Preview

Известия Юго-Западного государственного университета

Расширенный поиск

Исследование устойчивости цифровых водяных знаков к удаляющим атакам, основанным на нейронных сетях

https://doi.org/10.21869/2223-1560-2026-30-1-136-149

Аннотация

   Цель исследования. Методы встраивания цифровых водяных знаков (ЦВЗ) в цифровые объекты представляют собой научное направление, находящееся на стыке информационной безопасности и цифровой обработки сигналов. Водяные знаки служат для обеспечения аутентификации цифровых объектов за счет того, что внедряются в них неразрывным образом посредством манипуляции элементами данных, составляющих цифровой объект.

   Ключевым требованием к ЦВЗ является их устойчивость, которая заключается в том, что водяной знак должен оставаться сохранным даже при передаче по сильно зашумленному каналу.

   Поэтому целью данного исследования является оценка устойчивости ЦВЗ к сильным шумам, возникающим в результате реализации нейросетевых удаляющих атак злоумышленником, применительно к алгоритму встраивания водяных знаков, устойчивому к классическим лабораторным атакам.

   Методы. Исследование проведено на примере алгоритма встраивания ЦВЗ в коэффициенты дискретного косинусного преобразования цифровых изображений с использованием метаэвристической оптимизации. Для реализации удаляющей BlackBox-атаки обучены три нейросетевые модели: на основе сверточной нейронной сети, рекуррентной нейронной сети и многослойного персептрона.

   Результаты. По результатам экспериментов, направленных на удаление ЦВЗ из изображений в рамках BlackBox-атаки, наибольшую эффективность продемонстрировала архитектура сверточной нейронной сети. При этом исследуемый алгоритм оказался устойчив к удалению встроенных ЦВЗ с помощью двух других нейросетевых моделей.

   Заключение. Проведенное исследование показало, что устойчивость алгоритма встраивания ЦВЗ к классическим атакам не гарантирует устойчивости к нейросетевым удаляющим атакам. Устойчивость к данному классу атак должна закладываться на этапе синтеза алгоритма встраивания. Она может быть обеспечена за счет уменьшения детерминированности при выборе областей встраивания водяного знака на изображении и внедрения техник противодействия атакам на этапе оптимизации встраивания.

Об авторах

О. О. Евсютин
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Россия

Олег Олегович Евсютин, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой

кафедра информационной безопасности киберфизических систем

101000; ул. Мясницкая, д. 20; Москва

Researcher ID: E-6719-2017


Конфликт интересов:

Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи



А. В. Ярославский
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Россия

Александр Владимирович Ярославский, студент

кафедра информационной безопасности киберфизических систем

101000; ул. Мясницкая, д. 20; Москва


Конфликт интересов:

Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи



Р. В. Мещеряков
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Россия

Роман Валерьевич Мещеряков, доктор технических наук, профессор РАН, главный научный сотрудник

Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

101000; ул. Мясницкая, д. 20; Москва

Researcher ID: P-4918-2014


Конфликт интересов:

Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи



Список литературы

1. Dhar S., Sahu A.K. Digital to quantum watermarking: A journey from past to present and into the future // Computer Science Review. 2024. 54. P. 100679. doi: 10.1016/j.cosrev.2024.100679.

2. Rai M., Kesarwani A. Image Watermarking in the Digital Era: A Review of Transform, ML-Based, and Evolutionary Methods // Circuits, Systems, and Signal Processing. 2025. doi: 10.1007/s00034-025-03437-7.

3. Panah A.S., et al. On the properties of non-media digital watermarking : a review of state of the art techniques // IEEE Access. 2016. Vol. 4. P. 2670-2704.

4. Евсютин О.О., Кокурина А.С., Мещеряков Р.В. Обзор методов встраивания информации в цифровые объекты для обеспечения безопасности в «интернете вещей» // Компьютерная оптика. 2019. T. 43, № 1. С. 137‒154. doi: 10.18287/2412-6179-2019-43-1-137-154.

5. Lebcir M., Awang S., Benziane A. Robust blind watermarking approach against the compression for fingerprint image using 2D-DCT // Multimedia Tools and Applications. 2022; 81: 20561–20583. doi: 10.1007/s11042-022-12365-6.

