“Investigación en ciencias da saude en Galicia ”

Santiago, 16 de Enero de 2006

El papel del marcado de agua en la seguridad de im ágenes m édicas imágenes médicas Fernando Pérez González Luis Pérez Freire Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones

Universidad de Vigo

Gui ón Guión „ Planteamiento del problema „ Posibles soluciones „ Introducción al marcado de agua „ Aplicación del marcado de agua a

imágenes médicas „ Requisitos „ Marcado de agua vs criptografía „ Actividades realizadas “Investigación en ciencias da saude” Universidad de Vigo

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Planteamiento del problema cabecera

*

* * *

usuario usuario interno interno

base de datos

usuario usuario interno interno

productor productor

intranet del hospital

* *

conversor conversor

Problema de seguridad

usuario usuario externo externo

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conversor conversor

*

red redde de comunicaciones comunicaciones externa externa

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Problemas de seguridad (I) „ Garantía de autenticidad: “lo que vemos es lo que

creemos que es” – correspondencia entre imagen y cabecera (metadatos) cabecera 1

cabecera 2

Imagen 1

Imagen 2

– procedencia de las imágenes (firma digital) – Deben considerarse ataques intencionados / no intencionados “Investigación en ciencias da saude” Universidad de Vigo

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Problemas de seguridad (II) „ Garantía de integridad – Identificación de imágenes manipuladas

– Obviamente, deben considerarse ataques intencionados “Investigación en ciencias da saude” Universidad de Vigo

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Problemas de seguridad (III) „ Garantía de confidencialidad

– Protección de los datos (metadatos e imágenes) frente a accesos no autorizados – Ruptura de confidencialidad implica riesgos para autenticidad e integridad

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Posibles soluciones „ Criptografía (la estrategia tradicional) – Confidencialidad: encriptación en la base de datos. Problema: una vez la imagen es desencriptada, está totalmente desprotegida. – Autenticidad: funciones hash para comprobar el vínculo imagen-metadatos. – Integridad: funciones hash. Problema: no permiten localizar manipulaciones ni discernir grados de manipulación.

„ Marcado de agua (watermarking) “Investigación en ciencias da saude” Universidad de Vigo

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Marcado de agua: esquema sistema visual humano mensaje

imagen original

marca de agua generación generación de delalamarca marca

clave secreta

imagen marcada

clave secreta mensaje recuperado

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procesado procesado conversión conversiónDA/AD DA/AD transmisión transmisión etc etc

decodificación decodificación

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Marcado de im ágenes m édicas (I) imágenes médicas „ Garantía de autenticidad

– correspondencia entre imagen y metadatos: inmediato, por construcción: entidades inseparables metadatos

Imagen original

proceso procesode de marcado marcado

Imagen Imagen marcada marcada metadatos

– procedencia: inserción de código identificativo (fingerprint) “Investigación en ciencias da saude” Universidad de Vigo

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Marcado de im ágenes m édicas (II) imágenes médicas „ Garantía de integridad – mediante marcado frágil metadatos

Imagen original

marcado marcado robusto robusto

Imagen marcada marcado marcado frágil frágil

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Marcado de im ágenes m édicas (II) imágenes médicas „ Garantía de integridad – localización de manipulaciones: marcado por bloques Detección de bloques imagen marcada

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manipulados

imagen manipulada

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Marcado de im ágenes m édicas (III) imágenes médicas „ Garantía de confidencialidad

– uso de claves secretas en los procesos de marcado y decodificación clave secreta

marcado marcado

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ATAQUES ATAQUES

decodificación decodificación

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Requisitos (I) „ Imperceptibilidad – Las marcas de agua deben ser transparentes al observador – Transparencia al diagnóstico. Dependencia del tipo de imagen médica y método de diagnóstico. ™ Máscaras perceptuales adaptadas a cada caso. ™ Consideración de regiones de interés. ™ Especialmente relevante en diagnóstico (semi) automatizado.

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Requisitos (II) „ Payload – Cantidad de información que se puede esconder – Requisito dependiente de la aplicación (data hiding, detección) „ Confidencialidad – Uso de claves secretas „ Robustez: dependiente de la aplicación – Marcado robusto: fingerprinting – Marcado frágil: control de integridad

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Requisitos (III) „ Reversibilidad – Posibilidad de recuperar la imagen original. – Garantiza transparencia al diagnóstico. – Es la solución ideal para aplicaciones médicas. – Tecnología todavía en su infancia. „ Seguridad – Dificultad en “romper” el sistema. Fundamental en el escenario considerado. – Estudios todavía preliminares. “Investigación en ciencias da saude” Universidad de Vigo

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Conflicto de requisitos „ La optimización simultánea de los requisitos

fundamentales es conflictiva, en general imperceptibilidad

capacidad

robustez “Investigación en ciencias da saude” Universidad de Vigo

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Comparativa resumen Criptografía

Watermarking

Control de integridad

Sí

Sí

Control de autenticidad

Sí

Sí

Control de confidencialidad

Sí

Sólo para datos

Permite localizar alteraciones y grado de manipulación

No

Sí

Permite distinguir manipulaciones malintencionadas de las que no lo son

No

Sí

Necesidad de definir estructuras adecuadas en los formatos de imagen

No

Sí

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Actividades realizadas (I) „ Elaboración de un artículo divulgativo sobre el marcado

de agua y sus beneficios en el manejo de imágenes médicas. Accesible a todos los grupos de la red IM3. „ Evaluación de algoritmos propuestos en la literatura

para imágenes médicas – Prestaciones deficientes, en general. „ Estudio y elaboración de nuevos algoritmos basados en

cuantificación con compensación de distorsión, que presentan múltiples ventajas sobre gran parte de los métodos estudiados. “Investigación en ciencias da saude” Universidad de Vigo

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Actividades realizadas (II) „ Marcado de diferentes tipos de imágenes

(sobre todo de medicina nuclear) – Formatos propietarios: SOPHA – Formatos estándar: DICOM. „ Evaluación del impacto del marcado en el

diagnóstico (véase actividades conjuntas). „ Análisis del nivel de seguridad de los algoritmos

de marcado de imágenes más extendidos. “Investigación en ciencias da saude” Universidad de Vigo

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Participaci ón en actividades conjuntas Participación „ Colaboración con el Laboratorio de Imagen del Hospital

Gregorio Marañón – En la etapa inicial del proyecto. Investigaciones preliminares sobre perceptibilidad y payload. „ Colaboración con el Departamento de Imagen y Visión del Instituto de Óptica del CSIC – Investigación sobre máscaras perceptuales. „ Colaboración con el Servicio de Medicina Nuclear del Hospital Meixoeiro de Vigo – Evaluación subjetiva y objetiva (cuantificable) en el diagnóstico. “Investigación en ciencias da saude” Universidad de Vigo

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Conclusiones „ Marcado de agua: tecnología complementaria a

la criptografía, destinada a mejorar la seguridad de las imágenes médicas. „ Resultados prometedores. „ Gran cantidad de trabajo por hacer. „ Necesaria investigación multidisciplinar.

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