Software, Image and Audio Watermarking Algorithmic Techniques

Digital watermarking involves embedding a watermark value within a digital object, such as image, audio, video, text and software, to prove authenticity in case of intellectual property infringement. Headed to this direction, in this paper we survey our previous algorithmic techniques for software and image watermarking and present a new developing idea based on them for audio watermarking. Our watermarking techniques take as an input a watermark that is an integer $w$ which can be efficiently encoded as a self-inverting permutation $pi^*$. We demonstrate multiple representations of self-inverting permutations, namely reducible permutation graphs, two-dimensional and one-dimensional matrices. We propose efficient algorithmic techniques for watermarking software, image and audio that exploit self-inverting permutation representations in order to embed the watermark $w$ by making imperceptible modifications and producing equivalent watermarked objects of high fidelity

THE ROLE OF BROCA’S AREA IN SYNTAX: A TMS STUDY ON WRITTEN GREEK LANGUAGE

A number of recent papers have addressed the potential of transcranial magnetic stimulation (TMS) to interfere with linguistic processes or speech production. In this paper we present an experiment with TMS to clarify the role of Broca’s area in syntactic processing. An experimental paradigm contrasted sentences that require syntactic and semantic decisions on written Greek language. We found a clue of selective priming effects on syntactic decisions but not on semantic decisions. Our results provide evidence of the involvement of Broca’s area in syntax

Neuronal nicotinic acetylcholine receptor antibodies in autoimmune central nervous system disorders

BackgroundNeuronal nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) are abundant in the central nervous system (CNS), playing critical roles in brain function. Antigenicity of nAChRs has been well demonstrated with antibodies to ganglionic AChR subtypes (i.e., subunit α3 of α3β4-nAChR) and muscle AChR autoantibodies, thus making nAChRs candidate autoantigens in autoimmune CNS disorders. Antibodies to several membrane receptors, like NMDAR, have been identified in autoimmune encephalitis syndromes (AES), but many AES patients have yet to be unidentified for autoantibodies. This study aimed to develop of a cell-based assay (CBA) that selectively detects potentially pathogenic antibodies to subunits of the major nAChR subtypes (α4β2- and α7-nAChRs) and its use for the identification of such antibodies in “orphan” AES cases.MethodsThe study involved screening of sera derived from 1752 patients from Greece, Turkey and Italy, who requested testing for AES-associated antibodies, and from 1203 “control” patients with other neuropsychiatric diseases, from the same countries or from Germany. A sensitive live-CBA with α4β2-or α7-nAChR–transfected cells was developed to detect antibodies against extracellular domains of nAChR major subunits. Flow cytometry (FACS) was performed to confirm the CBA findings and indirect immunohistochemistry (IHC) to investigate serum autoantibodies’ binding to rat brain tissue.ResultsThree patients were found to be positive for serum antibodies against nAChR α4 subunit by CBA and the presence of the specific antibodies was quantitatively confirmed by FACS. We detected specific binding of patient‐derived serum anti‐nAChR α4 subunit antibodies to rat cerebellum and hippocampus tissue. No serum antibodies bound to the α7-nAChR-transfected or control-transfected cells, and no control serum antibodies bound to the transfected cells. All patients positive for serum anti‐nAChRs α4 subunit antibodies were negative for other AES-associated antibodies. All three of the anti‐nAChR α4 subunit serum antibody-positive patients fall into the AES spectrum, with one having Rasmussen encephalitis, another autoimmune meningoencephalomyelitis and another being diagnosed with possible autoimmune encephalitis.ConclusionThis study lends credence to the hypothesis that the major nAChR subunits are autoimmune targets in some cases of AES and establishes a sensitive live-CBA for the identification of such patients

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΚΑΛΛΙΕΡΓΗΤΙΚΩΝ ΕΠΕΜΒΑΣΕΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΒΙΟΤΥΠΩΝ ΣΤΟΥΣ ΠΟΙΟΤΙΚΟΥΣ ΚΑΙ ΠΟΣΟΤΙΚΟΥΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΕΣ ΤΩΝ ΣΤΑΦΥΛΩΝ ΜΕΡΙΚΩΝ ΠΟΙΚΙΛΙΩΝ ΑΜΠΕΛΟΥ (VITIS VINIFERA L.)

