Digitale Wasserzeichen

Inhaltsverzeichnis:

1.  Einleitung  3

2.  Relevante Grundlagen aus dem Informationsmanagement  3

2.1  Digitale Güter  3

2.2  Sicherheitsmanagement  4

3.  Digitale Wasserzeichen  5

3.1  Definition  5

3.2  Verfahrensgrundlagen  6

3.3  Anforderungen an Wasserzeichen  6

3.4  Klassifikation von Wasserzeichen  8

4.  Anwendungsgebiete von digitalen Wasserzeichen  9

4.1  Urheberidentifizierung von digitalen Gütern  9

4.1.1  Wasserzeichen für Einzelbilder  9

4.1.2  Wasserzeichen für Videodaten  12

4.1.3  Wasserzeichen für Audiodaten  12

4.1.4  Wasserzeichen für 3 D-Modelle  13

4.2  Identifizierung von rechtmäßigen Kunden  13

4.3  Integritätsprüfung von digitalen Gütern  14

4.4  Durchsetzung des Kopierschutzes  15

4.5  Übertragungskontrolle  16

5.  Offene Probleme und Ausblick  16

6.  Fazit  17

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1. Einleitung

Wasserzeichen stellen eine sehr alte Möglichkeit dar, um die Echtheit physischer Materialien zu belegen. Bereits um das Jahr 1282 existierten die ersten Papierwasserzeichen in Italien. ¹ Das heute bekannteste Beispiel sind Wasserzeichen in Geldscheinen. Die wachsende Bedeutung digitaler Güter und deren besondere Eigenschaften machen es notwendig, nach Möglichkeiten zur Feststellung der Herkunft und der Unverfälschtheit dieser digitalen Güter zu suchen. Einen Ansatz hierfür stellen digitale Wasserzeichen dar. Im Folgenden soll untersucht werden, was digitale Wasserzeichen sind, welche Eigenschaften sie aufweisen müssen, um für verschiedene Arten von digitalen Gütern insbesondere deren Authentizität und Integrität nachweisen zu können. Zunächst wird auf Grundlagen in Bezug auf digitale Güter und Sicherheitsmanagement eingegangen. Danach werden Begriffe, Verfahrensgrundlagen, Anforderungen und mögliche Klassifikationen für digitale Wasserzeichen erläutert. Anschließend werden verschiedene Anwendungsmöglichkeiten für digitale Wasserzeichen unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Medienarten digitaler Güter vorgestellt, wobei der Schwerpunkt auf der Feststellung der Urheberschaft bei Einzelbilddokumenten liegt. Zum Abschluss der Arbeit werden offene Probleme geschildert und ein kurzer Ausblick in die Zukunft gegeben.

2. Relevante Grundlagen aus dem Informationsmanagement

2.1 Digitale Güter

Das Informationsmanagement für digitale Güter umfasst die Aufgabenbereiche, Methoden und Verfahren des Informationsmanagements mit besonderem Fokus auf digitale Güter. Unter digitalen Güter sind immaterielle Mittel, welche der Befriedigung von Bedürfnissen dienen, zu verstehen; dies sind sowohl Produkte wie auch Dienst-leistungen, welche in Binärform übertragen, dargestellt und verarbeitet werden können. ² Digitale Güter weisen Besonderheiten im Vergleich zu rein physischen Gütern auf. Sie lassen sich ohne Qualitätsverluste bei marginalen Kosten vervielfältigen. Die Kopie kann vom Original nicht unterschieden werden. Dadurch gestaltet sich jedoch auch die Feststellung der Rechtmäßigkeit der Nutzung des digitalen Guts sehr problematisch. Es sind zudem Manipulationen an einem digitalen Gut schwer feststellbar, da diese Manipula- ¹ vgl.Cox et. al, 2002, S. 6

² vgl. Stelzer, 2000, S. 3

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tionen keinen Schaden hervorrufen, der mit einer physischen Beschädigung eines physischen Gutes vergleichbar wäre. Somit lässt sich auch die Authentizität und die Herkunft des digitalen Gutes oft schwierig bestimmen.

