aaa

Berusaha yang TERBAIK

Rabu, 21 November 2012

WATERMARKING

Disusun oleh Lili Andini (55409680) dan Maryam Dwi (54409759)


1.     Definisi Watermarking

Watermarking merupakan suatu bentuk dari steganography (Ilmu yang mempelajari bagaimana menyembunyikan suatu data pada data yang lain), dalam mempelajari teknik-teknik bagaimana penyimpanan suatu data (digital) kedalam data host digital yang lain (Istilah host digunakan untuk data / sinyal digital yang ditumpangi), tetapi orang lain tidak menyadari kehadiran adanya data tambahan pada data host-nya. Jadi seolah-olah tidak ada perbedaan antara data host sebelum dan sesudah proses watermarking. Disamping itu data yang ter-watermark harus tahan (robust) terhadap serangan-serangan baik secara sengaja maupun tidak sengaja untuk menghilangkan data watermark yang terdapat didalamnya. Watermark juga harus tahan terhadap berbagai jenis pengolahan / proses digital yang tidak merusak kualitas data yang ter-watermark.
Dengan pengertian yang sama maka watermarking digital dapat diartikan sebuah sinyal yang disisipkan pada suatu data digital (audio, video, citra maupun teks) sedemikian hingga dapat dideteksi atau diekstraksi kemudian tanpa merubah / menghilangkan fungsi utama dari data digital yang disisipi. Beberapa istilah yang sering digunakan dalam watermarking adalah watermark, host, dan watermarked media. Watermark merupakan sinyal yang disisipkan, host adalah istilah untuk media digital yang disisipi, sedangkan watermarked media adalah media yang telah disisipi watermark.

Watermarking (tanda air) ini agak berbeda dengan tanda air pada uang kertas. Tanda air pada uang kertas masih dapat kelihatan oleh mata telanjang manusia (mungkin dalam posisi kertas yang tertentu), tetapi watermarking pada media digital disini dimaksudkan tak akan dirasakan kehadirannya oleh manusia tanpa alat bantu mesin pengolah digital seperti komputer, dan sejenisnya. Steganography berbeda dengan cryptography, letak perbedaannya adalah hasil keluarannya. Hasil dari cryptography biasanya berupa data yang berbeda dari bentuk aslinya dan biasanya datanya seolah-olah berantakan (tetapi dapat dikembalikan ke bentuk semula) sedangkan hasil keluaran dari steganography ini memiliki bentuk persepsi yang sama dengan bentuk aslinya, tentunya persepsi disini oleh indera manusia, tetapi tidak oleh komputer atau perangkat pengolah digital lainnya.


