<< Actualizare 20.06.2018 >>

Sistem automat de autentificare activă a imaginilor digitale pentru PC și terminale mobile

 

Rezultate obținute în etapa pe 2017

Obiectivul proiectului este dezvoltarea unei aplicații software pentru PC si terminale mobile de autentificare activă a conținutului imaginilor digitale utilizând tehnici de watermarking digital.

Obiectivul principal al etapei pe 2017 a proiectului de cercetare a fost stabilirea specificațiilor tehnice și implementarea diferitelor module ale aplicației de autentificare a imaginilor.

În primă fază, echipa proiectului a identificat cerințele specifice și a stabilit specificațiile pentru o aplicație eficientă de autentificare activă a imaginilor și a realizat scheme bloc și reprezentări grafice de tip wireframes ale aplicației.

Apoi a fost definit setul de capabilități, caracteristici și performanțe de execuție ale aplicației. Pentru a obține caracteristicile tehnice dorite ale aplicației, algoritmii de autentificare dezvoltați anterior de către echipa rpoiectului au fost îmbunătățiți și adaptați la setul de specificații ale proiectului, și au fost dezvoltat un algoritm nou special pentru aplicația de autentificare pentru dispozitive mobile cu sistem de operare Android. A fost stabilită o arhitectură modulară a aplicației pentru a permite implementarea cu ușurință a noi algoritmi de detecție a falsificării, s-au determinat responsabilitățile fiecărui modul și s-a determinat modul lor de integrare în interfața grafică a aplicației.

Cea mai lungă activitate a acestei etape a fost implementarea practică a diferitelor module funcționale ale aplicației în limbajul de programare Java, respectiv în mediul integrat de dezvoltare Android Studio. La finalul etapei aceste module software au fost integrate într-o primă versiune alfa a aplicației de autentificare.

În cadrul etapei pe 2017 a proiectului ne-am propus diseminarea rezultatelor obținute prin participarea la 3 manifestări științifice internaționale. Am depășit acest obiectiv, publicând 6 articole științifice în volumele unor conferințe internaționale indexate ISI sau în curs de indexare ISI, un al șaptelea articol fiind în proces de evaluare la o revistă internațională cotată ISI.

Mai multe detalii în raportul științific și tehnic de mai jos:

>> Raport științific și tehnic 2017 <<

 

Rezultate obținute în etapa pe 2018

În etapa pe 2018 a proiectului ne-am propus testarea individuală a funcționalității fiecărui modul al aplicației de autentificare și o evaluare globală a programului prin verificarea specificațiilor de proiect. De asemenea, aplicația a fost testată pe un set de utilizatori reprezentativi și au fost detectate diferite erori și modalități de optimizare. În urma acestor teste, au fost identificate și realizate modificările software necesare pentru creșterea performanțelor aplicației și a interoperabilității cu utilizatorii.

Îmbunătățirile legate de funcționalitatea aplicației includ, printre altele:

- Eliminarea dependentelor de biblioteca Java Bridge,

- Optimizarea și accelerarea procesului de inserare și extragere a marcajului de autentificare prin exploatarea tehnicilor de multithreading; integrarea aplicației cu rețele de socializare;

- Creșterea securității algoritmului prin alegerea diferită a coeficienților DCT în care se inserează marcajul de autentificare;

- Implementarea de funcții de morfologie matematică pentru eliminarea mai eficientă a falsurilor pozitive și negative;

- Implementarea a două variante a meniului de “Settings” (Setări), pentru utilizatori de bază (Basic Settings) și utilizatori avansați (Advanced Settings).

