Birkaç tanımlama ile başlayalım. Şifreleme güvenli iletim amacıyla bilginin anlaşılmaz hale getirilmiş şeklidir. Alıcı bir anahtar ile gelen mesajı tekrar orijinal haline çevirebilir.
m mesajı, zamandan bağımsız olarak, örten nesne olarak tanımlanan c metninin içine gömülmüştür. m mesajı genellikle şifreleme anahtarı olarak tanımlı bir k anahtarı kullanılarak c nin içine gömülür. Sonuçta c örten nesne, k anahtarı ile şifrelendikten sonra, mesaj ile birlikte s şifrelenmiş nesne halini alır. Aşağıda Katzenbeisser in çalışmasından şifreleme genel şeması verilmiştir [72].
67
Şekil 4.1 Şifreleme Genel Şeması
Filigran ekleme, birçok yönden metin şifrelemeye çok benzerdir. İkisi de örten-nesne içinde görünür bir değişiklik olmasa da gömülü bilgi ararlar. Filigranların, aynı zamanda sağlamlık (bozulmalara karşı direnç) ölçütünün de iyi olması gerekir. Dosya üzerinde yapılacak küçük değişimlerden veya kasıtlı bozma girişimlerinden kolay etkilenmemesi bunlara karşı direncinin yüksek olması gerekmektedir. İdeal metin şifreleme sistemi büyük bilgi miktarını, mükemmel bir gizlilikte, hissedilir bir eksiltme olmadan örten nesnenin içine gömer. İdeal filigran ekleme sisteminde de örten nesneyi tamamen kullanılamaz hale getirmeden, gömülen bilginin değiştirilebilmesi de engellenerek sayısal filigranın görüntüye gömülmesine çalışılır. Gömülen bilginin değiştirilememesi ve tamamen yok edilememesi için, filigran ekleme sistemi, belli gizlilik ve algılanamama ölçütünü sağlamak zorundadır.
İdeal filigran ekleme sistemi hangi temel gereksinimleri karşılamalıdır, hangi özelliklere sahip olmalıdır. Birincisi algılanabilirliği veya gizliliği [72]. Filigran eğer resmin içinde bozuluyorsa, kullanılamıyorsa, kimse tarafından kullanılamaz. İdeal filigranmış resim yüksek kalitede, orijinallinden ayırt edilemez olmalıdır. Ayrıca ideal filigran ekleme sistemi dayanıklı olmalıdır. Dışarıdan normal kullanımda, dağıtımında veya ilk tanıtımdaki bozulmalara (kasıtsız saldırı) veya dağıtımda mevcut filigranı yok etmeye veya bozmaya karşı (kasıtlı saldırı) dirençli olmalıdır. Kasıtlı olmayan saldırı resmin normal kullanımı esnasında yaygın uygulamalar ile (kırpma, yeniden boyutlandırma, parlaklık- açıklık- koyuluk değişikliği) ilişkili olan bozulmalardır. Kısmen sıkıştırmada da kasıt olmayan saldırıdan etkilenir.
Kasıtlı, kötü niyetli saldırılarda, saldırgan kasten filigranı erişilemez hale getirmeye çalışır. Genellikle ek gürültüler veya geometrik bozma ile yapmaya çalışır. Sonuç olarak dayanıklılık, saldırıyı durdurma ya da, esnek bir şekilde bu saldırılara karşı dirençli olmayı içermelidir.
68
İdeal filigran ekleme sisteminde anahtarların kullanımının diğer bir özelliği, yaklaşımlar ile algoritmanın bulunmasına imkân verilmemelidir [72]. Bu sistemin amacı, örten nesneyi alması gereken kişi dışında kimsenin sahiplik iddiasında bulunamaması olduğundan; benzeşimi olmayan (asimetrik) açık anahtarlı şifreleme sistemleri kullanılır. Özel anahtar sisteminin filigran ekleme sistemine uygulanması kolay olmasına rağmen, asimetrik anahtar çiftinin uygulanması genellikle zordur [74]. Risk olarak gömülen filigranın özel anahtarı çalınmış olabilecek durumlarda bile mevcut sistemin güvenliğini sağlamalıdır.
Filigran ekleme sistemlerinin bir diğer özelliği görüntünün anlamlı bilgilerine zarar vermemelidirler, yani şeffaf olmak zorundadırlar. Gömülecek bilgi çoklu paragraf veya tek bir bit ile sınırlandırılabilmelidir.