Watermarking ini memanfaatkan kekurangan-kekurangan sistem indera manusia seperti mata dan telinga. Dengan adanya kekurangan inilah, metoda watermarking ini dapat diterapkan pada berbagai media digital. Jadi watermarking merupakan suatu cara untuk penyembunyian atau penanaman data / informasi tertentu (baik hanya berupa catatan umum maupun rahasia) kedalam suatu data digital lainnya, tetapi tidak diketahui kehadirannya oleh indera manusia (indera penglihatan atau indera pendengaran), dan mampu menghadapi proses proses pengolahan sinyal digital sampai pada tahap tertentu.
Teknologi yang semakin maju memunculkan fenomena-fenomena baru yang berkembang di masyarakat, salah satunya adalah citra digital. Pengguna citra digital seringkali melakukan manipulasi pada suatu citra digital untuk mendapatkan tampilan citra digital baru sesuai dengan yang pengguna tersebut inginkan. Terkait dengan hal ini, beberapa pengguna citra digital tidak ingin citra digital miliknya dapat berubah atau diubah, atau paling tidak mereka dapat mengetahui jika citra miliknya telah berubah atau termanipulasi, sehingga mereka bisa menentukan apakah citra tersebut layak pakai atau tidak. Pengguna seperti ini misalnya pihak medis yang mempunyai citra digital berupa gambar dari bagian tertentu tubuh pasiennya dan pekerja di media massa yang mempunyai citra berupa fakta yang akan diberitakan di media massa.
Kebutuhan seperti ini disebut kebutuhan verifikasi citra. Kebutuhan lain yang muncul adalah kebutuhan otentikasi citra yaitu kebutuhan kepemilikan (copyright) suatu citra digital. Watermarking dapat menjadi solusi untuk menyelesaikan kedua masalah tersebut. Watermarking yaitu teknik menyisipkan suatu informasi ke dalam data multimedia. Informasi / watermark tersebut dapat berupa data data citra, audio, ataupun video yang menggambarkan kepemilikan suatu pihak. Watermark dapat dianggap sebagai sidik digital dari pemilik data multimedia tersebut, dalam hal ini berupa citra digital.
1.     Watermarking Digital
Watermarking digital merupakan teknologi untuk memberikan dan membuktikan hak kepemilikan atas karya digital, mendeteksi copy yang sah, mengotrol penggunaan data yang sah dan menganalisis penyebaran data melalui jaringan dan server. Tujuan utama mengenai watermarking digital dalam paper ini adalah merancang sebuah algoritma yang bisa digunakan untuk semua jenis video dan dapat menyisipkan (embed) semu jenis kode informasi, terutama kode binary, dalam hal ini words Pada watermarking, label atau kode yang disisipkan ke dalam data multimedia harus unik yang mengidentifikasikan pemegang hak cipta dan label tersebut sulit untuk dihapus bahkan setelah beberapa kali transformasi data. Jadi keberadaan data (label) di dalam produk harus dijaga. Teknik pelabelan bertujuan untuk memberikan keamanan dan kekuatan (robustness) label yang disisipkan terhadap usaha-usaha sebagai berikut : pendeteksian lokasi data yang disisipkan, menemukan dan mengubah label yang disisipkan, perusakan atau penghapusan label yang disisipkan. Semua tranformasi pada frames dapat menimbulkan kerusakan pada informasi yang disisipkan dan informasi tersebut tidak dapat ditemukan kembali oleh pemiliknya.
2.     Rahasia di Dalam Gambar Digital
Banyak cara untuk menyembunyikan informasi di dalam gambar. Untuk menyembunyikan informasi, penyisipan pesan yang langsung dapat meng-enkode setiap bit dari informasi dalam gambar atau menempelkan pesan secara selektif dalam area noisy, menggambarkan area yang kurang diperhatikan, dimana ada banyak variasi warna natural. Pesan dapat juga terserak secara acak sepanjang gambar. Pola redundansi encoding “wallpapers” menutup gambar dengan pesan. Sejumlah cara yang ada untuk menyembunyikan informasi dalam gambar digital dengan pendekatan yang umum termasuk :
-          penyisipan least significant bit
-          masking dan filtering, dan
-          algoritma dan transformasi.
Setiap teknik-teknik itu dapat diaplikasikan dengan derajat kesuksesan yang bervariasi pada file gambar yang berbeda.
a.             Penyisipan Watermark
Watermark dapat berupa citra, teks, audio, ataupun video. Watermark yang disisipkan dipecah-pecah menjadi blok-blok dengan ukuran masing-masing blok adalah 128 bit sesuai dengan hasil keluaran (message digest) fungsi hash satu arah MD5. Sebelumnya, citra digital dipecah-pecah dahulu menjadi blok-blok sehingga LSB (Least Significant Bit) setiap blok dapat digantikan dengan blok watermark yang telah dikenai beberapa proses. Proses-proses yang terjadi yaitu blok watermark (128 bit) di-XOR dengan hasil MD5 (message digest dengan panjang 128 bit) dari blok citra digital yang LSB-nya sudah diubah menjadi 0. Kemudian hasil XOR tersebut akan dienkripsi dengan RSA menggunakan kunci rahasia dari pemilik citra digital. Hasil dari enkripsi ini akan menggantikan LSB pada blok citra digital yang sebelumnya diset 0. Adapun  metode penyisipan watermarking  sebagai berikut:
      Penyisipan Least Significant Bit
Penyisipan Least Significant Bit (LSB) adalah umum, pendekatan yang sederhana untuk menempelkan informasi di dalam suatu file cover. Sayangnya, hal itu sangat peka untuk kejadian yang melalaikan manipulasi gambar. Meng-konvert suatu gambar dari format GIF atau BMP, yang merekonstruksi pesan yang sama dengan aslinya (lossless compression) ke JPEG yang lossy compression, dan ketika dilakukan kembali akan menghancurkan informasi yang tersembunyi dalam LSB.