Η διπλωματική μελέτη εξετάζει την επίδραση: α) πέντε διαφορετικών βιότυπων στην ποικιλία Μοσχοφίλερο, β) διαφορετικών καλλιεργητικών επεμβάσεων στην ποικιλία Μαλαγουζιά, αλλά και γ) της βιοδυναμικής καλλιέργειας στην ποικιλία Αγιωργίτικο στους ποιοτικούς και ποσοτικούς χαρακτήρες των σταφυλών αυτών των ποικιλιών αμπέλου (Vitis vinifera L.). Η συλλογή όλων των δειγμάτων πραγματοποιήθηκε κατά την τεχνολογική τους ωρίμανση. Πραγματοποιήθηκε η συλλογή πέντε βιότυπων- πιθανών κλώνων της ποικιλίας Μοσχοφίλερο από τον ίδιο αμπελώνα προκειμένου να διαπιστωθούν πιθανές ή όχι διαφορές μεταξύ τους. Στην ποικιλία Μαλαγουζιά εφαρμόστηκαν τρεις διαφορετικές καλλιεργητικές επεμβάσεις: α) εξωγενώς εφαρμοζόμενη ορμόνη γιββερελλίνης, β) μεικτό κλάδεμα με εξωγενώς εφαρμοζόμενη ορμόνη γιββερελλίνης, γ) μεικτό κλάδεμα και ένα πρέμνο- μάρτυρας. Οι επεμβάσεις αποσκοπούν στην καλύτερη διαχείριση των πρέμνων με σκοπό τη διασφάλιση της ισορροπίας μεταξύ βλάστησης και καρποφορίας και την ομαλή πορεία ωρίμανσης των σταφυλών για την παραγωγή υψηλής ποιότητας οινικών προϊόντων. Eπίσης, με τη μελέτη επιχειρήθηκε, μέσω της ποικιλίας Αγιωργίτικο, η προσέγγιση ενός διαφορετικού τρόπου σκέψης και καλλιέργειας του αμπελώνα τη βιοδυναμική αμπελουργία. Κατά την πειραματική μελέτη πραγματοποιήθηκαν για όλα τα δείγματα μετρήσεις για την απόδοση των πρέμνων με τη μέτρηση του βάρους πενήντα ραγών, του βάρους της σταφυλής και των κατά μέσο όρο διαστάσεων των σταφυλών και των ραγών του κάθε βιότυπου- επέμβασης. Πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις του γλεύκους, όπως η ενεργός οξύτητα (pH), η ολική οξύτητα με τη χρήση πρότυπου διαλύματος αλκάλεως και η περιεκτικότητα του γλεύκους σε σάκχαρα με τη μέθοδο της διαθλασιμετρίας. Με τη χρήση φασματοφωτομέτρου προσδιορίσθηκε ποσοτικά η περιεκτικότητα του φλοιού των ραγών σε ολικές ανθοκυάνες, ολικά φαινολικά, συμπυκνωμένες ταννίνες, ολικές ορθο-διφαινόλες, ολικά φλαβανοειδή, ολικές φλαβανόλες, ολικές φλαβονόλες και φλαβόνες και η αντιοξειδωτική τους ικανότητα. Με την αξιοποίηση της υγρής χρωματογραφίας υψηλής απόδοσης (HPLC) προσδιορίσθηκαν οι κυριότερες ανθοκυάνες και τα κυριότερα οξέα που εμπεριέχονται στο σταφύλι αλλά και τα σάκχαρα (φρουκτόζη- γλυκόζη). Στα γίγαρτα μελετήθηκαν οι ίδιες ενώσεις με τους φλοιούς με εξαίρεση τις ολικές και τις μεμονωμένες ανθοκυάνες. Από τη μελέτη και την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων διαπιστώθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των γλευκογραφικών και φαινολικών ενώσεων μεταξύ των βιοτύπων- πιθανών κλώνων του Μοσχοφίλερου. Τα χαρακτηριστικά και διαφορές που εντοπίστηκαν οφείλονται στην πολυκλωνικότητα της ποικιλίας, καθώς όλα τα δείγματα συλλέχθηκαν από τον ίδιο αμπελώνα και στο ίδιο χρονικό διάστημα. Στην ποικιλία Μαλαγουζιά διαπιστώθηκε ότι οι επεμβάσεις με μεικτό κλάδεμα και εξωγενώς εφαρμοζόμενη ορμόνη γιββερελλίνης και ιδιαίτερα το μεικτό κλάδεμα απέδωσαν χαμηλότερες μετρήσεις στους ποσοτικούς χαρακτήρες των σταφυλών (βάρος, πλάτος, μήκος σταφυλής) συγκριτικά με το μάρτυρα. Ταυτόχρονα όμως παρουσίασαν υψηλότερες τιμές στα ολικά φαινολικά, συμπυκνωμένες ταννίνες, ολικά φλαβονοειδή και ολικές φλαβανόλες. Τέλος, η καλλιέργεια της ποικιλίας Αγιωργίτικο γίνεται μέσω της βιοδυναμικής αμπελουργίας προσεγγίζοντας μία εντελώς διαφορετική φιλοσοφία τόσο της διαχείρισης του αμπελώνα όσο και της ίδιας της ζωής. Αν και δεν μπορεί, στην παρούσα χρονική στιγμή να διαπιστωθεί πλήρως η επίδραση της βιοδυναμικής καθώς απαιτείται επανάληψη και συλλογή δεδομένων και από άλλες χρονιές, εντούτοις πραγματοποιήθηκε μελέτη και συλλογή δεδομένων από άλλες έρευνες με βιοδυναμική αμπελοκαλλιέργεια. Οι μελέτες έδειξαν ότι οι αμπελώνες μπορεί σε ορισμένες περιπτώσεις να είχαν μειωμένη παραγωγή σε σύγκριση με τους βιολογικούς και κυρίως τους συμβατικούς, όμως η ποιότητα των παραγόμενων καρπών ήταν η ίδια ή και αυξανόμενη ενώ σε βάθος χρόνου αυξάνονταν και η παραγωγή διατηρώντας ταυτόχρονα την υγεία των πρέμνων, του εδάφους αλλά και ολόκληρου του οικοσυστήματος. Είναι