Підвищення ефективності виявлення порушення цілісно- сті цифрового зображення

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціа- льністю 05.13.21 – Системи захисту інформації. – Одеський національний політехні- чний університет, Одеса, 2017. В роботі вирішена важлива науково-практична задача підвищення ефективності процесу виявлення порушення цілісності цифрового зображення шляхом розробки методу виявлення результатів клонування, ефективного, в тому числі в умовах (зна- чних) додаткових збурних дій, а також для областей клону/прообразу малих віднос- них розмірів. Практична цінність роботи полягає в доведенні здобувачем отриманих науко- вих результатів до конкретних алгоритмів, які можуть бути використані як складові частини систем захисту інформації, інформаційних систем різного наповнення будь- якої установи, підприємства. На підставі побудованого теоретичного базису, розроблений ефективний метод виявлення результатів клонування, ефективність якого не залежить від особливостей аналізованого цифрового зображення, проведення операції клонування, виду збур- ної дії й перевищує сучасні аналоги, що дозволило в цілому підвищити ефективність виявлення порушення цілісності цифрового зображення. Максимально ця перевага становить 6.7%.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по спе- циальности 05.13.21 - Системы защиты информации. - Одесский национальный по- литехнический университет, Одесса, 2017. В работе решена важная научно-практическая задача повышения эффективно- сти процесса выявления нарушения целостности цифрового изображения путем раз- работки метода обнаружения результатов клонирования в изображении, эффектив- ного, в том числе в условиях дополнительных (значительных) возмущающих воз- действий, а также для областей клона/прообраза малых относительных размеров. Практическая ценность работы состоит в доведении полученных научных ре- зультатов до конкретных алгоритмов, которые могут быть использованы при разра- ботках систем защиты информации любого учреждения, предприятия. Объектом исследования являются процессы нарушения целостности цифрового изображения; предметом исследования — методы обнаружения нарушения целост- ности цифрового изображения, проведенного путем клонирования. На основании полученного при помощи геометрического представления циф- рового изображения параметра, нечувствительного к возмущающим воздействиям, количественно характеризующего изображение в целом – объема цилиндрического тела, отвечающего изображению, найден параметр, числовое значение которого одинаково для соответствующих блоков клона и прообраза, в том числе, в условиях постобработки изображения: значение глобального (локального) минимума матри- цы минимальных блоковых отличий анализируемого изображения, что послужило теоретической основой для разработки метода выявления результатов клонирова- ния, в том числе в условиях дополнительных возмущающих воздействий и обеспе- чило его высокую эффективность независимо от вида и силы этого воздействия. На основании установленных характерных особенностей гистограмм значений єлементов матрицы разности q×q-блоков ЦИ и различия максимального отличия пикселей блоков в случае их принадлежности/непринадлежности клону и прообра- зу, с использованием анализа матрицы минимальных блоковых отличий установле- но наличие совпадающих по соответствующим значениям окрестностей радиуса r ≥1 ее элементов, определяющих одинаковые по значению локальные минимумы, отвечающие соответствующим блокам клона и прообраза. Величина радиуса тем больше, чем больше величина q×q-блока, содержащегося в области, отличающей клон от прообраза, и для q=32 может достигать 14. Для подавляющего большинства оригинальных ЦИ r=0. Установленные свойства обеспечили, в отличие от аналогов, эффективность разработанного метода выявления результатов клонирования неза- висимо от характерных особенностей анализируемого ЦИ: наличие/отсутствие об- ластей с малыми перепадами значений яркости. Разработанный метод является эф- фективным, в том числе в условиях дополнительных (значительных) возмущающих воздействий, превосходя современные аналоги, что позволило в целом повысить эффективность выявления нарушения целостности ЦИ (максимально на 6.7%). Получил дальнейшее развитие блочно-ориентированный подход к выявлению результатов клонирования в ЦИ путем установления критерия и условий его приме- нимости при отсутствии постобработки и необходимого условия при наличии по- стобработки клонированного ЦИ принадлежности блоков матрицы изображения об- ластям клона и прообраза, что обеспечило эффективную работу разработанного ме- тода независимо от условий проведения клонирования, при выявлении областей клона/прообраза, относительные размеры которых <<0.85% ЦИ, что значительно меньше тех, которые эффективно выявляются существующими аналогами. Вычислительная сложность разработанного алгоритма, реализующего метод, определяется как ( ) 4 O n , где n × n – размер матрицы изображения.

Thesis for degree the candidate in technical sciences, specialty 05.13.21 - Information Security Systems – Odessa National Polytechnic University, Odessa, 2017. The research is dedicated to the solving an important scientific and practical problem of effectiveness improvement of integrity violation detection of digital images by developing a new detection method of cloning results in the image. The developed method is effective in the case of additional (major) disturbances, as well as for areas clone/prototype image of the small relative size. The practical value of the research is that its scientific findings were reduced to specific algorithms which can be used to develop information security systems for any institution or enterprise. The efficiency of the developed method, which is polynomial of degree 4, won’t depend on the features of analyzed digital images and cloning operation that allow a total increase the efficiency of integrity violation detection of digital images. This maximum advantage achieves of 6.7%.