Gambar 24-bit

Untuk menyembunyikan suatu gambar dalam LSB pada setiap byte dari gambar 24-bit, dapat disimpan 3 byte dalam setiap pixel. Gambar 1,024 x 768 mempunyai potensi untuk disembunyikan seluruhnya dari 2,359,296 bit (294,912 byte) pada informasi. Jika pesan tersebut dikompres untuk disembunyikan sebelum ditempelkan, dapat menyembunyikan sejumlah besar dari informasi. Pada pandangan mata manusia, hasil  stego-image akan terlihat sama dengan gambar cover.
Untuk contoh huruf A dapat disembunyikan dalam tiga pixel (asumsikan tidak ada kompresi). Raster data asli untuk 3 pixel (9 byte) menjadi
(00100111  11101001  11001000)
(00100111  11001000  11101001)
(11001000  00100111  11101001)
Nilai biner untuk A adalah 10000011. Sisipan nilai biner untuk A dalam tiga pixel akan menghasilkan
(00100111  11101000  11001000)
(00100110  11001000  11101000)
(11001000  00100111  11101001)
Bit-bit yang digaris bawahi hanya tiga perubahan secara aktual dalam 8 byte yang digunakan. Secara rata-rata, LSB membutuhkan hanya setengah bit dalam suatu perubahan gambar. Kita dapat menyembunyikan data dalam least dan second least significant bit dan mata manusia masih belum dapat membedakannya.
Gambar 8-bit
Gambar 8-bit tidak diberikan untuk manipulasi LSB karena keterbatasan warnanya. Ketika informasi disisipkan ke dalam LSB dari raster data, penunjuk kemasukan warna dalam palette yang diubah. Dalam suatu contoh, suatu palette sederhana empat warna dari putih, merah, biru dan hijau mempunyai posisi masukan palette yang sesuai secara berturut-turut dari 0 (00), 1 (01), 2 (10), dan 3 (11). Nilai raster dari empat pixel yang bersebelahan dari putih, putih, biru dan biru adalah 00  00  10  10. Penyembunyian nilai biner 1010 untuk perubahan bilangan 10 raster data ke 01  00  11  10, adalah merah, putih, hijau dan biru.
      Masking dan Filtering
Teknik masking dan filtering, hanya terbatas ke gambar 24-bit dan gray-scale, informasi disembunyikan dengan menandai suatu gambar dengan cara seperti paper watermark. Teknik watermarking dapat di aplikasikan dengan resiko rusaknya gambar dalam kaitannya dengan lossy compression, sebab mereka lebih menyatu ke dalam gambar.
Masking lebih robust dari pada penyisipan LSB dengan hasil kompresi, cropping, dan beberapa pemrosesan gambar. Tehnik masking menempelkan informasi dalam area significant sehingga pesan yang tersembunyi itu lebih bersatu dengan gambar cover dari pada penyembunyian dalam level “noise”.
      Algoritma dan Transformasi
Manipulasi LSB adalah suatu cara yang cepat dan mudah untuk menyembunyikan informasi tetapi sangat peka untuk perubahan hasil yang kecil dari pemerosesan gambar atau lossy compression.  Seperti kompresi yang merupakan kunci keuntungan dari gambar JPEG yang mempunyai kelebihan dari format yang lain. Gambar dengan kualitas warna yang tinggi dapat disimpan dalam file yang relative kecil menggunakan metoda kompresi JPEG; sehingga gambar JPEG menjadi lebih berlimpah pada Internet.
Gambar JPEG menggunakan discrete cosine transform (DCT) untuk mencapai kompresi. DCT adalah transformasi lossy compression sebab nilai cosine tidak dapat dihitung sama, dan perhitungan yang diulangi menggunakan jumlah presisi yang terbatas, menjelaskan pembulatan kesalahan ke dalam hasil akhir. Varian diantara nilai data yang asli dan nilai data yang disimpan kembali tergantung pada metoda yang digunakan untuk menghitung DCT.
Dalam penambahan ke DCT, gambar dapat diproses dengan transformasi fast fourier  dan transformasi wavelet. Properti gambar yang lain seperti luminance dapat juga dimanipulasi. Teknik patchwork menggunakan metoda redundant patern encoding dan spread spectrum ke informasi tersembunyi yang tersebar dalam keseluruhan gambar cover (“patchwork” adalah metoda yang menandai area gambar, atau patch).
Dalam menggunakan redundant pattern encoding, kita harus menjual ukuran pesan melawan ketahanan. Untuk contoh, suatu pesan yang kecil dapat di gambarkan beberapa kali pada gambar. Encrypt dan scatter adalah teknik yang lain dalam menyembunyikan data secara menyeluruh ke gambar. Pesan yang menyebar lebih disukai daripada noise. Penganjur dari pendekatan ini mengasumsikan bahwa jika pesan bit diekstrak, akan menjadi sia-sia tanpa algoritma dan stego-key men-dekodenya.