De asemenea, a fost testată și interfața grafică a aplicației, care în versiunea de la sfârșitul anului 2017 avea doar un rol funcțional. În urma testelor cu un set de utilizatori reprezentativi a apărut necesitatea ca interfața să fie regândită și redezvoltată de la zero pentru o mai bună funcționalitate și interoperabilitate cu utilizatorul, și pentru a corespunde tendințelor actuale de design. Îmbunătățirile aduse interfeței grafice includ:

- Realizarea unei nterfețe autoscalabile a aplicației mobile de autentificare;

      ..........
Noul ecran de start al aplicației mobile de autentificare a imaginilor

- Realizarea unui logo unic al aplicației „ImFakeCheck”

- Realizarea unui cadru de afișare a imaginilor;

- Utilizarea pe ecranul de start de icoane mai sugestive pentru realizarea / încărcarea, securizarea și testarea unei fotografii;

- Utilizarea unui element grafic de tip „bottom sheet” pentru deschiderea printr-o tranziție de tip „slide” a paginii de „Settings” (Setări);

Meniul de setări al aplicației a fost, de asemenea, refăcut și modernizat. Modificările și îmbunătățirile aduse acestuia sunt prezentate în cele ce urmează:

- Opțiunea de a comuta de la varianta simplă („Easy”) la varianta avansată („Advanced”) a meniului;

.....

Varianta „Basic” (simplă) și varianta „Advanced” (avansată) a ecranului de setări a aplicației

- Setarea factorului de calitate q1 la care este protejată imaginea după inserare;

- Setarea factorului de calitate utilizat pentru recompresia imaginii după inserarea marcajului;

- Setarea numărului de coeficienți DCT utilizați la inserare și testare;

- Setarea unei parole alfanumerice pentru creșterea securității algoritmului;

- Un buton de „Help” (Ajutor) ce conține instrucțiuni de utilizare a aplicației, și un buton de „About” (Despre noi);

- Spațiul liber rămas a fost folosit pentru afișarea siglelor instituțiilor participante la acest proiect (Universitatea Politehnica din București, Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației și Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării).

Tot în categoria îmbunătățirii interfeței cu utilizatorul se încadrează și implementarea unor mesaje de informare a utilizatorului în urma procesului de inserare a marcajului de autentificare, respectiv de testare a autenticității unei imagini. Acestea vor fi prezentate în continuare:

- Butonul „Secure photo” lansează operația de inserare a marcajului în imaginea selectată. Începutul acestui proces este marcat de un mesaj de informare a utilizatorului afișat în partea de jos a ecranului (un obiect de tip snackbar) „Working in background” (Lucrează în fundal), care rămâne afișat până când procesul de inserare s-a încheiat. În urma inserării marcajului de autentificare aplicația afișează mesajul de tip snackbar „Image secured!” (Imagine securizată!) urmat de valoarea PSNR-ului dintre imaginea marcată și cea originală, care ne dă calitatea imaginii marcate. Acest ultim mesaje poate fi înlăturat de către utilizator prin apăsarea pe textul „DISMISS” (Elimină) sau prin glisare către dreapta a mesajului. După încheierea procesului de inserare, cadrul de afișaj este reîmprospătat cu imaginea care conține marcajul de securitate.

- Butonul „Test Photo” pornește procesul de testare a autenticității imaginii selectate, semnalizat în mod similar prin mesajul „Working in background”. În urma aplicării funcției de detecție aplicația afișează mesajul „Testing complete! Image is authentic!” (Testare completă! Imaginea este autentică!) în cazul în care imaginea testată este autentică și „Testing complete! Image is NOT authentic! Check red blocks!” (Testare completă! Imaginea NU este autentică! Verificați blocurile roșii!) în cazul în care imaginea a fost falsificată.

- Mesajele de informare nu conțineau inițial textul „DISMISS”, iar plasarea lor se poate face numai în partea de jos a ecranului (specifică „Snackbar”), în cazul de față chiar peste bara care deschide pagina de setări. Prin testare s-a constatat că utilizatorii nu își dădeau ușor seama cum ar putea închide mesajele. În varianta finală, utilizatorii pot apăsa pe textul „DISMISS” pentru a le închide. Varianta cu închidere automată după un timp fixat a acestora a fost luată în considerare, dar din cauză că operațiile de securizare și testare a autenticității imaginilor pot dura un timp îndelungat pe telefoane mai puțin performante și pentru că ele se desfășoară „în fundal”, utilizatorii pot folosi alte aplicații în acest timp și pot rata mesajele trimise de aplicație.

