Encrypted Domain Processing for Signal Processing Applications.
Troncoso Pastoriza, Juan Ramón · Dialnet (Universidad de la Rioja) · 2012
Los objetivos iniciales marcados para la realizacion de esta tesis son los siguientes: -Estudio de robustez y seguridad de los actuales esquemas de marcado. -Estudio de la posibilidad de aplicacion del concepto de asimetria de claves a la realizacion de esquemas de marcado utiles en clave publica. -Estudio de la aplicacion de protocolos de conocimiento cero a los problemas de deteccion y decodificacion, contemplando la realizacion de operaciones no lineales, asi como la reduccion de complejidad de comunicacion sin comprometer la seguridad. -Estudio de vulnerabilidades y posibles soluciones en la aplicacion de protocolos de conocimiento cero al marcado de agua. -Estudio del procesado de datos en el dominio encriptado, su aplicabilidad a watermarking, asi como mejoras en la eficiencia de las tecnicas existentes, teniendo en cuenta los niveles de seguridad requeridos. A continuacion, se explican los problemas tratados y se detallan las lineas de investigacion que se seguiran. El marcado de agua (watermarking) es una disciplina relacionada con la ocultacion de informacion auxiliar en datos digitales de modo seguro, robusto e imperceptible. Las aplicaciones del marcado de agua son multiples, abarcando, entre otras: -Proteccion de copyright.Fingerprinting. -Esteganografia. -Autenticacion de datos. -Media Forensics. -Ocultacion reversible de datos. -Migracion de estandares. -Seguimiento de datos. -Monitorizacion de datos. -Transmision embebida de servicios de valor anadido. -Comunicacion de meta-informacion. -Seguimiento de la creacion, manipulacion y/o modificacion de datos. -Proporcionar diferentes niveles de acceso a los datos. -Prevencion de copias no autorizadas. La historia de la ocultacion de informacion se remonta a la antigua Grecia, donde se usaban metodos rudimentarios para transmitir mensajes imperceptibles cuyo secreto era de vital importancia. Ya en el siglo XX, la publicacion del trabajo de Tanaka et al. [6] en 1990 supuso el comienzo de un crecimiento extraordinario en tecnicas de proteccion de copyright en diversos tipos de datos, especialmente de informacion multimedia. Esta progresion es consecuencia de la facilidad con que se pueden realizar copias digitales y difundirlas, reutilizarlas o manipularlas. La criptografia puede proporcionar una solucion a este problema, pero esta asociada a hardware especializado para crear dispositivos a prueba de falsificaciones que evitan el acceso directo a los datos en formato digital. Ademas, los sistemas criptograficos estan orientados a ofrecer una comunicacion segura y no a evitar posteriores infracciones del copyright. En este contexto de proteccion de copyright nacen las tecnicas de marcado de agua. Una marca de agua es una pieza identificativa de informacion que se adhiere a los datos que protege, siendo dificil su extraccion o eliminacion del objeto marcado. Ademas del requisito de imperceptibilidad, que se puede presentar de distintas formas, tambien hay otras caracteristicas que una marca de agua debe poseer; una de ellas es la robustez; es decir, la marca debe resistir manipulaciones de los datos tanto intencionadas como no intencionadas. Una segunda caracteristica es la no eliminacion estadistica; un analisis estadistico no deberia producir ninguna ventaja desde el punto de vista del atacante. Ademas, la marca deberia sobrevivir al marcado multiple, para facilitar el trazado de una copia ilegal. Al igual que la criptografia, el marcado de agua emplea claves secretas para relacionar la informacion con sus propietarios, aunque el modo de establecer esa relacion difiere de como se realiza en criptografia, principalmente debido a que el objeto marcado debe mantener su inteligibilidad. La informacion que se inserta en la marca puede ser variada, desde identificadores del propietario, creador, comprador o distribuidor, fechas de transacciones, numeros de serieIn modern society, digital data about individuals that could be considered to be highly personal, can be found relatively easily in the communication networks, especially the Internet. Although most people support the last decades’ advances in digital networks, the sensitivity of these data motivates an increasing concern about the public availability of personal data and the processing performed on them. On the other hand, signal processing researchers have traditionally focused on continuously improving the efficiency and robustness of the applied algorithms, while often leaving aside the crucial aspect of data privacy . Thus, advances in signal processing have not taken into account the trustwort hiness of the parties that manage users’ signals or the sensitivity of the information contained within these signals. There are many application scenarios where the need for privacy is clearly present, mainly those in which biological signals (fingerprints, faces, iris, DNA, ECG signals, MRI images,...) are involved, as they hold extremely sensitive information about users or patients, and their privacy is traditionally addressed through written consents that represent the trust that users must put on the party or parties that process their signals. Signal Processing in the Encrypted Domain (SPED) is an emergent research field that has arisen to effectively tackle the privacy problems involving signal processing. As an interdisciplinary area, it has faced from its birth the challenge of bringing together the views of the cryptographic and the signal processing communities in order to reach the target of efficiently applying privacy preserving techniques to common signal processing operations. This thesis presents novel research work performed within the field of SPED to provide new general-purpose privacy-preserving primitiv es, establish a whole new framework in nuclear privacy-sensitive signal processing applications like adaptive filtering, solving problems like the omnipresent cipher blow-up in encrypted iterative processing and explicitly analyzing the existing trade-offs among time efficiency, bandwidth and error propagation in these solutions. Other privacy- aware application scenarios mainly dealing with biometric and biological signals are also tackled, providing efficient novel protocols for protecting the privacy of the signals’ owners. The work presented in this thesis provides a comprehensive comparison between different approaches for tackli ng encrypted processing, like homomorphic encryption, garbled circuits, interactive protocols and zero-knowledge proofs, and finishes proposing an extension to a recently pre sented fully-homomorphic cryptosystem, showing the potential of this approach in achieving fully noninteractive privacy-preserving out sourced processing-.