Bahan kuliah IF3058 Kriptografi Digital Watermarking Bahan kuliah IF3058 Kriptografi Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Sebuah prolog… ”Sebuah gambar bermakna lebih dari seribu kata” (A picture is more than words)

Fakta Jutaan gambar/citra digital bertebaran di internet via email, website, bluetooth, dsb Siapapun bisa mengunduh citra, meng-copy-nya, menyunting, mengirim, memanipulasi, dsb. Sekali citra diunduh/copy, referensi pemilik yang asli hilang  sebab informasi kepemilikan tidak melekat di dalam citra.

Siapa pemilik citra ini?

Atau citra yang ini?

Akibat penyebaran citra digital Memungkinkan terjadi pelanggaran HAKI: - mengklaim kepemilikan citra orang lain - pemilik citra yang asli tidak mendapat royalti atas penggandaan ilegal

Karakteristik Dokumen Digital - citra (JPEG/GIF/BMP/TIFF Images) - audio (MP3/WAV audio) - video (MPEG video) - teks (Ms Word document) Tepat sama kalau digandakan Mudah didistribusikan (misal: via internet) Mudah di-edit (diubah) Tidak ada perlindungan terhadap kepemilikan, copyright, editing, dll. Solusi: digital watermarking. Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Digital Watermarking Digital Watermarking: penyisipan informasi (watermark) yang menyatakan kepemilikan data multimedia Watermark: teks, logo, audio, data biner (+1/-1), barisan bilangan riil Watermarking merupakan aplikasi steganografi Tujuan: memberikan perlindungan copyright Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Original work Detected message Watermarked Watermark work Watermark embedder Watermark detector Watermarked work (looks like original) Detected message Message (regarding work) Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Definitions and Applications

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Contoh: Image Watermarking (1) Menyisipkan watermark ke dalam citra digital untuk memberikan perlindungan copyright pada citra tsb. Watermark: informasi yang menyatakan label kepemilikan (copyright) sebuah citra © Deshinta Ariyani Bandung 2010-2014

Image Watermarking (2) Watermark melekat di dalam citra Penyisipan watermark tidak merusak kualitas citra Watermark dapat dideteksi kembali sbg bukti kepemilikan

Image Watermarking (3) Persyaratan umum: - imperceptible - robustness - secure

Flash…

Cara Konvensional Memberi Label Copyright Label copyright ditempelkan pada gambar. Kelemahan: tidak efektif melindungi copyright sebab label bisa dipotong atau dibuang dengan program pengolahan citra komersil (ex: Adobe Photoshop). Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Original image + label copyright Cropped image Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Label kepemilikan Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Cara watermarking Watermark disisipkan ke dalam data multimedia. Watermark terintegrasi di dalam data multimedia. Kelebihan: 1. Setiap penggandaan (copy) data multimedia akan membawa watermark di dalamnya. 2. Watermark tidak bisa dihapus atau dibuang. Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Data apa saja yang bisa di-watermark? Citra  Image Watermarking Video  Video Watermarking Audio  Audio Watermarking Teks  Text Watermarking Perangkat lunak  Software watermarking Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Digital Image Watermarking Penyisipan watermark Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Ekstraksi/deteksi watermark Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Ekstraksi vs Deteksi Ekstraksi: mengambil kembali (recover/reveal) bit informasi watermark dari data multimedia.  Perlu proses komparasi dengan watermark asli untuk menentukan kemiripan/cocokan.  watermark umumnya berupa pesan bermakna seperti logo, teks, musik. Deteksi: hanya menentukan apakah data multimedia mengandung reference watermark atau tidak  watermak umumnya barisan biner atau barisan bilangan real. Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Sejarah Watermarking Abad 13, pabrik kertas di Fabriano, Italia, membuat kertas yang diberi watermark dengan cara menekan bentuk cetakan gambar pada kertas yang baru setengah jadi. Ketika kertas dikeringkan terbentuklah suatu kertas yang ber-watermark. Kertas ini biasanya digunakan oleh seniman/sastrawan untuk menulis karya seni. Kertas yang sudah dibubuhi tanda-air dijadikan identifikasi bahwa karya seni di atasnya adalah milik mereka. Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Perbedaan Steganografi dan Watermarking Tujuan: mengirim pesan rahasia apapun tanpa menimbulkan kecurigaan Persyaratan: aman, sulit dideteksi, sebanyak mungkin menampung pesan (large capacity) Komunikasi: point-to-point Media penampung tidak punya arti apa-apa (meaningless) Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Watermarking: Tujuan: perlindungan copyright, pembuktian kepemilikan (ownership), fingerprinting Persyaratan: robustness, sulit dihapus (remove) Komunikasi: one-to-many Komentar lain: media penampung justru yang diberi proteksi, watermark tidak rahasia, tidak mementingkan kapasitas watermark Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Jenis-jenis Watermarking Fragile watermarking Tujuan: untuk menjaga integritas/orisinilitas media digital. Robust watermarking Tujuan: untuk menyisipkan label kepemilikan media digital. Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Watermarking pada Citra Visible Watermarking Invisible Watermarking Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Visible Watermarking Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Visible Watermarking Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Invisible Watermarking Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Aplikasi Watermark Identifikasi kepemilikan (ownership identification) Bukti kepemilikan (proof of ownership) Memeriksa keaslian isi karya digital (tamper proofing)  Content authentication User authentication/fingerprinting/transaction tracking: mengotentikasi pengguna spesifik. Contoh: distribusi DVD Piracy protection/copy control: mencegah penggandaan yang tidak berizin. Broadcast monitoring Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Owner identification Alice Original work Alice is owner! Distributed Watermark embedder Distributed copy Watermark detector Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Definitions and Applications

