【サーベイまとめ】データハイディングとは？電子透かしとステガノグラフィの違いまで。

この記事では，研究のサーベイをまとめていきたいと思います。ただし，全ての論文が網羅されている訳ではありません。また，分かりやすいように多少意訳した部分もあります。ですので，参考程度におさめていただければ幸いです。間違えている箇所がございましたらご指摘ください。随時更新予定です。

 

データハイディングとは

栗林先生によると

データハイディング (Data Hiding) は、インフォメーションハイディング (Information Hiding) とも呼ばれ、直訳すれば “情報を隠す” という意味であり、秘密の情報を密かに忍ばせることや、通信自体を隠すことを意味する。

「データハイディングの諸技術とその機能」

と述べられています。栗林先生の論文は枕として上記内容が繰り返されています。データハイディングは，インターネットとディジタルメディアの普及に伴って注目を浴びています。

 

必要な理由

データハイディングと似た技術として暗号理論が挙げられます。暗号技術は二者間で通信を行う際には通信内容は隠すことができますが，通信を行っていること自体が第三者にバレてしまいます。また，暗号技術のみでは通信相手によるコンテンツの不正配布を取り締まることはできません。そこで，通信自体を隠したり情報を密かに埋め込む技術であるデータハイディングが重要になってきます。以下では，データハイディングの分類を見ていきたいと思います。

 

分類

データハイディングは大きく分けて「ステガノグラフィ」と「電子透かし」に分けられます。ステガノグラフィは埋め込む情報が重要であり，かつその存在が知られないことが求められる状況で用いられます。電子透かしは，秘密の情報が埋め込まれたコンテンツ自体が重要な状況で用いられます。それぞれの手法に求められる要件について確認します。

また，電子透かし技術はロバストとフラジャイルに分けられます。ロバストとは，コンテンツに対する攻撃に高い耐性をもつ手法です。主に著作権管理の目的で利用されます。フラジャイルとは，コンテンツに対する攻撃に敏感な手法です。主に改ざん検知の目的で利用されます。

さらに，電子透かし技術はブラインド方式と非ブラインド方式に分けられます。ブラインド方式では，埋め込まれた情報を検出するのに透かし前のコンテンツを必要としません。反対に，非ブラインド方式では埋め込まれた情報を検出するのに透かし前のコンテンツを必要とします。一般に，元のコンテンツの特定は難しく実用上はブラインド方式が望ましいとされています。

 

実現手法

データハイディングの基本的なアイディアは人間の知覚特性を利用してバレないように情報を隠すという方針です。たとえば，人間の耳は特定の周波数帯しか聞き取ることができません。モスキート音などもその一例です。データハイディングでは，この人間の耳の特性を生かしてバレない周波数帯に情報を埋め込むのです。人間が知覚しにくい特徴を利用するというのがデータハイディングにおける基本的な考え方です。デジタルメディアにおいて人間の知覚特性は以下のように分類されます。

一般に，デジタルメディアというのは時系列信号の周波数をいじることで生成されます。ですので，アプローチ方法としては時系列信号の特徴を扱う方法（①），周波数の特徴を扱う方法（②）が考えられます。また③のA/D変換というのはアナログ信号をデジタル信号に変換する処理のことを指します。

アナログ→デジタルの変換は主に「標本化→量子化→符号化」の順番で行われます。すなわち，連続的な信号をある間隔で切り出して（標本化），影響の少ない範囲で扱いやすい桁数に揃えます（量子化）。その後，コンピュータに認識させるために0と1のビット列に変換します（符号化）。このアナログ→デジタル変換の中の「量子化」の部分に着目して透かしを埋め込む方法が考案されています。これが，デジタルメディアの特性を利用したデータハイディングです。

また一般に，データハイディングの実用的な面は著作権保護などで用いられているロバスト電子透かしです。ロバスト電子透かしの方針も，上述の知覚特性を利用したアプローチが考えられます。さらにロバスト性からアプローチをすると，以下の方法が考えられます。

 

評価方法

データハイディングの評価は以下の三観点でなされます。

①はコンテンツの種類（音声/音楽/画像…）によって基準が異なります。音であればPQevalAudioから算出されるODGという指標がよく使われます。他にも，音響ハイディングの分野では

のような指標が用いられます。②はステガノグラフィか電子透かしかによって目指す基準は異なります。基本的には単位はbitを用います。音データであればbps(1秒あたりの転送ビット数)もよく使われます。③については，IHC委員会が統一評価基準を発表しています。例えば

のような攻撃を仕掛けて検出した透かしのBER（エラー率）を計算します。要するに，攻撃が仕掛けられた際にどれだけ正しい情報を抽出できるかどうかということになります。

 

トレードオフ

一般に，上述の三観点はトレードオフの関係にあります。ただし，ステガノグラフィは③攻撃耐性を考慮しなくてもよいことに注意します。

 

セキュリティ

上述の電子透かしとステガノグラフィの違いから，セキュリティを考慮するべきなのはロバスト電子透かしになります。ここで，電子透かしにおけるロバスト評価と安全評価についてまとめておきます。

 

本来であれば，ケルクホフスの原理に基づくロバスト性の評価がされるべきですが，現状ではコンテンツ全体を狙った攻撃のみ想定された評価基準になっています。

 

まとめ

私が注目しているのが

というデータハイディングであるため，評価というのは

として考えています。課題としては

が残っています。これからも精進していきます。