperceptible de color.
  • Modificación de los coeficientes de la DCT (Discrete Cosinus Transformation o Transformada Discreta Coseno) (Tirkel et al.).
  • Ensanchamiento del espectro frecuencial (Cox et al.)
Audio:
  • Modificación del bit de menor peso de algunas muestras del archivo de sonido, elegidos mediante una secuencia seudo-aleatoria.
  • Ensanchamiento del espectro frecuencial.
  • Ocultación de eco (D. Gruhl et al.).
Texto
  • Modificación del espaciado entre líneas.
  • Modificación del espaciado entre palabras.


Ataques

Estas técnicas serán susceptibles a diversos ataques, que se diferenciarán en tipos según su objetivo:

  • Ataques a la robustez: Se logran reduciendo o eliminando completamente la presencia de la marca. Por ejemplo, en una imagen, si la marca se halla en los LSB de algunos píxels, cambiando dichos LSB en todos los pixels de la imagen, la marca queda totalmente eliminada.
  • Ataques a la presentación: modificando el objeto digital de forma que no se pueda detectar la marca. Como indica su nombre, dicha marca será visible.
  • Ataques a la interpretación: crear una situación, mediante una modificación de la marca, en la cual la propiedad del objeto no pueda ser reclamada por nadie. Por ejemplo, si a un objeto digital que ya tenía una marca, le añadimos otra nueva, será imposible interpretar cuál se añadió antes y por tanto, a quién pertenece el copyright del objeto digital.


Utilidad

Esta todavía es una tecnología joven e inmadura que ofrece potenciales y ventajosas posibilidades a compañías de protección de datos multimedia y de derechos intelectuales (protege frente a la copia ilegal).

Existe una relación de compromiso entre la cantidad de información que puede ser almacenada en una marca y la robustez de dicha marca. Es decir, cuanta más información haya, menos robusta será la marca de agua.

Actualmente, el watermarking no ofrece garantías totales, ya que, como se ha visto, dichas técnicas son vulnerables a ataques malintencionados.

Véase también


Wikimedia foundation. 2010.

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