Owner identification Watermark identifies owner of copyright, similar to a copyright notice Help honest people identify rightful owner Notify people of copyright In US, until 1988, such notice was required to retain copyright Since 1988, presence of notice increases possible reward in lawsuits Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Definitions and Applications

Proof of ownership Alice Original Alice is work owner! Watermark detector Watermark embedder Distributed copy Bob Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Definitions and Applications

Proof of ownership Watermark is used to prove ownership in a court of law Differs from owner identification in two ways Intended to carry burden of proof Watermark need not be detectable by anyone other than owner (allows informed detection) Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Definitions and Applications

Transaction tracking Alice Watermark A Honest Bob Original work Evil B:Evil Bob did it! Watermark B Watermark detector Unauthorized usage Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Definitions and Applications

Transaction tracking Watermarks record transaction histories of content, typically identifying first authorized recipient Identifying pirates (DiVX corporation) Identifying information leaks (M. Thatcher, movie dailies) Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Definitions and Applications

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Transaction tracking The MPAA estimates that piracy costs the US film industry $3B per year One source of material is the annual distribution of Oscar screeners to the 5,803 voting members of the Academy Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Transaction tracking Thomson system enabled the MPAA to distribute individually-watermarked VHS and DVD screeners to its 5,803 eligible voting members Screeners appeared on the internet The Last Samurai Something's Gotta Give Mystic River Actor Carmine Caridi expelled from MPAA Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Content authentication Watermark embedder Watermark detector Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Definitions and Applications

Content authentication Watermark is used to detect modifications applied to cover work Exact authentication: work is inauthentic if even one bit has changed Selective authentication: work is inauthentic only if significantly changed Tell-tale watermarks/localization: identify what changes have been made Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Definitions and Applications

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Watermark rusak Kesimpulan: citra sudah mengalami modifikasi Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Content authentication Hasil pengubahan Original Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Foto mana yang asli? Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Copy control Watermarks indicate whether content may be copied Record control: recording devices contain detectors and refuse to record copyrighted material Playback control: players contain detectors and refuse to play pirated material Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Definitions and Applications

Copy control Compliant Compliant player recorder Legal copy Playback control Record control Non-compliant recorder Illegal copy Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Definitions and Applications

Broadcast monitoring Original content Content was broadcast! Broadcasting system Watermark embedder Watermark detector Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Definitions and Applications

Broadcast monitoring Monitor when and whether content is transmitted over broadcast channels, such as television or radio Verify advertising broadcasts (1997 scandal in Japan) Verify royalty payments ($1000 of unpaid royalties to actors per hour of broadcast) Catch instances of piracy Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Definitions and Applications