6. Ariatmanto D., Ernawan F. Adaptive scaling factors based on the impact of selected DCT coefficients for image watermarking // Journal of King Saud University - Computer and Information Sciences. 2022; 34(3): 605–614. doi: 10.1016/j.jksuci.2020.02.005.

7. Shen Y., et al. A DWT-SVD based adaptive color multi-watermarking scheme for copyright protection using AMEF and PSO-GWO // Expert Systems with Applications. 2021; 168: 114414. doi: 10.1016/j.eswa.2020.114414.

8. Alsabaan M., et al. Image Watermarking Algorithm Base on the Second Order Derivative and Discrete Wavelet Transform // Computers, Materials & Continua. 2025; 84(1): 491–512. doi: 10.32604/cmc.2025.064971.

9. Tanha M., et al. An overview of attacks against digital watermarking and their respective countermeasures // Proceedings of the 2012 International Conference on Cyber Security, Cyber Warfare and Digital Forensic (CyberSec). Kuala Lumpur, Malaysia, 2012; IEEE: 265–270. doi: 10.1109/CyberSec.2012.6246095.

10. Wang C., et al. CWAN: Covert Watermarking Attack Network // Electronics. 2023; 12(2): 303. doi: 10.3390/electronics12020303.

11. Qin C., et al. CADW: CGAN-Based Attack on Deep Robust Image Watermarking // IEEE MultiMedia. 2023; 30(1): 28–35. doi: 10.1109/MMUL.2022.3213004.

12. Evsutin O., Dzhanashia K. Watermarking Schemes for Digital Images : Robustness Overview // Signal Processing: Image Communication. 2022; 100: 116523. doi: 10.1016/j.image.2021.116523.

13. Geng L., et al. Real-time attacks on robust watermarking tools in the wild by CNN // Journal of Real-Time Image Processing. 2020; 17: 631–641. doi: 10.1007/s11554-020-00941-8.

14. Li Q., et al. Concealed Attack for Robust Watermarking Based on Generative Model and Perceptual Loss // IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology. 2022; 32(8): 5695–5706. doi: 10.1109/TCSVT.2021.3138795.

15. Du J., et al. BSS: a new approach for watermark attack // Proceedings of the Fourth International Symposium on Multimedia Software Engineering. 2002; Newport Beach, CA, USA, IEEE: 182. doi: 10.1109/MMSE.2002.1181611.

16. Quiring E., Rieck K. Adversarial Machine Learning Against Digital Watermarking // Proceedings of the 26<sup>th</sup> European Signal Processing Conference (EUSIPCO). Rome, Italy, 2018; IEEE: 524–528. doi: 10.23919/EUSIPCO.2018.8553343.

17. Feng S., et al. Digital Watermark Perturbation for Adversarial Examples to Fool Deep Neural Networks // Proceedings of the International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN). Shenzhen, China, 2021; IEEE: 1–8. doi: 10.1109/IJCNN52387.2021.9534119.

18. Melman A., Evsutin O. Image watermarking based on a ratio of DCT coefficient sums using a gradient-based optimizer // Computers and Electrical Engineering. 2024; 117: 109271. doi: 10.1016/j.compeleceng.2024.109271.

19. Hussain K., et al. Metaheuristic research: a comprehensive survey // Artificial Intelligence Review. 2019; 52: 2191–2233. doi: 10.1007/s10462-017-9605-z.

20. Ahmadianfar I., Bozorg-Haddad O., Chu X. Gradient-based optimizer: A new metaheuristic optimization algorithm // Information Sciences. 2020. 540: 131–159. doi: 10.1016/j.ins.2020.06.037.


Рецензия

Для цитирования:


Евсютин О.О., Ярославский А.В., Мещеряков Р.В. Исследование устойчивости цифровых водяных знаков к удаляющим атакам, основанным на нейронных сетях. Известия Юго-Западного государственного университета. 2026;30(1):136-149. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2026-30-1-136-149

For citation:


Evsutin O.О., Yaroslavsky A.V., Meshcheryakov R.V. Investigation of the Robustness of Digital Watermarks to Neural Network-Based Removal Attacks. Proceedings of the Southwest State University. 2026;30(1):136-149. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1560-2026-30-1-136-149

Просмотров: 172

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2223-1560 (Print)
ISSN 2686-6757 (Online)