απαραίτητο να τονιστεί ότι για όλες τις πειραματικές διαδικασίες που πραγματοποιήθηκαν και περιγράφονται στην παρούσα εργασία απαιτείται περαιτέρω έρευνα και μελέτη προκειμένου να διαπιστωθούν και να αξιολογηθούν οι τρόποι διαχείρισης των αμπελώνων.The present thesis examines the effect of: a) five different biotypes of grapevine cultivar Moschofilero, b) different cultivation techniques on grapevine cultivar Malagouzia, and c) biodynamic cultivation of grapevine cultivar Agiorgitiko; on the qualitative and quantitative characters of the grapes of the above mentioned grapevine cultivars (Vitis vinifera L.). All samples were collected during their technological maturity. Five biotypes - possible clones of the cv Moschofilero were collected from the same vineyard in order to determine whether or not there were any differences between them. Three different cultivation techniques were applied to cv Malagouzia: (a) exogenously applied gibberellin hormone, (b) mixed pruning with exogenously applied gibberellin hormone, (c) mixed pruning and a control treatment. These interventions aim at a better management of the vines in order to ensure a balance between vegetation and fruiting and a smooth ripening process of the grapes for the production of high quality wine products. The study also attempted, through cv Agiorgitiko, to approach a different way of thinking and cultivating the vineyard through a biodynamic viticulture. During the experimental study, measurements were made for all samples to measure the yield of the vines by measuring the weight of fifty grapes, the weight of the bunch, and the average dimensions of the bunch of each biotype-intervention. Analyses of the must were carried out, such as active acidity (pH), total acidity using a standard alkali solution and the sugar content of the must by refractometry. The content of total anthocyanins, total phenolics, concentrated tannins, total ortho-diphenols, total flavanoids, total flavanols, total flavonols and flavonoids and their antioxidant capacity were quantified using a spectrophotometer. By utilizing high performance liquid chromatography (HPLC), the main anthocyanins and the main acids contained in the grape and the sugars (fructose – glucose) were determined. The same compounds as in the skins were studied in the grape seeds, with the exception of total and individual anthocyanins. The study and evaluation of the results showed statistically significant differences between the characters of the must and phenolic compounds among the biotypes - possible clones of Moschofilero. The characteristics and differences identified were due to the polyclonality of the variety, as all samples were collected from the same vineyard and at the same time. In cv Malagouzia, it was found that the treatments with mixed pruning and exogenously applied gibberellin hormone and especially the mixed pruning yielded lower measurements in the quantitative characters of the grapes (weight, width, grape length) compared to control treatment. At the same time, however, they showed higher values of total phenolics, concentrated tannins, total flavonoids and total flavanols. Finally, cv Agiorgitiko is cultivated through biodynamic viticulture, approaching a completely different philosophy of both vineyard management and life itself. Although it is not possible, at the present time, to fully establish the effect of biodynamics as it requires replication and data collection from other years, nevertheless a study and data collection from other researches with biodynamic viticulture was carried out. The studies showed that the vineyards may in some cases have reduced production compared to organic and especially conventional vineyards, but the quality of the fruit produced was the same or even increased and in the long run the production increased while maintaining the health of the vines, the soil and the whole ecosystem. It is necessary to emphasize that for all the experimental procedures carried out and described in this thesis, further research and study is required in order to establish and evaluate the ways of vineyard management

