Метод цифровой подписи изображений без дополнительных файлов, с устойчивостью к JPEG-сжатию и удалению метаданных

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.

1. Bellare M., Goldwasser S. Lecture Notes on Cryptography, 2008, с. 168

2. PDF (Portable Document Format), версия 1.7, ISO 32000-1, 2008 // Библиотека Конгресса. URL: https://www.loc.gov/preservation/digital/formats/fdd/fdd000277.shtml (дата обращения: 11.01.2024).

3. Buchanan W. J. DCT (Дискретное косинусное преобразование) // Теоретические и практические аспекты криптографии. URL: https://asecuritysite.com/comms/dct2 (дата обращения: 24.12.2023).

4. Abdelhamid A. A., Mona F. M., Mursi A., Alsammak A. K. Data hiding inside JPEG images with high resistance to steganalysis using a novel technique: DCT-M3 // Инженерный журнал Ain Shams. 2018.

5. Griffin J. Полное руководство JPEG, включая сжатие и кодирование // Веб-мастер блог. URL: https://www.thewebmaster.com/jpeg-definitive-guide/ (дата обращения: 10.12.2023).