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Watermark merupakan elemen penting dalam Digital Right Management (DRM). DRM adalah teknologi pengaturan akses yang digunakan oleh para penerbit atau pemegang hak cipta untuk membatasi penggunaan konten digital. Hanya pihak yang memiliki hak terhadap konten digital yang dapat mengaksesnya. Klik flash berikut. Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Watermark pada data digital umumnya audio atau gambar. Watermark berupa teks mengandung kelemahan karena kesalahan satu bit akan menghasilkan hasil teks yang berbeda pada waktu verifikasi (ektraksi). Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Robustness Citra asli Citra ber-watermark Citra ber-watermark dikompresi 75% Citra ber-watermark di-crop Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Metode Image Watermarking Metode dalam ranah spasial Menyisipkan watermark langsung pada nilai byte dari pixel citra. Metode dalam ranah transform Menyisipkan watermark pada koefisien transformasi dari citra. Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Metode LSB Sama seperti steganografi. Mengganti bit LSB dengan bit data. 11010010 MSB LSB LSB = Least Significant Bit MSB = Most Siginificant Bit Mengubah bit LSB hanya mengubah nilai byte satu lebih tinggi atau satu lebih rendah dari nilai sebelumnya Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Misalkan sebagian pixel adalah citra 00110011 10100010 11100010 01101111 (sekelompok pixel berwarna merah) Misalkan watermark: 0111 Encoding: 00110010 10100011 11100011 01101110 (pixel berwarna “merah berubah sedikit”) Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Kelemahan: 1. tidak kokoh terhadap perubahan 2. mudah dihapus degan mengganti semua bit LSB dari media ber-watermark. Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Metode Spread Spectrum Diusulkan pertama kali oleh Cox dalam makalah “Secure Spread Spectrum Watermarking for Multimedia” (1997) Watermark disebar (spread) di dalam citra. Spread spectrum dapat dilakukan dalam 2 ranah: 1. Ranah spasial Menyisipkan watermark langsung pada nilai byte dari pixel citra. 2. Ranah transform Menyisipkan watermark pada koefisien transformasi dari citra. Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Penyisipan dalam ranah frekuensi lebih robust dibandingkan dalam ranah spasial. Pada metode Cox, komponen frekuensi yang disisipi adalah komponen yang signifikan secara persepsi. Ada trade-off antara robustness dan visibility () Citra ditransformasi ke dalam ranah frekuensi dengan DCT (Discrete Cosine Transform) Setelah penyisipan, ranah frekuensi dkembalikan ke ranah spasial dengan IDCT (Inverse Discrete Cosine Transform) Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi DCT: IDCT: Keterangan: Citra berukuran M x N Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Watermark W = w1, w2, …, wn Watermark: bilangan riil acak (pseudo-noise) yang mempunyai distribusi Normal: Cox memilih watermark mempuyai distribusi N(0, 1), yaitu mean = 0, variansi = 1. Menurut Cox, watermark tsb mempunyai kinerja lebih baik daripada data yang terdistribusi uniform. Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Penyisipan watermark: Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Pendeteksian watermark: Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Panjang watermark = n = 1000 Cox menggunakan 1000 koefisien terbesar. Inilah yang dinamakan frequency spreading. Cox memilih  = 0.1 dan T = 6 Kelemahan: perlu citra asli untuk deteksi watermark (non-blind watermarking). Kelebihan: kokoh terhadap konversi analog-ke-digital Konversi digital-ke-analog Cropping Kompresi, rotasi, translasi, dan penskalaan Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Watermarking dalam Program Komersil Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Penyisipan watermark Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Pembacaan watermark Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Digital Watermarking – Case Studies Images Audio Video Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Digital Watermarking - Images Digimarc ImageBridge Inserts imperceptible digital watermarks onto images Digimarc MarcSpider Tracks all images with Digimarc’s watermark on the Internet Searches over 50 million images on the Internet a month Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi MarcSpider report Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Who is using ImageBridge and MarcSpider? Corbis Workbookstock.com The British Library Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Success Stories Cobris identifies up to 50 cases of unauthorized commercial use of its images per month Settled 28 cases in and out of court in 8 months Movie Market paid 1 million for the settlement Playboy Webbworld paid $310,000 as well as reasonable attorney’s fee for using 62 Playboy’s images Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Digital Watermarking - Video Watermark is insert into video by production studio, broadcast station, or cinemas Watermark contains copyright information and copying restriction information that indicates the video can be copy once, copy unlimited times, or never copy Video recording equipments manufactures have to agree with the code, and make the equipments accordingly Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Digital Watermarking - Video Universal Pictures Insert digital watermarks in its movies including theatrical release, home video, video on demand, and broadcast movies Work with video recording makers in the next few years to ensure that new devices will complied the new standards Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Philips Digital Network WaterCast Embedding watermark Transmitting content Satellite transmission Receiving, editing, transmitting content Monitoring, extracting watermark, feedback to content owner. Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Who is using WaterCast? BBC Reuters EBU Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Digital Watermarking - Audio Cannot effectively prevented illegal use of music on the Internet Identify the source of the music, and determine if the music is legal or not In 1999, a few companies including Liquid Audio, MP3, CDnow, formed a coalition to have digital watermark on distributed music on the Internet Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Digital Watermark – National Security Insert watermark into ID card Carry secure information, which is used to authenticate and verify cardholder Harder for counterfeiter to replicate the ID card Digimarc is providing secure identification solution to over 200 government units for over 24 countries including the state of New Jersey, Vermont, and Michigan Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Lain-lain Microsoft mengembangkan sistem watermarking untuk audio digital, yang akan dimasukkan ke dalam media player Windows. Data seperti informasi lisensi disisipkan ke dalam musik/lagu; media player tidak akan memainkan file audio yang memuat watermark yang salah. Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Beberapa situs yang berguna Perangkat lunak digital watermarking dari Blue Spike’s GiovanniTM (www.bluespike.com) menggunakan kunci kriptografi untuk membangkitkan watermark ke dalam musik dan citra digital. Perusahaan software yang menawarkan solusi digital watermarking adalah Digimarc (www.digimark.com) dan Cognicity (www.cognicity.com). Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi

Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi Situs web yang lain tentang steganografi dan digital watermaking 1. www.outguess.org Menyediakan secara gratis kakas steganografi. 2. www.demcom.com Perangkat lunak Steaganos Security Suite dari DemCom mengizinkan anda untuk mengenkripsi dan menyembunyikan arsip ke dalam berkas audio, video, teks, atau HTML. 3. www.cl.cam.ac.uk/~fapp2/steganography/index.html Homepage mengenai information hiding yang memiliki informasi teknis, berita, dan link yang berkaitan dengan digital watermarking dan steganografi. 4. www.digimarc.com Homepage lainnya dari Digimarc. Rinaldi Munir/IF3058 Kriptografi