Αλγοριθμικές τεχνικές κωδικοποίησης μεταθέσεων και μεταθετικών γραφημάτων για υδατοσύμανση λογισμικού, εικόνας, ήχου, και κειμένου

Internet technology, in modern communities, has become an indispensable tool for everyday life since most people use it on a regular basis and do many daily activities online. This frequent use of the internet means that measures taken for internet security are indispensable since the web is not risk-free. One of those risks is the fact that the web is an environment where intellectual property is under threat since a huge amount of digital data are transferred every day, and thus such data may end up on a user who falsely claims ownership.Digital watermarking (or, simply, watermarking) is a technique for protecting the intellectual property of a digital object; the idea is simple: a unique identifier, which is called watermark, is embedded into a digital object which may be used to verify its authenticity or the identity of its owners. A digital object may be audio, picture, video, text, or software, and the watermark is embedded into object's data through the introduction of errors not detectable by human perception; note that, if the object is copied then the watermark also is carried in the copy. Efficient watermarking techniques should be able to embed and successfully extract the watermark, even after the digital object has been attacked, i.e., it has been subjected to transformations by malicious users that aim to mislead the watermark extractor.The issues addressed in this thesis concern the design of efficient and easily implementable codec systems for watermarking software and digital media, such as image, audio, and text. Previous works on digital watermarking propose specific encoding techniques for a specific type O of a digital object, i.e., the main idea of a proposed technique for watermarking a digital object of type O cannot be efficiently applied to a different digital object of type O'; for example, the main idea of a proposed technique for watermarking a software (application program) P, cannot be efficiently applied to image I, audio (signal) S or even text T. In our work, we overcome such a drawback by proposing algorithmic techniques for encoding a watermark w into a self-inverting permutation (or, SiP for short) π*, and then embedding the self-inverting permutation π* into different digital objects, i.e., software, image, audio, and text, by using different representations of the same SiP π*. The data structures used to represent the SiP, as well as the encoding techniques, encompasses important properties allowing us to design a codec system which efficiently detect attacks.In the first part of the thesis, presents the basic research on encoding watermark members as graph structures through the use of self-inverting permutations (SiP) and algorithms for multiple encodings. We introduce the notion of a bitonic permutation, and present our algorithm Encode_W.to.SiP for encoding an integer w as a self-inverting permutation π*, along with the corresponding decoding algorithm Decode_SiP.to.W, and discuss important properties of the self-inverting permutation π*. Then, we define the main graph-based data component of our codec system, namely reducible permutation graphs (or, PRG for short), describe the two operational phases of our codec system, and present the structure of our system's reducible permutation graph F[π*]. We next present the two algorithms, namely Encode_SiP.to.RPG-I and -II for encoding the self-inverting permutation π* as a reducible permutation flow-graph F[π*] along with the corresponding decoding algorithms Decode_RPG.to.SiP-I and -II. Finally, we present the properties of the reducible permutation flow-graph F[π*] and show that node-label or edge modifications on the graph F[π*] can be efficiently detected.We extended the class of graphs