Rezultate obținute în această etapă a proiectului s-au concretizat prin publicarea unui articol științific în volumul unei conferințe internaționale indexate ISI. Un alt articol a fost acceptat pentru publicare în volumul unei alte conferințe internaționale indexate ISI și un al treilea articol este în curs de evaluare la o revistă internațională cotată ISI.

Direcții viitoare de cercetare și dezvoltare

Aplicația de autentificare a imaginilor dezvoltată este complet funcțională, obținând rezultatele pe care ni le-am propus la începutul proiectului, dar ea mai poate fi îmbunătățită. Câteva dintre direcțiile de cercetare și dezvoltare pe care dorim să ne concentrăm pe viitor includ următoarele:

- Introducerea mai multor tehnici de autentificare. La momentul actual aplicația de autentificare poate utiliza un singur algoritm de autentificare activă. Se dorește completarea ei cu mai mulți algoritmi, unii dintre aceștia fiind deja dezvoltați și testați în mediul de programare Matlab. Un exemplu ar fi implementarea unui algoritm, care, pe lângă rezistența la compresie JPEG, să fie robust și la unele operații geometrice neintruzive de scalare, cropping sau rotație a imaginii.

- Modificarea aplicației pentru incorporarea tehnicilor de autentificare bazate pe semnături digitale și blockchain. O altă categorie de metode de autentificare sunt cele bazate pe o semnătură digitală a imaginii originale, având avantajul că imaginea originală nu este modificată în nici un fel. Echipa a obținut deja rezultate în acest sens, un astfel de algoritm de autentificare bazat pe semnătură digitală fiind dezvoltat în cadrul etapei pe 2018 și prezentat mai sus. Creșterea securității algoritmului și reducerea dimensiunii semnăturii pot fi obținute prin folosirea în cadrul aplicației a tehnologiei blockchain.

- Incorporarea unei galerii proprii. În acest moment, aplicația dezvoltată se folosește de aplicația implicită a sistemului de operare Android pentru afișarea la dimensiuni originale a imaginilor. Nu se pot afișa, de exemplu, toate imaginile securizate sau testate. Pe viitor se dorește ca aplicația să conțină un modul propriu de galerie prin care să se poată obține această funcționalitate.

- Scalarea inițială a imaginii pentru aplicații specifice (WhatsApp, Facebook, Skype, etc.). Multe dintre aplicație de tip mesagerie sau rețea socială, ce permit transferul de imagini, realizează o prescalare a imaginilor transmise, dacă acestea depășesc o dimensiune maximă. Se dorește introducerea unei opțiuni prin care utilizatorul să poată selecta cu ce aplicație dorește să trimită fotografia după securizare. Aplicația de autentificare va prescala imaginea și apoi va introduce marcajul de securitate, astfel încât ea să nu mai fie scalată de aplicația de comunicare și autentificarea ei să se realizeze într-un timp redus.

- Marcarea zonei sursă la falsificarea de tip copy-paste. În momentul de față, aplicația detectează zonele din imagine care au fost modificate. În cazul operațiilor de tip „copy-paste”, la care falsificarea a fost realizată prin copierea unei zone din imaginea originală în aceeași imagine, se poate măsura gradul de corelație dintre zonele marcate ca neautentice și restul imaginii, obținându-se un maxim pentru zonele sursă. Astfel ar putea fi marcate pe imaginea de test și zonele sursă la falsificarea de tip „copy-paste”.

- Securizarea automată a unui director întreg de imagini. La momentul actual aplicația de autentificare poate prelucra automat doar o singură imagine. Unii utilizatori sunt interesați să securizeze un volum mai mare de imagini. Din această cauză ne dorim să adăugăm posibilitatea de a securiza și a testa directoare întregi cu imagini.

Mai multe detalii în raportul științific și tehnic de mai jos:

>> Raport științific și tehnic 2018 <<