b.            Watermarking untuk Pelabelan Hak Cipta
Masalah Hak Cipta dari dahulu sudah menjadi hal yang utama dalam segala ciptaan Manusia, ini digunakan untuk menjaga originalitas atau kreatifitas pembuat akan hasil karyanya. Hak cipta terhadap data-data digital sampai saat ini belum terdapat suatu mekanisme atau cara yang handal dan efisien, dikarenakan adanya berbagai faktor-faktor tadi (faktor-faktor yang membuat data digital banyak digunakan).
Beberapa cara yang pernah dilakukan oleh orang-orang untuk mengatasi masalah pelabelan hak cipta pada data digital, antara lain:
  • Hearder Marking; dengan memberikan keterangan atau informasi hak cipta pada header dari suatu data digital.
  • Visible Marking; merupakan cara dengan memberikan tanda hak cipta pada data digital secara eksplisit.
  • Encryption; mengkodekan data digital ke dalam representasi lain yang berbeda dengan representasi aslinya (tetapi dapat dikembalikan ke bentuk semula) dan memerlukan sebuah kunci dari pemegang hak cipta untuk mengembalikan ke representasi aslinya.
  • Copy Protection; memberikan proteksi pada data digital dengan membatasi atau dengan memberikan proteksi sedemikian rupa sehingga data digital tersebut tidak dapat diduplikasi.
Cara-cara tersebut diatas memiliki kelemahan tersendiri, sehingga tidak dapat banyak diharapkan sebagai metoda untuk mengatasi masalah pelabelan hak citpa ini. Contohnya:
  • Header Marking; Dengan menggunakan software sejenis Hex Editor, orang lain dengan mudah membuka file yang berisi data digital tersebut, dan menghapus informasi yang berkaitan dengan hak cipta dan sejenisnya yang terdapat di dalam header file tersebut.
Kelemahan : Ada beberapa software, seperti Hex Editor dan sejenisnya, yang dapat digunakan untuk membuka dokumen yang berisi data digital tersebut (dalam bentuk kode heksadesimal), kemudian menghapus informasi yang berkaitan dengan hak cipta dan sejenisnya yang terdapat di dalam header dokumen tersebut.
  • Visible Marking; Penandaan secara eksplisit pada data digital, memang memberikan sejenis tanda semi-permanen, tetapi dengan tersedianya software atau metoda untuk pengolahan, maka dengan sedikit ketrampilan dan kesabaran, tanda yang semipermanen tersebut dapat dihilangkan dari data digitalnya.
Kelemahan : Sama seperti kondisi sebelumnya, dengan tersedianya software untuk image processing, maka dengan sedikit ketrampilan dan kesabaran untuk memanipulasi citra digital, tanda atau simbol tersebut dapat dihilangkan dari data digitalnya.
Sumber : snap-shot.com
  • Encryption; Penyebaran data digital dengan kunci untuk decryption tidak dapat menjamin penyebarannya yang legal. Maksudnya setelah data digital terenkripsi dengan kuncinya telah diberikan kepada pihak yang telah membayar otoritas (secara legal), maka tidak dapat dijamin penyebaran data digital yang telah terdekripsi tadi oleh pihak lain tersebut.
Kelemahan : Kunci rahasia tersebut dapat berupa kunci publik maupun kunci privat. Pemegang kunci publik adalah suatu badan yang dipercaya oleh masyarakat umum (Key Distribution System). Jika informasi yang disimpan oleh KDS bocor, maka penyebaran data digital secara ilegal dapat dengan mudah dilakukan.
  • Copy Protection; Proteksi jenis ini biasanya dilakukan secara hardware, seperti halnya saat ini proteksi hardware DVD, tetapi kita ketahui banyak data digital saat ini tidak dapat diproteksi secara hardware (seperti dengan adanya Internet) atau dengan kata lain tidak memungkinkan dengan adanya proteksi secara hardware.
Kelemahan : Sampai saat ini, proteksi dilakukan secara hardware, misalnya proteksi pada DVD, namun dengan adanya internet, proteksi secara hardware menjadi tidak lagi bermanfaat.
Dengan demikian, kita memerlukan suatu cara untuk mengatasi hal yang berkaitan dengan pelanggaran hak cipta ini, yang memiliki sifat-sifat seperti:
  • Invisible atau inaudible; Tidak tampak (untuk data digital seperti citra, video, text) atau tidak kedengaran (untuk jenis audio) oleh pihak lain dengan menggunakan panca indera kita (dalam hal ini terutama mata dan telinga manusia).