that encode a watermark by proposing a randomized encoding algorithm which takes as input a self-inverting permutation π* and encodes the same permutation π* into several cographs C1[π*], C2[π*], …, Cn[π*]. Then, we present the algorithm Encode_Cograph.to.RPG, along with its corresponding decoding algorithm, which embeds a cograph into an RPG by exploiting the structure and some important algorithmic properties of its cotree. Thus, having such encoding algorithms, we can encode a watermark number w into many RPGs F1[π*], F2[π*], …, Fn[π*], n ≤ 2. A digital object can be made more resilient to attacks if multiple copies of the same watermark w are embedded into it.The second part of the thesis, presents how the different components of our codec system can be used for watermarking software, digital images and audio, as well as, digital text. Initially, we present our dynamic software watermarking model WaterRPG; we first describe its structural and operational components and then the embedding algorithm Embed_RPG.to.CODE and the extracting algorithm Extract_CODE.to.RPG. The main idea behind the proposed watermarking model is a systematic modification of appropriate function calls of the program P, through the use of control statements and opaque predicates, so that the execution of the watermarked program Pw with a specific input gives a dynamic call-graph from which the watermark graph F[π*] can be easily constructed. Then, we implement our watermarking model in real Java application programs and show two main watermarking approaches supported by the WaterRpg model, namely naive and stealthy. We also evaluate our model under several software watermarking assessment criteria.Next, we present our image watermarking technique where a watermark w or, equivalently, a self-inverting permutation π* of length n*, is transformed from a numerical form to a 2D form (i.e., 2D-representation) through the exploitation of self-inverting permutation properties. The 2D-representation can be efficiently marked on an image I resulting thus the watermarked image Iw. The main idea of the proposed algorithms is that a self-inverting permutation π* is embedded into an image I by first mapping the elements of π* into an n* x n* matrix A* and then using the information stored in A* to mark specific areas of image I in the frequency domain resulting the watermarked image Iw. We have evaluated the embedding and extracting algorithms by testing them on various and different in characteristics images that were initially in JPEG format and we had positive results as the watermark was successfully extracted even if the image was converted back into JPEG format with various compression ratios.Similarly, since an audio signal is one dimensional object, we present a transformation of a watermark w or, equivalently, a self-inverting permutation π* of length n*, from a numerical form to a 1D form (i.e., 1D-representation) and then an algorithm which embeds w into an audio signal. More precisely, our proposed algorithm embeds a self-inverting permutation π* over the set Nn* into an audio signal S by first mapping the elements of π* into an 1D-matrix B* of length n'=n* x n*, and then, based on the information stored in B*, marking specific areas of audio S in the frequency domain resulting thus the watermarked audio Sw. An efficient algorithm extracts the embedded self-inverting permutation π* from the watermarked audio Sw by locating the positions of the marks in Sw; it enables us to reconstruct the 1D representation of π* and, then, obtain the watermark w.Based on the three different representations of self-inverting permutation (SiP), namely 1D-representation, 2D-representation, and RPG-representation (i.e., the encoding of permutation π* as a reducible permutation graph F*[π*]), we present the algorithms Embed_SiP.to.PDF-I, Embed_SiP.to.PDF-II, and Embed_RPG.to.PDF, respectively, along with the corresponding extracting algorithms, for embedding a watermark number (or, equivalently, a self-inverting permutation π* or a reducible permutation graph F*[π*]) into a PDF document file T. We have evaluated the embedding and extracting algorithms by testing them on various and different in characteristics PDF documents.Finally, we conclude the thesis by summarizing our results, discussing possible future extensions, and proposing open problems for further research in the aria of digital watermarking and, in general, in the aria of information hiding.