Технология защиты конфиденциальных данных в традиционных носителях информации на бумажной и пластиковой основе методами цифровой голографии

М.В. Смирнов, Санкт-Петербург,
smirnoff04@mail.ru                      English

Технология защиты конфиденциальных данных в традиционных носителях информации на бумажной и пластиковой основе методами цифровой голографии
ПРОБЛЕМА. В последние годы, как у нас в стране, так и за рубежом успешно ведется разработка и внедрение электронных документов, и в частности документов с микрочипами. Цифровое представление данных, обеспечивает удобный ввод и редактирование данных, высокую помехоустойчивость записи, простоту считывания и просмотра данных. Однако подобная простота привлекательна и для взломщиков. Примеров взлома цифровых данных предостаточно. Фальсификация и подделка таких документах как паспорт, водительское удостоверение, банковские или идентификационные пластиковые карты, медицинский полис, сертификаты соответствия и др. наносит ощутимый экономический, правовой и моральный вред.

Вместе с тем, основным препятствием для взлома, осуществляемого цифровыми средствами, является аналоговое представление скрываемых данных в фотоносителе. Визуально наблюдаемые документы и фотоизображения, в любом случае, является аналоговым вне зависимости от того, был ли сделан снимок цифровой камерой или пленочной. Последнее утверждение так же справедливо и для просмотра фотографий на экране мониторов.

РЕШЕНИЕ. Представляемая технология Holographic WaterMark (HWM) предназначена для сокрытия и защиты конфиденциальных данных в традиционных носителях информации с помощью методов цифрой голографии в обеспечение комплексной информационной безопасности.

Технология HWM обеспечивает внедрение и сохранение скрытых данных в фотоносителях на бумажной или пластиковой основе. В отличии от известных технологий, объект идентификации и средство защиты образуют единый условно-зависимый объект. Обеспечивается сочетание стеганографического подхода скрытия и криптографического шифрования данных. Принятие решения о принадлежности документа основывается на визуальном восприятии восстановленных скрытых данных.

Применение технологии не связано с изменением существующих технологий изготовления документов и пластиковых карт. Технология HWM базируется на применении стандартной оргтехники.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ. Работа посвящена созданию технологии и программного обеспечения аналого-цифрового сокрытия и защиты данных в традиционных носителях информации, а так же электронных документах в обеспечение комплексной информационной безопасности. Пакет модулей реализован на языке программирования C++ в среде Borland Builder.

Методически, технология и программное обеспечение HWM представляет собой два независимых процесса cинтеза и восстановления цифровых голограмм Фурье. Первый процесс I предназначен для синтеза цифровых голограмм Фурье скрываемых данных (идентификаторов, меток), и их встраивание в аналоговые носители данных. Второй процесс II является обратным и заключается в восстановлении голограммы скрытых данных. Событие обнаружения скрытых данных служит для принятия решения о подлинности документа или прав владельца. Голографический подход и теоретическое обоснование изложены в работе [1], в которой установлено, что встраивание скрываемых данных в спектре изображения, эквивалентно встраиванию голограммы Фурье этих данных в изображение.
HWM  представляет собой два независимых процесса cинтеза и восстановления цифровых голограмм Фурье
На рисунке представлены два независимых процесса cинтеза и восстановления цифровых голограмм Фурье.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ.

Пример I. Встраивание скрытых идентификационных данных в печатную продукцию.

В примере, исходными данными для защиты является цифровой макет журнала, изготовленный программно для последующей печати на принтере. Данная процедура, в соответствии с элементами тракта преобразования получила название «print-scan».

схема преобразования print-scan
Cхема преобразования «print-scan». На схеме, пункт a) - процесс встраивания скрытого идентификатора в цифровой макет и вывод результирующего изображения на печать, b) - процесс сканирования изображения со встроенным скрытым идентификатором и выполнение двухмерного преобразования Фурье в программном блоке для восстановления голограммы искомого объекта.

1) Исходная картинка для печати (цифровой макет)

Цифровой макет обложки журнала
Рис.1.1. Цифровой макет обложки журнала с содержимым в виде текста, графики и фотографий
Представлена копия изображения оригинального текстового документа обложки журнала "Atlas for Men".