  • Robustness; Tidak mudah dihapus/diubah secara langsung oleh pihak yang tidak bertanggung jawab, dan tidak mudah terhapus/terubah dengan adanya proses pengolahan sinyal digital, seperti kompresi, filter, pemotongan dan sebagainya.
  • Trackable; Tidak menghambat proses penduplikasian tetapi penyebaran data digital tersebut tetap dapat dikendalikan dan diketahui.
Teknik watermarking tampaknya memiliki ketiga sifat-sifat diatas, karena faktor-faktor invisibility dan robustness dapat kita atur, dan data yang terwatermark dapat diduplikasi seperti layaknya data digital. Watermarking sebagai metoda untuk pelabelan hak cipta dituntut memiliki berbagai kriteria (ideal) sebagai berikut agar memberikan unjuk kerja yang bagus:
  • Label Hak Cipta yang unik mengandung informasi pembuatan, seperti nama, tanggal, dst, atau sebuah kode hak cipta seperti halnya ISBN (International Standard for Book Notation) pada buku-buku.
  • Data terlabel tidak dapat diubah atau dihapus (robustness) secara langsung oleh orang lain atau dengan menggunakan software pengolahan sinyal sampai tingkatan tertentu.
  • Pelabelan yang lebih dari satu kali dapat merusak data digital aslinya, supaya orang lain tidak dapat melakukan pelabelan berulang terhadap data yang telah dilabel.
3.     Aplikasi Watermarking Pada Multimedia Digital
Watermarking dapat diimplementasikan pada media teks, citra, audio maupun video yang bertipe data digital. Secara umum klasifikasi aplikasi watermarking dapat dibagi menjadi beberapa kelompok yaitu:
  Copyright protection. Copyright dapat berupa informasi kepemilikan seperti nama dan alamat ataupun gambar logo yang disisipkan secara tampak ataupun tidak tampak dalam suatu host. Biasanya teknik yang digunakan untuk melakukan watermarking dengan tujuan copyright protection adalah teknik yang memiliki karakteristik robustness yang tinggi. Klaim oleh pihak lain atas kepemilikan multimedia digital tersebut dapat dibantah dengan melakukan ekstraksi terhadap watermarked media yang selanjutnya dilakukan perbandingan.
   Autentikasi. Sebagian referensi menyebutkan aplikasi watermarking untuk autentikasi juga dapat berguna untuk tamper proofing. Secara umum bahwa pemilik multimedia digital menyisipkan watermarknya sedemikian sehingga jika terjadi sedikit saja perubahan dapat diketahui dengan melihat watermark hasil ekstraksinya. Dengan kata lain bahwa jika watermark hasi ekstraksi tidak sama persis dengan watermark aslinya maka sudah dapat dipastikan bahwa watermarked media sudah dilakukan perubahan. Manfaat kunci pada skema juga dimungkinkan sebagai salah satu faktor autentikasi. Jika hasil ekstraksi dengan kunci tersebut menghasilkan watermark yg berbeda maka disimpulkan bahwa watermarked media telah diubah. Pada era digital, data rekam medis dapat dengan mudah dilakukan perubahan oleh pihak yang ingin mengambil keuntungan pribadi. Dengan memberikan watermark yang berupa informasi pasien pada data rekam medis maka usaha perubahan dapat diketahui.
      Device Control. Konsep yang diberikan adalah dengan memberikan suatu watermark yang berbeda untuk masing-masing distributor multimedia. Pihak pabrik ingin memastikan bahwa satu distributor hanya menjual multimedia pada area tertentu sehingga jika ditemukan watermark yang berbeda disuatu daerah maka dipastika adanya pelanggaran. Konsep semacam ini umumnya digunakan oleh distributor DVD. Dengan memanfaatkan perangkat tambahan pada player DVD maka konsep watermark semacam ini dapat ditingkatkan menjadi aplikasi watermark yang bersifat piracy protection.
   Broadcast Monitoring. Pada aplikasi ini umumnya digunakan untuk memastikan bahwa multimedia yang diinginkan sudah benar-benar dilakukan pengiriman secara broadcast. Hal semacam ini banyak digunakan dalam advertising untuk memastikan iklan yang dibuatnya sudah ditayangkan oleh pihak stasiun televisi atau radio.
  Komunikasi Rahasia. Selama teknik yang digunakan adalah teknik-teknik dari steganografi, maka watermarking juga dapat digunakan untuk fungsi-fungsi steganografi. Fungsi steganografi yang paling utama adalah untuk komunikasi rahasia. Jika kriptografi dilarang dibeberapa negara dengan alasan keamanan maka tidak ada yang melarang penggunaan steganografi karena sulitnya pembuktian akan keberadaannya.