Filigran ekleme tekniği görünmeyen fakat istatistiksel hesaplamalar ile ortaya çıkarılabilecek bilgilere karşı da önlem almalıdır. Filigran ekleme algoritması kapsanan bitleri görüntünün istatistiğinde her hangi bir değişiklik yapmadan düzenlemelidir. Bu özellik metin şifreleme sistemlerinde o kadar çok önemli değildir. Aksi takdirde görünüşünü değiştirebilir. Görünüşte fark edilir bir değişiklik olmasa da, istatistiksel bazı hesaplamalar ile filigran bilgisinin çözülebileceği göz ardı edilmemelidir. Bu yüzden istatistiksel hesaplamalar için de önlem alınması gerekir.
Filigran ekleme tekniklerinin uyması gereken ölçütler nasıl sağlanabilir. Kapasite ve hız ideal hesaplamadan kaynaklanan karmaşıklığı gidererek ve gömülen bit sayısını azaltarak sağlanabilir. Anahtarların tanımından daha az veya çok kullanılması, orijinal görüntü ile filigran eklenmiş görüntü arasında görünmeyen istatistiksel farklar (korelâsyon) hesaplanmalıdır.
Daha zor olan kısım, fark edilememesi ve sağlamlık ölçütlerinin sağlanabilmesi ve bunların ölçülebilmesidir. Petitcolas ta diğerleri gibi fark edilememenin gelişimi için aşağıdaki tabloda verilen şemayı savunmuştur [75].
Fark edilebilme seviyesi
Ölçüt
Düşük İşaretin tepe noktasının gürültüye oranı (PSNR) Nadiren fark edilebilir fakat sıkıntı vermez
Ilımlı Algılama yöntemini ölçmeye dayalı
Genellikle algılanamaz
Ilımlı yüksek Stüdyo şatlarında orijinaline nispeten fark edilemez
Yüksek Gizlilik testleri altında, insanların büyük oturumlarında dahi sürekli kalabilir.
69
İnsanların görme sistemine (İGS) uygun bir ölçü sistemi tanımlanması gerekir. Bunun için görüntü üzerinde çalışan araştırmacıların kullandığı PSNR iyi tanımlanmış bir ölçüttür. PSNR bize sadece kaba bir yaklaşım ile filigranda kaliteyi verir. Değişik şartlar altında fark edilebilme seviyeleri yukarıdaki tabloda gösterilmiştir. PSNR için tanımlanan formül aşağıda verilmiştir [3,51,52,76-78]. 2 ' , , 2 , ) ( ) (
∑
− = y x y x y x P P P xyMax PSNR (4.1)Potitcolas’ın sunduğu sağlamlık ölçütünün değerlendirilebilmesi ise aşağıdaki tabloda verilen değerler kullanılabilir [75].
Sıfır seviye Düşük seviye Ilımlı Standart JPEG Sıkıştırma kalitesi 100-90 100-75 100-50 Renk Düzenlemesi 256 256 16 Kırpma 10-90% 100-75% 100-50% Gama Düzeltmesi - 0.7 -1.2 0.5 -1.5 Ölçülendirme - 1/2 - 3/2 1/3-2 Döndürme - +/-0 -2 +/-0 -5 90 der
Yatay atlama - Var Var
Bilinmeyen gürültüler - 1-5% 1-15% Açıklık - +/-0 -10% +/-0 -25% Kontrast - +/-0 -10% +/-0 -25% Medyan filtresi - - 3x3
Tablo 4.2 Şeffaflık Ölçütünün Özet Derecelendirme Tablosu [75]
Düşük seviye, minimum gereçlerle sağlanan filigran ekleme sistemleridir. Düzenli kullanılması faydalı olur. Bu seviyedeki filigranlar yaygın değişikliklere karşılık (kasıtlı
70
olmayan) dirençlidir ve ucuz gereçlerle sağlanabilir. Dayanıklılığın arttırılması için daha fazla matematiksel hesaplamalara dayalı, daha özel filigran ekleme bilgisine gerek duyulur. En iyi seviyedeki filigran ekleme sistemlerinde, matematiksel hesaplamalar ile filigranları yok etmek hemen-hemen imkânsız gibidir [75].
Hangi yöntemle veya hangi şekilde filigran gömüleceği önceden belirlenmelidir. En düz yöntem bir metni bir resmin içine gömmektir. Bu metin genellikle yazarın ismi, başlığı, tarihi vs bilgiler içerir.