Цифровые водяные знаки с адаптивной шириной информационного кольца в задаче скрытой передачи управляющего сигнала в многоагентной робототехнической системе

Цель исследования. Статья посвящена вопросу обеспечения безопасной передачи управляющих сигналов между элементами многоагентной роботехнической системы. Целью работы является обеспечение скрытой передачи данных с возможностью однозначного извлечения управляющих сигналов.
Методы. Для решения поставленной задачи был предложен алгоритм на основе методов водяных цифровых знаков и цифровой стеганографии. Метод формирования цифрового водяного в форме кольца с симметрией позволяет не только обеспечить максимальную незаметность встраивания (незначительные искажения контейнера при сокрытии), но и уберечь передаваемый сигнал от таких сложных искажений, как поворот изображения. Метод стеганографического сокрытия позволяет регулировать интенсивность встраивания с помощью фактора силы, вычислительно прост и понятен. Предложенный подход к выявлению и пониманию передаваемого сигнала отличается от современных методов криптографии и стегоанализа тем, что не требует 100% верного извлечения сигнала. После нескольких модификаций метод позволяет минимизировать времязатраты на формирование (адаптивная ширина кольца с битами сигнала) и встраивание цифрового водяного знака (минимизация обрабатываемой области контейнера для встраивания).
Результаты. Предложенный подход позволяет скрыто передать управляющие сигналы в рамках передачи цифровых объектов, эксперименты показали, что управляющий сигнал однозначно понимается даже при таких искажениях, как уменьшение или увеличение контрастности или яркости, поворот изображения, сжатие.
Заключение. Использование предложенной методики передачи управляющих сигналов в многоагентной робототехнической системе позволит своевременно и безопасно, с минимальной вероятностью потери, получать необходимую информацию.

1. Будко П.А., Винограденко А.М., Литвинов А.И. Реконфигурация каналов связи при управлении смешанными группировками робототехнических комплексов // Известия ЮФУ. Технические науки. 2017. №2 (187). C. 266-278.

2. Подходы к формированию единого информационного-управляющего поля смешанных робототехнических группировок / А.С. Сигов, В.В. Нечаев, В.В. Баранюк, О.С. Смирнова // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2016. №1. C. 146-151.

3. The cybersecurity in development of IoT embedded technologies / B. Usmonov, O. Evsutin, A. Iskhakov, A. Shelupanov, A. Iskhakova, R. Meshcheryakov // Proceedings of the International Conference on Information Science and Communications Technologies (ICISCT, 2017). 2017. P. 1-4. https://doi.org/10.1109/ICISCT.2017.8188589.

4. Использование тепловой карты поведения пользователя в задаче идентификации субъекта инцидента информационной безопасности / А. Ю. Исхаков, А. О. Исхакова, Р. В. Мещеряков, Р. Бендрау, О. Мелехова // Труды СПИИРАН. 2018. № 6 (61). С. 147-171. https://doi.org/10.15622/sp.61.6.

5. Зикратов И.А., Козлова Е.В., Зикратова Т.В. Анализ уязвимостей робототехнических комплексов с роевым интеллектом. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. №5 (87). С. 149-154.

6. Method of Verification of Robotic Group Agents in the Conditions of Communication Facility Suppression / A. Iskhakova, A.Iskhakov, R. Meshcheryakov, E. Jharko // IFAC-PapersOnLine. 2019. Vol. 52, no. 13. P. 1397-1402. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2019.11.394

7. Конахович Г.Ф. Компьютерная стеганография. Теория и практика. Киев: МК-Пресс, 2006. 288 с.

8. Евсютин О.О., Кокурина А.С., Мещеряков Р.В. Обзор методов встраивания информации в цифровые объекты для обеспечения безопасности в «интернете вещей» // Компьютерная оптика. 2019. Т. 43. № 1. С. 137-154. https://doi.org/10.18287/2412-61792019-43-1-137-154.

9. Федосеев В.А. Цифровые водяные знаки и стеганография. Самара: СГАУ, 2015. 128 с.

10. Евсютин О.О., Кокурина А.С., Мещеряков Р.В. Стеганографическое встраивание дополнительных данных в снимки дистанционного зондирования земли с помощью метода QIM с переменным шагом квантования в частотной области // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330, № 8. С. 155-162. https://doi.org/10.18799/24131830/2019/8/2221.

11. Подход к извлечению робастного водяного знака из изображений, содержащих текст / А. В. Козачок, С. А. Копылов, Р. В. Мещеряков, О. О. Евсютин, Л.М. Туан // Труды СПИИРАН. 2018. № 5(60), С. 128-155. https://doi.org/10.15622/sp.60.5.

12. Robust Watermarking Method in DFT Domain for Effective Management of Medical Imaging / M. Cedillo-Hernandez, F. Garcia-Ugalde, M. Nakano-Miyatake, H. Perez-Meana // Signal, Image and Video Processing. 2015. Vol. 9. P.1163-1178.

13. Ridzon R., Levicky D. Content Protection in Grayscale and Color Images Based on Robust Digital Watermarking // Telecommunication Systems. 2013. Vol. 52. P.1617-1631.

14. Gaata M. T. An Efficient Image Watermarking Approach based on Fourier Transform // International Journal of Computer Applications. 2016. Vol. 136(9). P.8-11.

15. Шумская О.О., Будков В.Ю. Сравнительное исследование методов классификации в стегоанализе цифровых изображений // Научный вестник НГТУ. 2018. № 3 (72). С. 121-134. https://doi.org/10.17212/1814-1196-2018-3-121-134.

16. Solachidis V., Pitas I. Circularly Symmetric Watermark Embedding in 2-D DFT Domain // IEEE Transactions on Image Processing. 2001. Vol. 10. P. 1741-1753.

17. Poljicak A., Mandic L., Agic D. Discrete Fourier Transform-based Watermarking Method with an Optimal Implementation Radius // Journal of Electronic Imaging. 2011. Vol. 20. P. 033008-1-033008-8.

18. Mandal J.K., Khamrui A. A Genetic Algorithm Based Steganography in Frequency Domain (GASFD // International Conference on Communication and Industrial Application. 2011. P. 1-4.

19. Image Data Hiding Technique Using Discrete Fourier Transformation / D. Bhattacharyya, T. Kim, H. Adeli, R.J. Robles, M. Balitanas // Communications in computer and information science. 2011. Vol. 151. P. 315-323.

20. Ронжин А.Л., Юсупов Р.М. Многомодальные интерфейсы автономных мобильных робототехнических комплексов // Известия ЮФУ. Технические науки. 2015. № 1 (162). С. 195-206.

21. Шумская О.О., Железны М. Адаптивный алгоритм встраивания информации в сжатые JPEG-изображения на основе операции замены // Информационно-управляющие системы. 2018. № 5. С. 44-56. https://doi.org/10.31799/1684-8853-2018-5-44-56.

22. Shumskaya O.O., and Iskhakova A.O. Application of digital watermarks in the problem of operating signal hidden transfer in multi-agent robotic system // 2019 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). 2019. https://doi.org/10.1109/SIBCON.2019.8729669.