4.     Analisis
 Ø  Benchmarking
Salah cara untuk menguji kualitas dan kekuatan algoritma watermarking adalah dengan melakukan benchmarking. Tetapi algoritma yang umum dilakukan benchmarking adalah algoritma yang mengutamakan karakteristik robustness pada output watermarked medianya. Untuk algoritma watermarking yang tidak dengan karakteristik robust, tidak perlu memerlukan benchmarking.
Salah satu paket benchmarking untuk algoritma watremarking yang cukup terkenal adalah Stirmark Benchmark. Stirmark benchmark adalah paket benchmarking algoritma watermarking yang diajukan oleh Fabien Petitcolas sejak November 1997. Paket ini menawarkan berbagai macama serangan terhadap watermarked media, khususnya citra untuk menguji ketahanan dari watermark yang disisipkan. Pengujian-pengujian ini umumnya berupa modifikasi, seperti cropping, add noise, blurring, converting dan lain-lain.
 Ø  Watermarking, Steganografi dan Kriptografi
Meskipun teknik watermarking didapat dari steganografi, tetapi beberapa karakteristik kegunaannya dapat berbeda. Jika dibandingkan dengan kriptografi, watermarking dapat memiliki fungsi yang sama tetapi dengan teknik yang berbeda. Perbandingan secara umum dari tiga teknik pengamanan informasi dari ketiga teknik tersebut dapat dilihat pada Tabel di bawah ini.
Tabel perbandingan Watermarking, Steganografi dan Kriptografi
Karakteristik
Watermarking
Steganografi
Kriptografi
Hasil
Terlihat / tidak terlihat
Tidak terlihat
Tidak terbaca
Kebutuhan akan host
Perlu
Perlu
Tidak perlu
Kebutuhan akan kunci
Lokasi
Lokasi
Utama
Jumlah data dioperasikan
Sedikit
Sebanyak mungkin
Sedikit mungkin
Kemudahan deteksi
Tergantung
Sesulit mungkin
Mudah
Integritas dan autentikasi
Tidak harus
Sedikit
Wajib
Tujuan attacker
Mendeteksi data
Menghapus data
Membuka data
Tujuan pengguna
Melindungi host
Melindungi data
Melindungi data
Pengguna
Seniman, penerbit, perusahaan rekaman
Mata-mata, teroris, pengedar narkoba, pemerintah?
Pemerintah, perusahaan komunikasi, bank

Referensi :
      Ingemar J. Cox, dkk, Digital Watermarking and Steganography, Morgan Kaufman, 2008
      Chun-Shien Lu, Multimedia Security: Steganography and Digital Watermarking Techniques for Protection of Intellectual Property, IDEA Group Publishing, 2005
      Eric Cole, Hiding in Plain Sight: Steganography and the Art of Covert Communication, Wiley Publishing Inc, 2003
     Fabien A. P. Petitcolas, Information hiding techniques for steganography and digital watermarking, Artech House Books, 1999.



Tidak ada komentar:

Posting Komentar