1.2) Гистограмма яркостей исходного изображения-контейнера

Гистограмма яркостей исходного изображения-контенера
Рис.1.2. Гистограмма изображения на рис.1.1 и схематичное представление процесса встраивания голограммы скрытого идентификатора в изображение-контейнер на рис.1.1.

1.3) Изображение-контейнер после встраивания идентификационного кода

Изображение-контенер после встравания идентификатора в виде иероглифа   Изображение-контенер со встроенным идентификатором после сканирования
Рис.1.3. Увеличенный фрагмент (300%) изображения-контейнера после встраивания в цифровой макет идентификатора в виде иероглифа
Рис.1.4. Увеличенный фрагмент (300%) изображения-контейнера со встроенным идентификатором после вывода на печать и последующего сканирования (процесс «print-scan»)

1.4) Результат восстановления голограммы скрытого идентификационного кода

Результат восстановления голограммы скрытого идентификатора в виде изображения иероглифа
Рис.1.5. Результат восстановления голограммы скрытого идентификатора в виде изображения иероглифа. Результат восстановления показан в консоли программного пакета HWM.

Пример II. Встраивание голограмм скрытых идентификаторов в художественные высококачественные репродукции

Художественная репродукция на холсте со встроенными срытыми данными в виде алфавитно-цифровых символов
Рис.2.1. Художественная репродукция на холсте со встроенными срытыми данными в виде алфавитно-цифровых символов. Размер исходного цифрового макета 9040x4064 пикселов. Разрешение фоторегистрации 600 dpi. Процесс «print-cam», цифровая камера SM-G920F смартфона Samsung S8.
Гистограмма яркостей исходного изображения-контенера
Рис.2.2. Варианты восстановления голограммы скрываемых данных. Размер области встраивания скрытых данных 128x128 пикселов.

Пример III. Встраивание голограмм скрытых идентификаторов в изображения на экране монитора

Встраивание голограмм скрытых идентификаторов в изображения на экране монитора
Рис.3.1. Фотоизображение со встроенной голограммой скрытых данных, полученное при фотографировании экрана с помощью смартфона. Размер фотоснимка 4208x3120 пикселов. Съемка выполнена цифровой камерой LG-E975w непосредственно с экрана монитора ПК. Процесс «screen-cam».
Встраивание голограмм скрытых идентификаторов в изображения на экране монитора
Рис.3.2. На рисунке представлена консоль программного пакета HWM с результатом восстановления голограммы скрытых данных в виде набор символов латиницы размером 128х128 пикселов.

Пример IV. Встраивание голограмм скрытых идентификаторов в изображения на пластике

Встраивание голограмм скрытых идентификаторов в изображения на пластике
Рис.4.1. Фотография пластиковой карты со встроенной голограммой скрытых данных в виде знака копирайта ©. Полный размер изображения-контейнера составляет 1026х1029 пикселов с пространственной плотностью записи 600dpi. Сканирование выполнялось на стандартном устройстве при dpi равным 1200. Процесс «print-scan».
Увеличенный фрагмент (400%) портрета-контейнера со встроенной голограммой
Рис.4.2. Увеличенный фрагмент (400%) портрета-контейнера со встроенной голограммой.
Результат восстановления скрытых данных на пластиковой карточке
Рис.4.3. Результат восстановления скрытых данных из изображения на пластиковой карточке.

Пример V. Защита скрытыми идентификаторами документов в форматах DOC, PDF, HTML и других электронных документов

Защита скрытыми идентификаторами документов в форматах DOC, PDF, HTM
Рис.5.1. Документ в формате DOC с подложкой в виде голограммы скрытых данных (идентификатора).
Фотография документа DOC с голограммой скрытого идентификатора
Рис.5.2. Фотография с экрана монитора документа DOC со встроенной голограммой скрытого идентификатора. Фотосъемка выполнена с помощью смартфона с цифровым разрешением 3120x4208 пиксесов.
Результат детектирования скрытых данных при фотографировании документа DOC с экрана монитора
Рис.5.3. Результат детектирования скрытых данных при фотографировании документа DOC с экрана монитора. Результат восстановления показан в консоли программного пакета HWM.