Στη σύγχρονη εποχή το διαδίκτυο αποτελεί αναπόσπαστο τεχνολογικό μέσο βοήθειας των δραστηριοτήτων της καθημερινής μας ζωής, καθώς χρησιμοποιείται για τη διεκπεραίωση σύνθετων, και συχνά χρονοβόρων, επαγγελματικών και καθημερινών εργασιών. Η συνεχής και συχνή χρήση του διαδικτύου, ο όγκος της ψηφιακής πληροφορίας που διακινείται μέσω αυτού, το εύρος της ηλικιακής διαστρωμάτωσης χρήσης του, και επιπλέον οι πολλαπλοί κίνδυνοι της προσωπικής ασφάλειας των χρηστών του, απαιτούν αυξημένα και τεχνολογικά ευφυή μέτρα προστασίας αυτού.Η ψηφιακή υδατοσήμανση (ή, υδατοσήμανση) είναι μια τεχνική για την προστασία της πνευματικής ιδιοκτησίας ενός ψηφιακού αντικειμένου. Η ιδέα είναι απλή: ένα μοναδικό αναγνωριστικό, το οποίο ονομάζεται υδατόσημα, ενσωματώνεται στο ψηφιακό αντικείμενο προκειμένου να χρησιμοποιηθεί για την απόδειξη της αυθεντικότητας ή αναγνώριση της ταυτότητας του ψηφιακού αντικειμένου από τους ιδιοκτήτες του. Ένα ψηφιακό αντικείμενο μπορεί να είναι ψηφιακός ήχος, εικόνα, κείμενο, ή λογισμικό, και το υδατόσημα ενσωματώνεται στο ψηφιακό αντικείμενο εισάγοντας σε αυτό τροποποιήσεις που δεν είναι ορατές και δεν γίνονται αντιληπτές. Για να είναι αποδοτική μια προτεινόμενη τεχνική υδατοσήμανσης, θα πρέπει να ενσωματώνει αποτελεσματικά το υδατόσημα στα ψηφιακά δεδομένα του αντικειμένου και να το εξάγει επιτυχώς, ακόμη και αν το αντικείμενο αυτό έχει υποστεί τροποποιήσεις, δηλαδή έχει δεχθεί επιθέσεις από κακόβουλους χρήστες με σκοπό την μη-εφικτή ή ανεπιτυχή εξαγωγή του υδατόσημου.Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται θέματα σχετικά με την σχεδίαση αποτελεσματικών και εύκολα υλοποιήσιμων συστημάτων κωδικοποίησης για την υδατοσήμανση λογισμικού και ψηφιακών μέσων, όπως είναι η εικόνα, ο ήχος, και το κείμενο. Στα έως σήμερα ερευνητικά αποτελέσματα ψηφιακής υδατοσήμανσης, κάθε προτεινόμενη τεχνική κωδικοποίησης και ενσωμάτωσης εφαρμόζεται συνήθως σε ένα συγκεκριμένο είδος ψηφιακού αντικειμένου O. Πιο συγκεκριμένα, τεχνικές κωδικοποίησης που έχουν εφαρμοστεί για την υδατοσήμανση ενός ψηφιακού αντικειμένου O, δεν μπορούν να εφαρμοστούν, τουλάχιστον εύκολα, σε ένα διαφορετικό αντικείμενο O'. Για παράδειγμα, η βασική ιδέα μιας τεχνικής που χρησιμοποιήθηκε στην υδατοσήμανση ενός λογισμικού P, δεν μπορεί να εφαρμοστεί αποτελεσματικά στην εικόνα I, στον ήχο S ή ακόμα σε ένα κείμενο Τ. Η σημαντική συνεισφορά της παρούσας διατριβής έγκειται στη σχεδίαση αποτελεσματικών αλγοριθμικών τεχνικών κωδικοποίησης ενός υδατόσημου w σε μια αυτοαναστρέφουσα μετάθεση (ή, SiP) π*, καθώς και στην ενσωμάτωση της αυτοανατρέφουσας μετάθεσης π* σε διαφορετικά ψηφιακά αντικείμενα, όπως λογισμικό, εικόνα, ήχος, και κείμενο, χρησιμοποιώντας διαφορετικές αναπαραστάσεις της ίδιας μετάθεσης π*. Οι δομές δεδομένων που χρησιμοποιούνται για την αναπαράσταση της SiP, όπως επίσης και οι τεχνικές κωδικοποίησης, ενσωματώνουν σημαντικές ιδιότητες που δίνουν τη δυνατότητα σχεδίασης συστημάτων κωδικοποίησης που ανιχνεύουν αποτελεσματικά ένα πλήθος κακόβουλων επιθέσεων.Στο πρώτο μέρος της διατριβής, παρουσιάζονται τα βασικά ερευνητικά αποτελέσματα για την κωδικοποίηση αριθμητικών υδατοσημάτων σε γραφήματα μέσω της αυτοαναστρέφουσας μετάθεσης (SiP) π*, καθώς και αλγόριθμοι πολλαπλής κωδικοποίησης. Εισάγουμε αρχικά την έννοια των διτονικών (bitonic) μεταθέσεων και στη συνέχεια παρουσιάζουμε τον αλγόριθμο Encode_W.to.SiP για την κωδικοποίηση ενός ακεραίου αριθμού w σε μια αυτοαναστρέφουσα μετάθεση π*, όπως επίσης και τον αντίστοιχο αλγόριθμο αποκωδικοποίησης Decode_SiP.to.W, με παράλληλη αναφορά στις σημαντικές ιδιότητες μιας αυτοαναστρέφουσας μετάθεσης π*. Στη συνέχεια, ορίζουμε τη βασική γραφοθεωρητική συνιστώσα του προτεινόμενου συστήματος κωδικοποίησης, την οποία ονομάζουμε αναγώγιμο μεταθετικό γράφημα (reducible permutation graph ή, PRG), περιγράφουμε τις φάσεις κωδικοποίησης ενός υδατόσημου σε αναγώγιμο μεταθετικό γράφημα F[π*], καθώς και τη δομή του γραφήματος F[π*]. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζουμε τους αλγορίθμους Encode_SiP.to.RPG-I και -II για την κωδικοποίηση μιας αυτοαναστρέφουσας μετάθεσης π* σε ένα αναγώγιμο μεταθετικό γράφημα F[π*], καθώς και τους αντίστοιχους αλγορίθμους αποκωδικοποίησης Decode_RPG.to.SiP-I και -II. Τέλος, αναφέρουμε τις ιδιότητες του αναγώγιμου μεταθετικού γραφήματος F[π*] και αποδεικνύουμε ότι κακόβουλες επιθέσεις στο γράφημα F[π*], όπως μετονομασία κόμβων και τροποποίηση ακμών, μπορούν να ανιχνευτούν αποτελεσματικά.Επεκτείνουμε τη κλάση των γραφημάτων που κωδικοποιούν ένα υδατόσημα προτείνοντας έναν πιθανοτικό αλγόριθμο κωδικοποίησης (randomized algorithm), ο οποίος δέχεται ως είσοδο μια αυτοαναστρέφουσα μετάθεση π* και κωδικοποιεί αυτή σε διαφορετικά συμπληρωματικά αναγώγιμα γραφήματα (complement-reducible graphs) ή cographs C1[π*], C2[π*], …, Cn[π*]. Στη συνέχεια, παρουσιάζουμε τον αλγόριθμο Encode_Cograph.to.RPG, καθώς και τον αντίστοιχο αλγόριθμο αποκωδικοποίησης, ο οποίος μετατρέπει ένα cograph Ci[π*] σε ένα αναγώγιμο μεταθετικό γράφημα Fi[π*] χρησιμοποιώντας τη δομή του και σημαντικές αλγοριθμικές ιδιότητες της μοναδιαίας δενδρικής αναπαράστασης (cotree) ενός cograph. Επομένως, μπορούμε να κωδικοποιήσουμε ένα αριθμητικό υδατόσημα w σε πολλά αναγώγιμα μεταθετικά γραφήματα F1[π*], F2[π*], …, Fn[π*], n ≤ 2. Η ενσωμάτωση πολλαπλών αντιγράφων που κωδικοποιούν το ίδιο υδατόσημα σε ένα ψηφιακό αντικείμενο καθιστά αυτό πιο ανθεκτικό σε κακόβουλες επιθέσεις.Στο δεύτερο μέρος της διατριβής, παρουσιάζονται αλγοριθμικές τεχνικές υδατοσήμανσης λογισμικού, ψηφιακής εικόνας, ήχου, και κειμένου, οι οποίες βασίζονται στα δομικά στοιχεία που αναπτύχθηκαν και παρουσιάστηκαν στο πρώτο μέρος. Αρχικά, παρουσιάζεται το μοντέλο δυναμικής υδατοσήμανσης λογισμικού, το οποίο ονομάζουμε WaterRPG, και αναλύονται οι δομικές και λειτουργικές συνιστώσες του, και στη συνέχεια παρουσιάζεται ο αλγόριθμος ενσωμάτωσης Embed_RPG.to.CODE του υδατοσήματος στο κώδικα ενός προγράμματος P, προκύπτοντας έτσι το υδατοσημασμένο πρόγραμμα Pw, καθώς και ο αλγόριθμος εξαγωγής Extract_CODE.to.RPG του υδατοσήματος από τον κώδικα του προγράμματος Pw. Η βασική ιδέα του προτεινόμενου συστήματος υδατοσήμανσης βασίζεται στη συστηματική τροποποίηση κατάλληλων κλήσεων συναρτήσεων ενός προγράμματος P, χρησιμοποιώντας συνθήκες ελέγχου και αδιαφανή κατηγορήματα, έτσι ώστε η εκτέλεση του υδατοσημασμένου προγράμματος Pw με μια συγκεκριμένη είσοδο Ikey να επιστρέφει ένα δυναμικό γράφημα κλήσεων από το οποίο μπορεί εύκολα να κατασκευαστεί το γράφημα F[π*]. Το προτεινόμενο μοντέλο έχει υλοποιηθεί σε προγράμματα που έχουν αναπτυχθεί στη γλώσσα προγραμματισμού Java, και η υλοποίησή του εμπεριέχει δύο προσεγγίζεις: την naive και την stealthy προσέγγιση. Τέλος, το προτεινόμενο μοντέλο αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας διάφορα κριτήρια για την εκτίμηση της αποτελεσματικότητάς του.Στη συνέχεια, παρουσιάζουμε τεχνικές υδατοσήμανσης ψηφιακής εικόνας βασιζόμενες στο μετασχηματισμό ενός υδατοσήματος w ή, ισοδύναμα, μια αυτοαναστρέφουσα μετάθεση π* μήκους n* από αριθμητική μορφή σε δισδιάστατη (2Δ-αναπαράσταση) χρησιμοποιώντας τις ιδιότητες της αυτοαναστρέφουσας μετάθεσης π*. Η 2Δ-αναπαράσταση μιας αυτοαναστρέφουσας μετάθεσης μπορεί να ενσωματωθεί αποτελεσματικά σε μια ψηφιακή εικόνα, καθώς η εικόνα αποτελεί ένα διασδιάστατο αντικείμενο. Η βασική ιδέα των προτεινόμενων αλγορίθμων υδατοσήμανσης εικόνας έγκειται στην απεικόνιση της αυτοαναστρέφουσας μετάθεσης π* σε έναν n* x n* πίνακα A*, στη χρήση της πληροφορίας που είναι αποθηκευμένη σε συγκεκριμένες θέσεις του πίνακα A*, και στην τροποποίηση των αντίστοιχων περιοχών της ψηφιακής εικόνας I στο πεδίο των συχνοτήτων, παράγοντας έτσι την υδατοσημασμένη εικόνα Iw. Οι αλγόριθμοι ενσωμάτωσης και εξαγωγής του υδατοσήματος σε μια ψηφιακή εικόνα αξιολογήθηκαν πειραματικά σε ένα σύνολο ψηφιακών εικόνων τύπου JPEG, με διαφορετικά χαρακτηριστικά, διαφορετικά μεγέθη, και διαφορετικές αναλογίες, δίνοντας θετικά αποτελέσματα καθώς το υδατόσημα εξάγεται επιτυχώς ακόμη και στην περίπτωση που η εικόνα υφίσταται υψηλή συμπίεση.