Metriken für die Beurteilung visueller Sicherheit von Bild- und Videoverschlüsselung

An Bild- und Video-Verschlüsselungsverfahren (im folgenden kurz BVVV) ist in den letzten 10 Jahre intensiv geforscht worden,jedochsind bisjetzt keine objektiven Bewertungsmethoden für diese Verschlüsselungsverfahren entwickelt worden. Die Anwendungsgebiete für BVVV und die sich daraus ergebenden Sicherheitsanforderungen sind vielfältig und reichen von Hochsicherheitsszenarien, in denen jegliche Art des Informationsverlusts ein Sicherheitsproblem darstellt, bis zu dem Anwendungsfall Transparente Verschlüsselung, bei dem die verschlüsselten und komprimierten visuellen Daten mit Standard- Decodern dekodierbar sein und dabei auch noch eine niedrig-qualitative Version der Originaldaten ergeben müssen. Für ein gegebenes BVVV stellt sich die Frage welche Anwendungsgebiete es abdecken kann und welche nicht. Für die Beantwortung dieser Frage muss das BVVV gründlich untersucht werden, dafür ist das automatische Bewerten von visuellen Daten unumgänglich. Die zu bewertenden visuellen Daten haben dabei niedrigste Qualität. Herkömmliche Qualitätsmetriken für Bilder und Videos (PSNR / SSIM /VIF) sind für diese Fragestellungen nur beschränkt geeignet. Das Entwickeln von geeigneten Sicherheitsmetriken ist eines der Hauptziele des Projekts. Dafür sind umfangreiche empirische Untersuchungen, in denen die subjektive Wahrnehmung menschlicher Probanden evaluiert wird, notwendig. Auch die Entwicklung der empirischen Untersuchungsmethodik stellt ein Projektziel dar. Sicherheitsmetriken spielen eine wichtige Rolle in der Definition der Sicherheit von BVVV. Ein BVVV ist dann sicher, wenn es einem Angreifer unmöglich ist, eine höher-qualitative Approximation des Originals als es das BVVV vorsieht zu berechnen. Ein weiterer Ansatz zur objektiven Bewertung von entwickelten Metriken ist die Betrachtung von Applikationen in denen das Ausmass an Sicherheit direkt gemessen werden kann. Wir verwenden hier biometrische Erkennung, medizinsche Bildsuche, und Schutz der privatsphäre in Video Überwachung.- in diesen Szenarien kann die Auswirkung der Verwendung von verschlüsselten visuellen Daten direkt in einem Mustererkennungskontext gemessen werden. Die Korrelation mit objektiven metrik Werten und subjektiver Bewertung wird Klarheit in die Auswirkung des Einsatzes von BVVV in solchen Systemen bringen. Aufbauend auf neueste Forschungsergebnisse aus der Kryptographie über format-erhaltende Verschlüsselung wollen wir Sicherheitsbegriffe auch für funktionalitäts-erhaltende Verschlüsselungsverfahren definieren. Die Funktionalität von Bild- und Videoformaten, allen voran die Skalierbarkeit, ist eine Voraussetzung für effiziente Übertragung von visuellen Daten bei dynamischen Netzwerkbedingungen, die mit Hilfe modernster Verteilungsverfahren gelöst wird Insgesamt ist das Projektziel die Entwicklung einer transparenten Methodik für die Bewertung von BVVV. Abschliessend werden neue BVVV für neue Bild und Videoformate (JPEG XR und HEVC) entwickelt die auf den Prinzipien beruhen, die für aus dem Studium der Metriken entstanden sind. Diese neuen BVVV werden verwendet um traditionelle Bewertung von Sicherheit zu vergleichen mit dem im Projekt entwickelten Ansatz. Dies ermöglicht Interpretationen bezüglich der Unterschiede zwischen diesen Herangehensweisen.

FWF Projekt P27776 ist ein Projekt in dem es darum geht, Messmethoden zu entwickeln die automatisch das Ausmass von visueller Information in verschlüsselten Bildern oder Videos feststellen kann (nachdem eventuelle Attacken durchgeführt wurden). Solche Metriken spielen eine zentrale Rolle in der Definition von Sicherheit von Bild- und Videoverschlüsselungsverfahren (IVES): die Sicherheit von IVES beruht auf der Unmöglichkeit für einen Angreifer, eine Approximation an den ursprünglichen Bildinhalt zu generieren die eine bessere Qualität hat als vom Verfahren zugestanden wird. Verglichen mit konventionellen Qualitätsmetriken (PSNR / SSIM / VIF) müssen solche Sicherheitsmetriken visuelle Ähnlichkeit für extreme niedrige Bildqualität beurteilen, ein Szenario, für das konventionelle Qualitätsmetriken nicht mehr geeignet sind. Neben der Entwicklung solcher Metriken (die eines der Hauptziele dieses Projekts sind), wurden verschiedene subjektive Testverfahren zur Bestimmung von Qualität betrachtet, entwickelt, implementiert und getestet, die auf IVES-spezifische subjektive Datensätze angewendet wurden. Diese Datenbanken, die ebenfalls im Zuge des Projekts erstellt werden, diesen zur objektiven Beurteilung der Funktionalität der entwickelten Metriken.