可見水印是一種十分常見的安全工具,被廣泛使用于數(shù)字圖像版權(quán)保護(hù)中,但是,最近的一系列工作表明,基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Deep Neural Networks, DNN)可以有效去除可見水印,并會(huì)對(duì)圖像進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)全。這類水印去除技術(shù)對(duì)于圖像的版權(quán)構(gòu)成極大安全威脅。
本文提出利用對(duì)抗擾動(dòng)技術(shù)預(yù)防圖像可見水印抹除,稱為“水印疫苗”,防止用于標(biāo)記圖像版權(quán)等重要信息的水印被惡意抹除。文中提出兩種技術(shù):破壞型水印疫苗(Disrupting Watermark Vaccine,DWV)以及不可擦除型水印疫苗(Inerasable Watermark Vaccine,IWV)。如果對(duì)目標(biāo)圖像加入DWV“疫苗”,則如果攻擊者利用盲水印去除網(wǎng)絡(luò)對(duì)被注入疫苗的圖像進(jìn)行修改,企圖抹除水印,則會(huì)導(dǎo)致該圖像被劇烈修改,破壞可讀性與可使用性;如果對(duì)圖標(biāo)圖像加入IWV“疫苗”,則攻擊者無(wú)法使用盲水印去除網(wǎng)絡(luò)將被注入疫苗的圖像上的水印。該技術(shù)的直觀實(shí)驗(yàn)效果如下圖所示。
作者受到DNN在對(duì)抗擾動(dòng)上的脆弱性的啟發(fā),通過對(duì)抗學(xué)習(xí)技術(shù)提出了新穎的防御機(jī)制,將目前領(lǐng)先(State-of-the-art)的水印去除網(wǎng)絡(luò)作為目標(biāo)模型,優(yōu)化原始圖像,添加人眼不易察覺的擾動(dòng)信息,來(lái)主動(dòng)攻擊水印去除網(wǎng)絡(luò)。
作者使用CLWD (Colored Large-scale Watermark Dataset)數(shù)據(jù)集進(jìn)行圖像保護(hù)實(shí)驗(yàn),該數(shù)據(jù)集包含三部分圖像,分別是無(wú)水印原始圖像,水印圖像(通常為logo或文本框)與含密圖像。作者首先使用CLWD數(shù)據(jù)集,訓(xùn)練了三個(gè)領(lǐng)先的可見水印去除網(wǎng)絡(luò)[1-3],用作對(duì)手網(wǎng)絡(luò),接著,將無(wú)水印原始圖像送入提出的DWV與IWV網(wǎng)絡(luò),生成對(duì)應(yīng)的抵抗水印抹除的保護(hù)圖像,再將水印圖像添加到保護(hù)圖像上,最后,使用上述三個(gè)對(duì)手網(wǎng)絡(luò)分別執(zhí)行水印抹除,觀測(cè)本方案的防御效果。
從實(shí)驗(yàn)效果展示圖中,可以看到,使用三個(gè)對(duì)手網(wǎng)絡(luò),可以有效將未受保護(hù)(也即沒有“接種疫苗”)的圖像上的水印信息識(shí)別出來(lái),并進(jìn)行精確清楚,此外,還可以保證水印去除后生成的圖像在視覺質(zhì)量上令人滿意。相比之下,如果對(duì)原始圖像先進(jìn)行保護(hù),再添加可見水印,則三個(gè)對(duì)手網(wǎng)絡(luò)在去除水印的時(shí)候,都遇到了不同程度的問題,或是水印無(wú)法去除,或是水印去除后,無(wú)法在對(duì)應(yīng)區(qū)域有效補(bǔ)全合理信息,導(dǎo)致圖像整體視覺質(zhì)量低下,或是將可見水印定位在圖像中的不相關(guān)區(qū)域,導(dǎo)致圖像遭到劇烈破壞。
在上表中,各客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)匯報(bào)的是利用不同的水印去除網(wǎng)絡(luò)將水印去除后,恢復(fù)圖像與不含可見水印的原始圖像之間的質(zhì)量,作者首先發(fā)現(xiàn),如果對(duì)目標(biāo)圖像添加隨機(jī)噪聲(Randomized Noise,RN),是無(wú)法防御上述三種方法移除水印的,而使用DWV和IWV,則可以顯著防止這三種方法恢復(fù)出高質(zhì)量的原始不含水印圖像。
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論文信息
Xinwei Liu, Jian Liu, Yang Bai, Jindong Gu, Tao Chen, Xiaojun Jia, Xiaochun Cao. Watermark Vaccine: Adversarial Attacks to Prevent Watermark Removal. ECCV, 2022.
論文鏈接:https://arxiv.org/abs/2207.08178
代碼鏈接:https://github.com/thinwayliu/Watermark-Vaccine
(本文由復(fù)旦大學(xué)多媒體智能安全實(shí)驗(yàn)室應(yīng)祺超撰稿介紹)
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