2.2 Sicherheitsmanagement

Sicherheitsmanagement bezeichnet die Planung und Steuerung der Sicherheit von Informationssystemen und der Informationsverarbeitung. ³ Unter Sicherheit wird im Folgenden die Abwesenheit von Beeinträchtigungen und Risiken verstanden. Relevant für die weiteren Ausführungen ist die IT-Sicherheit im Sinne von IT-Security im Gegensatz zu Safety, welches Sicherheit gegenüber unbeabsichtigten gefährdenden Ereignissen beschreibt. ⁴ Wichtige Anforderungen an die IT-Sicherheit bestehen in der Authentizität der Daten, der Integrität der Daten und der Wahrung der Urheberrechte. ⁵ Diese Anforderungen an die IT-Sicherheit werden im Sicherheitsmanagement hauptsächlich mittels kryptologischer Verfahren umgesetzt. ⁶ Die Kryptologie lässt sich unterteilen in Kryptografie, Kryptoanalyse und Steganografie. 7

Kryptografie ist die Wissenschaft der erkennbaren Verschlüsselung von Daten zur Wahrung der Sicherheitsanforderungen wie Authentizität, Integrität oder Vertraulichkeit. ⁸ Bei der Kryptografie kann mittels symmetrischer (Private Key) oder asymmetrischer (Public Key) Verfahren gearbeitet werden, wobei die asymmetrischen den symmetrischen Verfahren in dem Maße überlegen sind, dass sie zusätzlich zur Nachrichtengeheimhaltung und symmetrischen Authentizität die Sicherheitsanforderung Nachweis der Urheberschaft erfüllen können, die Laufzeiteffizienz hingegen ist zumeist geringer als bei symmetrischen Verfahren. ⁹ Kryptografische Verfahren schützen die Daten zwar vor unberechtigtem Zugriff, liegen jedoch die Daten beim Empfänger einmal unverschlüsselt vor, können sie ungeschützt kopiert und manipuliert werden. Die Steganografie bezeichnet die verdeckte Kommunikation, bei der schon das bloße Vorhandensein der Botschaft verborgen wird und die zu versteckenden Daten in ein unscheinbares Trägerdokument, zumeist digitale Bilder und Audiodateien, eingebettet

³ vgl. Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik, 2000

⁴ vgl. Dittmann, 2000, S.10-11

⁵ vgl. Dittmann, 2000, S.11

⁶ vgl. Dittmann, 2000, S.12

⁷ vgl. Fischer et. al, 1998 zitiert nach Dittmann, 2000, S.12

⁸ vgl. Dittmann, 2000, S.12; Koehntopp, 2001

⁹ vgl. Dittmann, 2000, S. 13

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werden. ¹⁰ Sie bildet die methodische Basis für digitale Wasserzeichen. ¹¹ Steganografische Verfahren beinhalten jeweils einen Algorithmus zur Einbettung der geheimen Nachricht mittels eines geheimen Schlüssels in das Trägerdokument und einen Algorithmus zur Abfrage dieser Nachricht mit dem gleichen Schlüssel. ¹² Bislang sind keine asymmetrischen steganografischen Verfahren bekannt, welche analog zu den asymmetrischen kryptografischen Verfahren mit privaten und öffentlichen Schlüsseln arbeiten. 13

