Information-theoretic bounds of digital image forensics

• Applicant: Professor Dr. Rainer Böhme
• Subject Area: Image and Language Processing, Computer Graphics and Visualisation, Human Computer Interaction, Ubiquitous and Wearable Computing ; Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering ; Theoretical Computer Science
• Term: from 2014 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 259355083

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

Digitale Bilder und Bildbearbeitung durchdringen die Alltagswelt. Dies erfordert neue Techniken zur Überprüfung der Authentizität und Integrität von digitalen Bilddaten. Beides sind Erkenntnisziele des jungen Forschungsgebietes der digitalen Bildforensik. Bildforensische Verfahren sollen Bildfälschungen durch den statistischen Nachweis von Spuren der verwendeten Bearbeitungsoperationen erkennen. Die meisten in der Praxis verwendeten Verfahren arbeiten heuristisch. Ihre Funktion ist oft nur unter Laborbedingungen untersucht. Exakte Beweise, warum und unter welchen Vorraussetzungen ein Verfahren zuverlässige Ergebnisse liefert, sind selten. Weiterentwicklungen folgen zunehmend dem Trend, immer mehr Merkmale zu kombinieren sowie maschinelles Lernen zur Beherrschung der daraus resultierenden Komplexität einzusetzen. Dieser Ansatz verspricht jedoch wenig grundlegende Erkenntnisse über Wirkungszusammenhänge und Grenzen. Diese sind aber gerade dann erforderlich, wenn gesellschaftlich relevante Entscheidungen auf Basis von bildforensischen Untersuchungen getroffen werden, z. B. in den Medien, der Wissenschaft oder vor Gericht. Das abgeschlossene Projekt verfolgte einen ganz anderen Ansatz und beschäftigte sich mit der Bestimmung oberer Schranken für den mit bildforensischen Verfahren erzielbaren Informationsgewinn. Die Untersuchung betrachtete dabei schwerpunktmäßig Situationen, in denen zur Antragstellung bekannte Verfahren unzuverlässig arbeiten. Der neue Ansatz hat gezeigt, dass bislang kaum nachweisbare Bildmanipulationen, wie bspw. starke Verkleinerung oder wiederholte JPEG-Kompression mit sehr hoher Qualität, durchaus verwertbare Spuren hinterlassen. Im Projekt wurden auch neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie diese Spuren in zukünftigen Verfahren berücksichtigt werden können.

Publications

• „Forensics of High-Quality JPEG Images with Color Subsampling“, IEEE International Workshop on Information Forensics and Security (IEEE WIFS), 2015. S. 1–6
  Carnein, Matthias; Schottle, Pascal & Bohme, Rainer
  
• „Forensics of High Quality and Nearly Identical JPEG Image Recompression“, in Proceedings of the 4th ACM Workshop on Information Hiding and Multimedia Security (ACM IH&MMSec), 2016, S. 11–21
  Pasquini, Cecilia; Schöttle, Pascal; Böhme, Rainer; Boato, Giulia & Pèrez-Gonzàlez, Fernando
  
• „Decoy Password Vaults: At Least As Hard As Steganography?“, in Proceedings of the 32nd International Conference on ICT Systems Security and Privacy Protection (IFIP SEC). 2017, S. 327–340
  Pasquini, Cecilia; Schöttle, Pascal & Böhme, Rainer
  
• „Information-theoretic Bounds of Resampling Forensics: New Evidence for Traces Beyond Cyclostationarity“, in Proceedings of the 5th ACM Workshop on Information Hiding and Multimedia Security (ACM IH&MMSec), 2017, S. 3–14
  Pasquini, Cecilia & Böhme, Rainer
  
• „Towards a Theory of JPEG Block Convergence“, in Proceedings of the IEEE International Conference on Image Processing (IEEE ICIP), 2018, S. 550–554
  Pasquini, Cecilia & Bohme, Rainer
  
• (2019) Information-Theoretic Bounds for the Forensic Detection of Downscaled Signals. IEEE Trans.Inform.Forensic Secur. (IEEE Transactions on Information Forensics and Security) 14 (7) 1928–1943
  Pasquini, Cecilia & Bohme, Rainer
  
• „Teaching Digital Signal Processing with a Challenge on Image Forensics“, IEEE Signal Processing Magazine, 36 (2019), Nr. 2, S. 101–109
  Pasquini, Cecilia; Boato, Giulia & Bohme, Rainer