Robust digital image watermarking algorithms for copyright protection

Digital watermarking has been proposed as a solution to the problem of resolving copyright ownership of multimedia data (image, audio, video). The work presented in this thesis is concerned with the design of robust digital image watermarking algorithms for copyright protection. Firstly, an overview of the watermarking system, applications of watermarks as well as the survey of current watermarking algorithms and attacks, are given. Further, the implementation of feature point detectors in the field of watermarking is introduced. A new class of scale invariant feature point detectors is investigated and it is showed that they have excellent performances required for watermarking. The robustness of the watermark on geometrical distortions is very important issue in watermarking. In order to detect the parameters of undergone affine transformation, we propose an image registration technique which is based on use of the scale invariant feature point detector. Another proposed technique for watermark synchronization is also based on use of scale invariant feature point detector. This technique does not use the original image to determine the parameters of affine transformation which include rotation and scaling. It is experimentally confirmed that this technique gives excellent results under tested geometrical distortions. In the thesis, two different watermarking algorithms are proposed in the wavelet domain. The first algorithm belongs to the class of additive watermarking algorithms which requires the presence of original image for watermark detection. Using this algorithm the influence of different error correction codes on the watermark robustness is investigated. The second algorithm does not require the original image for watermark detection. The robustness of this algorithm is tested on various filtering and compression attacks. This algorithm is successfully combined with the aforementioned synchronization technique in order to achieve the robustness on geometrical attacks. The last watermarking algorithm presented in the thesis is developed in complex wavelet domain. The complex wavelet transform is described and its advantages over the conventional discrete wavelet transform are highlighted. The robustness of the proposed algorithm was tested on different class of attacks. Finally, in the thesis the conclusion is given and the main future research directions are suggested

Secure group key agreement

As a result of the increased popularity of group-oriented applications and protocols, group communication occurs in many different settings: from network multicasting to application layer tele- and video-conferencing. Regardless of the application environment, security services are necessary to provide communication privacy and integrity. This thesis considers the problem of key management in a special class of groups, namely dynamic peer groups. Key management, especially in a group setting, is the corner stone for all other security services. Dynamic peer groups require not only initial key agreement but also auxiliary key agreement operations such as member addition, member exclusion and group fusion. We discuss all group key agreement operations and present a concrete protocol suite, CLIQUES, which offers all of these operations. By providing the first formal model for group key establishment and investigating carefully the underlying cryptographic assumptions as well as their relations, we formally prove the security of a subset of the protocols based on the security of the Decisional Diffie-Hellman assumption; achieving as a side-effect the first provably secure group key agreement protocolMit der Verbreitung offener Netze, insbesondere des Internets, fand auch die Gruppenkommunikation eine rasante Verbreitung. Eine Vielzahl heutiger Protokolle sind gruppen-orientiert: angefangen bei Multicast-Diensten in der Netzwerkschicht bis hin zu Videokonferenzsystemen auf der Anwendungsschicht. Alle diese Dienste haben Sicherheitsanforderungen wie Vertraulichkeit und Integrität zu erfüllen, die den Einsatz kryptographischer Techniken und die Verfügbarkeit gemeinsamer kryptographischen Schlüssel oft unumgänglich machen. In der folgenden Doktorarbeit betrachte ich dieses grundlegendste Problem der Gruppenkommunikation, nämlich das Schlüsselmanagement, für dynamische Gruppen, die sogenannten "Dynamic Peer-Groups';. Die Dynamik dieser Gruppen erfordert nicht nur initialen Schlüsselaustausch innerhalb einer Gruppe sondern auch sichere und effiziente Verfahren für die Aufnahme neuer und den Ausschluß alter Gruppenmitglieder. Ich diskutiere alle dafür notwendigen Dienste und präsentiere CLIQUES, eine Familie von Protokollen, die diese Dienste implementiert. Ich gebe erstmalig eine formale Definition fü sicheres Gruppen-Schlüsselmanagement und beweise die Sicherheit der genannten Protokolle basierend auf einer kryptographischen Standardannahme, der "Decisional Diffie-Hellman'; Annahme. Diese Sicherheitsbetrachtung wird durch eine detaillierte Untersuchung dieser Annahme und ihrer Relation zu verwandten Annahmen abgeschlossen