Έχοντας παρουσιάσει τις τεχνικές υδατοσήμανσης ψηφιακών εικόνων και καθότι ο ψηφιακός ήχος είναι ένα μονοδιάστατο σήμα, παρουσιάζουμε ένα μετασχηματισμό του υδατοσήματος w ή, ισοδύναμα, της αυτοαναστρέφουσας μετάθεσης π* μήκους n*, από την αριθμητική του μορφή στη 1Δ μορφή (1Δ-αναπαράσταση) και στη συνέχεια παρουσιάζουμε τον αλγόριθμο που ενσωματώνει το w στο ψηφιακό ήχο. Πιο συγκεκριμένα, οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι ενσωματώνουν μια αυτοαναστρέφουσα μετάθεση π* μήκους n* σε ένα ηχητικό σήμα S, απεικονίζοντας τα στοιχεία του π* σε ένα μονοδιάστατο πίνακα B* μήκους n'=n* x n*, και στη συνέχεια με βάση τα στοιχεία του πίνακα B* τροποποιούμε το ηχητικό σήμα S στο πεδίο των συχνοτήτων, επιστρέφοντας τελικά το υδατοσημασμένο ηχητικό σήμα Sw. Ο αλγόριθμος εξαγωγής του υδατοσήματος βασίζεται στον εντοπισμό των σημείων στο Sw που έχουν τροποποιηθεί, γεγονός που μας δίνει τη δυνατότητα να ανακατασκευάσουμε την 1Δ-αναπαράσταση του π*, και επομένως να πάρουμε το υδατόσημα w.Βασιζόμενοι στις τρεις διαφορετικές αναπαραστάσεις μιας αυτοαναστρέφουσας μετάθεσης, δηλαδή την 1Δ-αναπαράσταση, τη 2Δ-αναπαράσταση, και την RPG-αναπαράσταση (ήτοι η κωδικοποίηση της μετάθεσης π* σε ένα αναγώγιμο μεταθετικό γράφημα F*[π*]), παρουσιάζουμε τους αλγορίθμους Embed_SiP.to.PDF-I, Embed_SiP.to.PDF-II, και Embed_RPG.to.PDF, αντίστοιχα, για την ενσωμάτωση ενός υδατοσήματος w (ή ισοδύναμα μιας αυτοαναστρέφουσας μετάθεσης π* ή ενός αναγώγιμου μεταθετικού γραφήματος F*[π*]) σε ένα ψηφιακό κείμενο T τύπου PDF. Οι αλγόριθμοι ενσωμάτωσης και εξαγωγής αξιολογήθηκαν πειραματικά σε διαφορετικά PDF αρχεία.Το κείμενο της διατριβής ολοκληρώνεται συνοψίζοντας τα ερευνητικά αποτελέσματά μας, προτείνοντας μελλοντικές επεκτάσεις, καθώς και ανοιχτά ερευνητικά προβλήματα στην περιοχή της ψηφιακής υδατοσήμανσης και γενικότερα στην περιοχή της απόκρυψης πληροφορίας

Multiple Encoding of a Watermark Number into Reducible Permutation Graphs using Cotrees

Software watermarking involves embedding a unique identifier, i.e., a watermark value, within a software to discourage software theft; to this end, several graph theoretic watermark methods encode the watermark values as graph structures and embed them in application programs using a wide range of algorithmic techniques. In this paper we propose an efficient method for encoding the same watermark value into several different graphs, we call it multiple encoding, answering thus the question we have recently left open. In particular, we propose an efficient algorithm which embed a cograph G[π ∗ ] into a reducible permutation graph F [π ∗ ] by first computing the cotree of G[π ∗], then computing a rooted binary tree having specific node-value and child-parent properties, and finally, based on these properties, producing a reducible permutation graph F [π ∗]. In light of our recent encoding algorithms which encode a watermark value w as a self-inverting permutation π ∗ and the permutation π ∗ into several cographs G1[π ∗], G2[π ∗],..., Gn[π ∗], we conclude that we can efficiently encode the same watermark value w into several reducible permutation graphs F1[π ∗], F2[π ∗],..., Fn[π ∗], n ≥ 2. This property causes a codec watermarking system resilient to attacks since we can embed multiple copies of the same watermark value w into an application program. We also propose decoding algorithms which efficiently extract the watermark value w from the reducible permutation graph F [π ∗]. Moreover, our encoding and decoding algorithms have low time complexity and can be easily implemented