3. Digitale Wasserzeichen

3.1 Definition

Durch physische Wasserzeichen können bei physischen Gütern wie zum Beispiel Papier deren Authentizität, Integrität und Urheberschaft nachgewiesen werden. Auf Grund der zunehmenden Bedeutung digitaler Güter und wegen ihrer besonderen Eigenschaften ist die allgemeine Besorgnis um den Schutz der Urheberrechte der digitalen Güter gewachsen, und das Interesse an digitalen Wasserzeichen ist seit 1995 ¹⁴ stark angestiegen ¹⁵ . Digitale Wasserzeichen können grundsätzlich entweder wahrnehmbar oder nicht-wahrnehmbar sein. Da wahrnehmbare Wasserzeichen das Dokument sichtbar bzw. hörbar verändern, wird im Folgenden nur auf nicht-wahrnehmbare Wasserzeichen eingegangen. Ein digitales Wasserzeichen ist daher ein transparentes, nicht wahrnehmbares Muster, welches meist unter Verwendung eines geheimen Schlüssels in ein Datenmaterial eingebettet wird. ¹⁶ Dabei wird die einzubringende Information in dieses Wasserzeichenmuster transferiert und eingebettet, welches zumeist ein Pseudorauschsignal darstellt. ¹⁷ Analog zur Steganografie besteht der Wasserzeichenalgorithmus aus einem Einbettungs- und einem Abfragealgorithmus. ¹⁸ Das digitale Wasserzeichen wird untrennbar mit dem Originaldokument verwoben, um seine Entfernbarkeit zu verhindern. 19

¹⁰ vgl. Koehntopp, 2001

¹¹ vgl. Dittmann, 2000, S.12

¹² vgl. Pfitzmann, 1996 zitiert nach Dittmann, 2000, S.15

¹³ vgl. Fridrich, 1997 zitiert nach Dittmann, 2000, S.15; Cox et. al, 1999, S. 465

¹⁴ vgl. Cox et. al, 2002, S. 8

¹⁵ vgl. Cox et. al, 2002, S. 9

¹⁶ vgl. Dittmann, 2000, S.19

¹⁷ vgl. Dittmann, 2000, S.20

¹⁸ vgl. Dittmann, 2000, S.19

¹⁹ vgl. Cox et. al, 2002, S. 11

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3.2 Verfahrensgrundlagen

Es lassen sich grundsätzlich zwei auf steganografischen Prinzipien basierende Wasserzeichenverfahren unterscheiden: die substitutionale und die konstruktive Steganografie. ²¹ Bei der substitutionalen Steganografie werden nicht-wahrnehmbare oder verrauschte Teile des Dokuments durch das Wasserzeichenmuster ersetzt. Verfahren auf Grundlage der konstruktiven Steganografie arbeiten hingegen nicht mit der Ersetzung von verrauschten oder nicht wahrnehmbaren Teilen des Dokuments, sondern imitieren Signale, die dem Original sehr nahe kommen und diesem hinzugefügt werden. Für beide Verfahren existieren wiederum zwei prinzipielle Techniken zum Einbringen der Wasserzeicheninformation. ²² Bei den Bildraumverfahren wird das Datenmaterial direkt durch Einbringen der Wasserzeicheninformation verändert: bei Bildern kann die Wasserzeicheninformation beispielsweise in die Farbinformationen eingebracht werden. Es ist jedoch auch möglich, beim Originaldokument Transformationskodierungen wie z.B. eine Diskrete Cosinus Transformation (im Folgenden als DCT bezeichnet) durchzuführen, dann die Wasserzeicheninformation in diese Frequenzkomponenten einzubringen und abschließend wieder eine Rücktransformation durchzuführen. Diese Techniken werden als Frequenzraumverfahren bezeichnet. Bei den Frequenzraumverfahren ist das Bandspreizverfahren (Spread Spectrum) verbreitet. ²³ Hierbei wird das Wasserzeichenmuster auf mehrere, zufällig ausgewählte Frequenzbänder verteilt, um einem potenziellen Angreifer die Zerstörung des Wasserzeichens zu erschweren.

3.3 Anforderungen an Wasserzeichen

Abhängig vom Anwendungsgebiet werden unterschiedliche Anforderungen an die Beschaffenheit der Wasserzeichen gestellt. Eine der wichtigsten Eigenschaften ist die

²⁰ vgl. Cox et. al, 1999, S. 464

²¹ vgl. Dittmann, 2000, S. 22

²² vgl. Dittmann, 2000, S. 22

²³ vgl. Cox et. al, 1996b zitiert nach Dittmann, 2000, S. 23

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