КОНКУРЕНЦИЯ
a) Производители защитных оптических голограмм, которые наносятся поверх документов. В концептуальном плане данная технология мало отличается от нанесения обычного печатного штампа поверх документа. Технология не обладает условной зависимостью по схеме "элемент защиты - защищаемый документ". Подмена документа с нанесенным поверх защитным элементом не будет свидетельствовать о фальсификации.

b) Производители интеллектуальных микро-чипов, которые могут быть имплантированы, например, в кредитные карты. Стоимость таких микро-чипов превосходит стоимость встраиваемых скрытых данных в пластик по технологии HWM на 2-3 порядка. Существует большая вероятность взлома.

РЫНОК
a). Оказание услуг печати бумажных и фотографических материалов со скрытыми идентификационными данными
b). Оказание услуг идентификации владельца полиграфической продукции
c). Гос. заказы на изготовление сертификатов, дипломов, аттестатов, паспортов, документов на пластике со встроенными скрытыми данными
d). Продажа лицензий программного продукта HWM

Партнерами по внедрению программного продукта HWM могут быть фирмы связанные с производством современной бытовой цифровой техники: Модель рынка PAM. Глобальный рынок, не ограниченный географией или другими факторами.

КОНТАКТЫ. ПРАВОВОЙ СТАТУС
Михаил Смирнов
E-mail: smirnoff04@mail.ru
Тел.: +7(921)343-33-37
www.smirnov.sp.ru
Санкт-Петербург

[1] Смирнов М.В. Голографический подход к встраиванию скрытых водяных знаков в фотографии - Оптический журнал, том.72, №6, 2005
[2] M.V. Smirnov. Holographic approach to embedding hidden watermarks in a photographic image - Journal of Optical Technology Vol. 72, Issue 6, pp. 464-468 (2005)
 
Home http://www.smirnov.sp.ru/
Node.js/Express/Full-Stack http://www.smirnov.sp.ru/cgi_java/cgi_programming4.html
To help ATMs - protection via hidden water marks http://www.smirnov.sp.ru/watermark/cards/bankhelp.html
The elements of the probabilistic analysis of the Forex markethttp://www.smirnov.sp.ru/forex_html/forex3eng.html
Currency Prediction Software of market FOREXhttp://www.smirnov.sp.ru/forex_html/usd_euro15.html
Registration and restoration of digital Fourier holograms http://smirnov.spb.su/papers/for_national_instruments_2015.php
Software for evaluating of ground resolution of remote sensing optical-systemhttp://www.smirnov.sp.ru/special/index.html
Objective estimation of digital scanners qualityhttp://www.smirnov.sp.ru/scanner/scan02.html
Watermarking photoshttp://www.smirnov.sp.ru/watermark/index.html
Restoration of imageshttp://www.smirnov.sp.ru/scanner/filter/index.html
Visual Gallery Manager 2.0http://www.smirnov.sp.ru/vgm20/index.html
Physical simulation of optical-electronic system of high-resolutionhttp://www.smirnov.sp.ru/simult_oes/index.html
Technology of counteraction to falsification of credit cardshttp://www.smirnov.sp.ru/watermark/cards/card_eng.html
Import Excel into Opencarthttp://www.smirnov.sp.ru/cgi_java/opencart_excel.html
Free Advertisment. Free Bulletin Board (russian)http://www.smirnov.sp.ru/wwwboard/rusboard.html
Contact ushttp://www.smirnov.sp.ru/wwwboard/eng/contact.html
The latent transfer and storage of the confidential information on the Internethttp://www.smirnov.sp.ru/watermark/conf_data/guarding_eng.html
Software Prices http://www.smirnov.sp.ru/prices/prices_eng.html
VIN number anti-theft http://www.smirnov.sp.ru/watermark/cards/add_vin_number.html

St. Petersburg, Russia
Mobile: +7(921)343-33-97
E-mail: smirnoff04@mail.ru
http://www.smirnov.sp.ru/