Wasserzeichen

Digital Watermarking ist ein Verfahren, durch nicht-wahrnehmbare, gezielte Veränderungen an Multimediadaten, beliebige Informationen in digitale Medien (wie zum Beispiel Audio, Video, Bilder, Ebooks, etc.) einzubetten. Dabei wird die Sicherheit und Geheimhaltung der eingebetteten Information durch einen geheimen Schlüssel garantiert. Ohne den geheimen Schlüssel lässt sich das Wasserzeichen nicht auslesen oder verändern.

Wasserzeichen können so gestaltet werden, dass sie robust gegenüber Veränderungen des Trägermediums sind. Dies bedeutet, dass die eingebettete Information auch nach der Veränderung des markierten Mediums noch vorhanden ist. Solche Veränderungen können zum Beispiel Formatänderungen, Analog-digital-Wandlungen, Skalierung oder auch Ausschnittsbildung sein.

Digitale Wasserzeichen lassen sich durch eine Reihe von Eigenschaften charakterisieren und müssen je nach Anwendung eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen. Die wichtigsten sind:

• Transparenz: Das Wasserzeichen soll nicht wahrnehmbar sein, es darf also die Bild- bzw. Tonqualität des Originals nicht beeinflussen.
• Robustheit: Ein Maß wie stabil das Wasserzeichen gegenüber Veränderungen des Trägermediums ist.
• Kapazität: Beschreibt, wie viele Informationen mit Hilfe eines Wasserzeichenalgorithmus im Trägermedium eingebettet werden können.
• Sicherheit: Ohne Kenntnis des geheimen Schlüssel darf das Wasserzeichen nicht ausgelesen, verändert oder zerstört werden können ohne dabei die Datei selbst unbrauchbar zu machen.
• Performance: Im Praxiseinsatz muss der Einbettungs- und der Auslesevorgang ausreichend schnell geschehen. Je nach Anwendung ist hierbei ein Vielfaches von Echtzeitgeschwindigkeit (Abspielgeschwindigkeit des Originals) notwendig.

Die große Stärke von Wasserzeichen liegt darin, dass das Produkt der Markierung immer noch ein Medium ist. Kunden können mit einem markierten Medium alles tun, was sie auch mit unmarkierten Medien tun können. Sie sind weiterhin genauso ohne Einschränkung abspielbar oder kopierbar. Auch Formatänderungen sind möglich, so dass eine gekaufte und mit Wasserzeichen versehene CD auch im Auto oder mit dem mp3-Player abspielbar ist – Wasserzeichen schränken also nicht ein (sind nicht restriktiv). Lediglich Missbrauch ist erkenn- und verfolgbar.

Neben der Kapazität ist auch die Effizienz der Einbettung eines Wasserzeichens ein wichtiges Kriterium für Wasserzeichen­verfahren. Da das Medium normalerweise für jede Einbettung komplett neu kodiert werden müsste, wurde am Fraunhofer SIT der Wasserzeichen-Container entwickelt.

Bei diesem Verfahren wird das Medium schon vor dem eigentlichen Einbettungsprozess vorbereitet. Für jeden Abschnitt des Mediums, in den ein Bit der Wasserzeichen­nachricht eingebettet werden soll, wird eine Version mit eingebetteter 0 und eine Version mit eingebetteter 1 erstellt. Dadurch können die aufwändigen Einbettungsberechnungen schon im Vorfeld durchgeführt werden.

Wenn das Medium nun mit einem konkreten Wasserzeichen markiert werden soll, beispielsweise wenn ein Kunde das Medium gekauft hat und herunterladen möchte, werden diese Abschnitte passend zusammengefügt, sodass das Medium die beabsichtigte Wasserzeichennachricht enthält. Dieser letzte Teilabschnitt der Einbettung erfordert dabei nicht mehr Aufwand, als ein einfacher Dateizugriff.