Secure group key agreement

As a result of the increased popularity of group-oriented applications and protocols, group communication occurs in many different settings: from network multicasting to application layer tele- and video-conferencing. Regardless of the application environment, security services are necessary to provide communication privacy and integrity. This thesis considers the problem of key management in a special class of groups, namely dynamic peer groups. Key management, especially in a group setting, is the corner stone for all other security services. Dynamic peer groups require not only initial key agreement but also auxiliary key agreement operations such as member addition, member exclusion and group fusion. We discuss all group key agreement operations and present a concrete protocol suite, CLIQUES, which offers all of these operations. By providing the first formal model for group key establishment and investigating carefully the underlying cryptographic assumptions as well as their relations, we formally prove the security of a subset of the protocols based on the security of the Decisional Diffie-Hellman assumption; achieving as a side-effect the first provably secure group key agreement protocolMit der Verbreitung offener Netze, insbesondere des Internets, fand auch die Gruppenkommunikation eine rasante Verbreitung. Eine Vielzahl heutiger Protokolle sind gruppen-orientiert: angefangen bei Multicast-Diensten in der Netzwerkschicht bis hin zu Videokonferenzsystemen auf der Anwendungsschicht. Alle diese Dienste haben Sicherheitsanforderungen wie Vertraulichkeit und Integrität zu erfüllen, die den Einsatz kryptographischer Techniken und die Verfügbarkeit gemeinsamer kryptographischen Schlüssel oft unumgänglich machen. In der folgenden Doktorarbeit betrachte ich dieses grundlegendste Problem der Gruppenkommunikation, nämlich das Schlüsselmanagement, für dynamische Gruppen, die sogenannten "Dynamic Peer-Groups\u27;. Die Dynamik dieser Gruppen erfordert nicht nur initialen Schlüsselaustausch innerhalb einer Gruppe sondern auch sichere und effiziente Verfahren für die Aufnahme neuer und den Ausschluß alter Gruppenmitglieder. Ich diskutiere alle dafür notwendigen Dienste und präsentiere CLIQUES, eine Familie von Protokollen, die diese Dienste implementiert. Ich gebe erstmalig eine formale Definition fü sicheres Gruppen-Schlüsselmanagement und beweise die Sicherheit der genannten Protokolle basierend auf einer kryptographischen Standardannahme, der "Decisional Diffie-Hellman\u27; Annahme. Diese Sicherheitsbetrachtung wird durch eine detaillierte Untersuchung dieser Annahme und ihrer Relation zu verwandten Annahmen abgeschlossen

Secure fingerprinting on sound foundations

The rapid development and the advancement of digital technologies open a variety of opportunities to consumers and content providers for using and trading digital goods. In this context, particularly the Internet has gained a major ground as a worldwiede platform for exchanging and distributing digital goods. Beside all its possibilities and advantages digital technology can be misuesd to breach copyright regulations: unauthorized use and illegal distribution of intellectual property cause authors and content providers considerable loss. Protections of intellectual property has therefore become one of the major challenges of our information society. Fingerprinting is a key technology in copyright protection of intellectual property. Its goal is to deter people from copyright violation by allowing to provably identify the source of illegally copied and redistributed content. As one of its focuses, this thesis considers the design and construction of various fingerprinting schemes and presents the first explicit, secure and reasonably efficient construction for a fingerprinting scheme which fulfills advanced security requirements such as collusion-tolerance, asymmetry, anonymity and direct non-repudiation. Crucial for the security of such s is a careful study of the underlying cryptographic assumptions. In case of the fingerprinting scheme presented here, these are mainly assumptions related to discrete logarithms. The study and analysis of these assumptions is a further focus of this thesis. Based on the first thorough classification of assumptions related to discrete logarithms, this thesis gives novel insights into the relations between these assumptions. In particular, depending on the underlying probability space we present new reuslts on the reducibility between some of these assumptions as well as on their reduction efficency.Die Fortschritte im Bereich der Digitaltechnologien bieten Konsumenten, Urhebern und Anbietern große Potentiale für innovative Geschäftsmodelle zum Handel mit digitalen Gütern und zu deren Nutzung. Das Internet stellt hierbei eine interessante Möglichkeit zum Austausch und zur Verbreitung digitaler Güter dar. Neben vielen Vorteilen kann die Digitaltechnik jedoch auch missbräuchlich eingesetzt werden, wie beispielsweise zur Verletzung von Urheberrechten durch illegale Nutzung und Verbreitung von Inhalten, wodurch involvierten Parteien erhebliche Schäden entstehen können. Der Schutz des geistigen Eigentums hat sich deshalb zu einer der besonderen Herausforderungen unseres Digitalzeitalters entwickelt. Fingerprinting ist eine Schlüsseltechnologie zum Urheberschutz. Sie hat das Ziel, vor illegaler Vervielfältigung und Verteilung digitaler Werke abzuschrecken, indem sie die Identifikation eines Betrügers und das Nachweisen seines Fehlverhaltens ermöglicht. Diese Dissertation liefert als eines ihrer Ergebnisse die erste explizite, sichere und effiziente Konstruktion, welche die Berücksichtigung besonders fortgeschrittener Sicherheitseigenschaften wie Kollusionstoleranz, Asymmetrie, Anonymität und direkte Unabstreitbarkeit erlaubt. Entscheidend für die Sicherheit kryptographischer Systeme ist die präzise Analyse der ihnen zugrunde liegenden kryptographischen Annahmen. Den im Rahmen dieser Dissertation konstruierten Fingerprintingsystemen liegen hauptsächlich kryptographische Annahmen zugrunde, welche auf diskreten Logarithmen basieren. Die Untersuchung dieser Annahmen stellt einen weiteren Schwerpunkt dieser Dissertation dar. Basierend auf einer hier erstmals in der Literatur vorgenommenen Klassifikation dieser Annahmen werden neue und weitreichende Kenntnisse über deren Zusammenhänge gewonnen. Insbesondere werden, in Abhängigkeit von dem zugrunde liegenden Wahrscheinlichkeitsraum, neue Resultate hinsichtlich der Reduzierbarkeit dieser Annahmen und ihrer Reduktionseffizienz erzielt