Мазайшвили Евгений Константинович, аспирант
Санкт-Петербург
Evgeniy K. Mazaishvili, PhD Student
Saint Petersburg
Авксентьева Елена Юрьевна, PhD
Санкт-Петербург
Elena Yu. Avksentieva, PhD
Saint Petersburg
Рассмотрен метод цифровой подписи изображений, не использующий метаданные или дополнительные файлы. Цифровой подписью подписывается массив блоков 8 × 8 пикселей c примененным дискретным косинусным преобразованием, из которых состоит JPEG-файл. В качестве алгоритма подписи может быть использован любой известный алгоритм, например, RSA.
Полученная цифровая подпись преобразуется из бинарного вида в изображение. Метод преобразования основан на кодировании каждых нескольких бит подписи одной из 64 базисных функций дискретного косинусного преобразования. Далее базисная функция преобразуется в изображение обратным дискретным косинусным преобразованием. Полученная подпись, закодированная в виде изображения, присоединяется к исходному изображению справа, чтобы сформировать подписанное изображение.
Цифровая подпись обладает устойчивостью к JPEG-сжатию в регулируемых пределах. Для достижения устойчивости к сжатию используется следующий метод. Поскольку значения в блоках могут измениться при сжатии, используется квантизация – уменьшение точности значений. Она устроена таким образом, чтобы при квантизации сжатого и несжатого изображений значения в блоках после квантизации совпадали, что позволяет проверить валидность цифровой подписи. Квантизация также включает в себя шаг проверки четности полученного значения для исключения неверной трактовки значений при сильном сжатии.
Шаг квантизации не применяется к части изображения, содержащей цифровую подпись. Это связано с тем, что эта часть состоит из базисных функций дискретного косинусного преобразования, и даже при сильном сжатии соответствующая базисная функция все равно сохранит большой коэффициент и будет однозначно трактуема.
The article discusses a method of digitally signing images that does not use metadata or additional files. The object for signature is an array of 8x8 pixel blocks with a discrete cosine transformation applied, which make up a JPEG file. Any known algorithm can be used as a signature algorithm, for example, RSA.
The resulting digital signature is converted from a binary form to an image. The conversion method is based on encoding every few bits of the signature of one of the 64 basic functions of the discrete cosine transform. Next, the basic function is transformed into an image by an inverse discrete cosine transformation. The resulting signature, encoded as an image, is attached to the original image on the right to form a signed image.
The digital signature is resistant to JPEG compression within adjustable limits. The following method is used to achieve compression resistance. Since the values in the blocks can change during compression, quantization is used – reducing the accuracy of the values. It is designed in such a way that when quantizing compressed and uncompressed images, the values in the blocks after quantization are becoming the same, which allows you to verify the validity of the digital signature. Quantization also includes a step of checking the parity of the received value to avoid misinterpretation of values when compression is strong.
The quantization step does not apply to the part of the image containing the digital signature. This is due to the fact that this part consists of the basic functions of the discrete cosine transform, and even with strong compression, the corresponding basic function will still retain a large coefficient and will be unambiguously interpreted.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.