Tesis "Desarrollo de modelos del ataque de reemplazo de contenido de tamaño discordante para su uso en esquemas de marcado de agua auto-restaurable de señales de audio"
Sustentante: Juan José Gómez Ricardez
Director: Dr. José Juan García Hernández, Cinvestav Unidad Tamaulipas
Sinodales: Dr. Hiram Galeana Zapién, Cinvestav Unidad Tamaulipas; Dr. Ricardo Landa Becerra, Cinvestav Unidad Tamaulipas; Dr. Miguel Morales Sandoval, Cinvestav Unidad Tamaulipas; Dr. José Juan García Hernández, Cinvestav Unidad Tamaulipas; Dr. Rogelio Reyes Reyes, Escuela Superior de Ingeniería Mécanica y Eléctrica, ESIME, IPN.
Resumen:
El desarrollo reciente de las comunicaciones, dispositivos de almacenamiento y grabación digital ha creado un entorno con la capacidad de distribuir, duplicar, obtener y replicar medios digitales. Sin embargo, esta capacidad de manipulación puede convertirse en un riesgo debido a los posibles cambios o alteraciones que se realizan sin ninguna autorización. Para combatir estos problemas, surgió un área de investigación conocida como marcado de agua digital (digital watermarking). El objetivo del marcado de agua digital es insertar información sobre el contenido del medio digital, ya sea un mensaje, un logotipo o el propio contenido de manera resumida usando una técnica conocida como auto-inserción (self-embedding). Una señal con marca de agua puede estar expuesta a manipulaciones intencionales o no intencionales, causando pérdida de información tanto de la marca de agua como en la señal portadora. Para solventar este inconveniente, se han realizado estrategias que logran auto-restaurar (self-recovery) la señal a su estado original o lo más cercano a ello.
En señales de audio, existe un ataque conocido como reemplazo de contenido de tamaño discordante que causa que la integridad del contenido del medio digital pueda ser violada, es decir, provocar que el contenido tenga un significado distinto al original, alterando el contexto. Estas alteraciones son logradas reemplazando conjuntos de muestras originales de una señal de audio por conjuntos de muestras de tamaño mayor o menor encontradas dentro del mismo audio o dentro de otros audios. Esta tesis doctoral tiene el objetivo de obtener una representación del comportamiento del ataque de reemplazo de contenido de tamaño discordante utilizando tres modelos matemáticos distintos. En el modelado se utilizan los enfoques como un canal de comunicación, como una matriz y utilizando las técnicas de decimación-interpolación. Cada uno de los modelos se han diseñado usando tres tipos de casos de reemplazos, esto es, reemplazo de contenido de igual, mayor o menor tamaño. Se busca representar el comportamiento del ataque en modelos diferentes que sirvan como base para tener un mejor conocimiento de cómo el ataque se comporta o actúa sobre una señal de audio, así como mejorar la seguridad e incrementar la robustez de los esquemas de marcado de agua. Los resultados experimentales obtenidos mostraron una efectividad del funcionamiento correcto de cada una de las ecuaciones diseñadas en cada uno de los modelos matemáticos. Se mostró que la desincronización es lo que caracteriza al ataque, y es evidente cuando se aplican reemplazos para los casos de mayor y menor tamaño, ocasionando un cambio de temporalidad de la señal, y en el caso de una señal con marca de agua, la marca pierde la ubicación original de inserción y pérdida de la marca en el área atacada. Con respecto a la solución inversa con base en el estudio de los modelos desarrollados, se obtuvo que no es posible devolver la señal manipulada a su versión original o aproximada, sin tener información previa de la señal original, por ejemplo, contenida en forma de marca de agua. Para confirmar la funcionalidad de los modelos del ataque aplicado a señales de audio con marca de agua, se utilizó un esquema de marcado auto-restaurable de señales de audio y se evaluó el desempeño del esquema. Las capacidades de restauración del esquema obtuvieron una calidad del audio buena soportando un reemplazo de un 20%, mientras una calidad perceptual con aceptable calidad para reemplazos hasta de un 58.3%. La señal de audio marcada puede tolerar este tamaño de manipulación a expensas de sacrificar la calidad de restauración. Estos resultados fueron logrados debido a las estrategias y componentes implementados en el esquema auto-restaurable. Las estrategias y componentes fueron seleccionados con base en el comportamiento demostrado en el diseño de los modelos matemáticos. Se espera que el diseño de los modelos que representan el comportamiento del ataque de reemplazo de contenido de tamaño discordante, ayude al desarrollo de nuevas estrategias en los esquemas de marcado de agua y que se obtenga mejor robustez contra los efectos del ataque.