Filigranage de Signature en Ligne dans le Domaine de Transformation

Intelligence artificielle Informatique Sciences de l'information
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Contexte académique

Avec la croissance rapide des contenus numérisés, l’importance des signatures numériques dans la vérification d’identité et l’authentification des contenus devient de plus en plus évidente. Cependant, la sécurité et l’intégrité des signatures numériques sont confrontées à des défis majeurs. Pour protéger l’authenticité des signatures et prévenir les falsifications, la technique de tatouage numérique (watermarking) a émergé. Le tatouage numérique permet de vérifier l’origine et l’intégrité des données en intégrant des informations invisibles mais identifiables dans les contenus numériques. Ces dernières années, les techniques de tatouage basées sur le domaine transformé, telles que la transformée en cosinus discrète (DCT) et la transformée en ondelettes discrètes (DWT), ont attiré l’attention en raison de leur équilibre entre robustesse, imperceptibilité et précision de reconnaissance.

Cet article explore les techniques d’insertion de tatouages multi-bits dans les signatures manuscrites en ligne, en particulier les méthodes basées sur les domaines transformés DCT et DWT. L’étude se concentre sur l’équilibre entre la distorsion du signal, la précision de l’extraction du tatouage et le taux de reconnaissance biométrique, offrant ainsi des solutions pour la sécurité et la robustesse des signatures biométriques en ligne.

Source de l’article

Cet article a été rédigé par Marcos Faundez-Zanuy, affilié au département technologique de Tecnocampus à Barcelone, en Espagne, et rattaché à l’Universitat Pompeu Fabra. L’article a été publié en 2025 dans la revue Cognitive Computation, avec le DOI 10.1007/s12559-025-10436-y.

Processus de recherche

1. Base de données et sujets d’étude

L’étude utilise la base de données de signatures MCYT, qui contient des données de signatures manuscrites en ligne provenant de 330 participants. Chaque participant a fourni 25 signatures authentiques et 25 signatures forgées. Les données ont été collectées à l’aide d’une tablette Wacom Intuos A6 USB, enregistrant la position du stylet (coordonnées x, y), la pression (p), ainsi que l’angle d’azimut et l’angle d’altitude.

2. Insertion et extraction du tatouage

Technique de tatouage DCT

  • Insertion du tatouage : Le signal de signature est d’abord transformé en fréquence à l’aide de la transformée en cosinus discrète bidimensionnelle (DCT2). Ensuite, un tatouage binaire généré aléatoirement est inséré dans les coefficients DCT, avec la force du tatouage contrôlée par le paramètre α. Enfin, le signal est retransformé dans le domaine spatial via la DCT inverse, produisant un signal de signature avec le tatouage intégré.
  • Extraction du tatouage : En comparant les coefficients DCT du signal original et du signal tatoué, le tatouage est extrait à l’aide de la formule ( wr = \frac{dct{watermarked} - dct_{original}}{\alpha} ).

Technique de tatouage DWT

  • Insertion du tatouage : Le signal de signature est décomposé à l’aide de l’ondelette de Haar, produisant des coefficients d’approximation et de détail. Le tatouage est inséré dans les coefficients d’approximation, et le signal est reconstruit via la transformée en ondelettes inverse.
  • Extraction du tatouage : Le signal tatoué est décomposé en ondelettes, et le tatouage est extrait en comparant les coefficients d’approximation du signal original et du signal tatoué.

3. Optimisation des paramètres et analyse des erreurs

L’étude détermine expérimentalement les valeurs minimales de α pour les techniques DCT et DWT, respectivement 2,56 et 0,71, afin d’assurer une extraction sans erreur du tatouage. De plus, l’impact de différentes valeurs de α sur la distorsion du signal et la précision de l’extraction du tatouage est analysé.

4. Insertion de tatouage multi-bits

L’étude explore également les techniques d’insertion de tatouage multi-bits, où plusieurs bits d’information sont insérés dans chaque échantillon. Les effets de l’insertion multi-bits sur la distorsion du signal et le taux de reconnaissance biométrique sont validés expérimentalement, et une stratégie d’insertion optimale est proposée.

Principaux résultats

  1. Précision de l’extraction du tatouage : Les expériences montrent que les techniques DCT et DWT excellent dans l’extraction du tatouage, en particulier lorsque la valeur de α dépasse un certain seuil, réduisant significativement le taux d’erreur.
  2. Analyse de la distorsion du signal : Avec l’augmentation de α, la robustesse du tatouage s’améliore, mais la distorsion du signal de signature s’accentue. La technique DWT montre une légère supériorité par rapport à la DCT en termes de distorsion.
  3. Taux de reconnaissance biométrique : Dans une plage modérée de valeurs de α, l’insertion du tatouage a un impact minimal sur la précision de la reconnaissance et la performance de vérification, confirmant la faisabilité des techniques de tatouage dans le domaine transformé pour la reconnaissance biométrique.
  4. Performance de l’insertion multi-bits : L’insertion multi-bits augmente significativement la capacité du tatouage, mais aussi la distorsion du signal. L’étude détermine le nombre optimal de bits à insérer pour chaque technique, afin d’équilibrer capacité du tatouage et qualité du signal.

Conclusion et signification

Cet article étudie systématiquement l’application des techniques de tatouage basées sur les domaines transformés DCT et DWT aux signatures manuscrites en ligne. Les résultats montrent que ces techniques permettent d’équilibrer robustesse et imperceptibilité du tatouage, offrant des solutions fiables pour la sécurité et l’intégrité des signatures biométriques en ligne. De plus, l’exploration des techniques d’insertion multi-bits ouvre la voie à des applications de tatouage à haute capacité.

Points forts de la recherche

  1. Méthode innovante : Cet article est le premier à appliquer les techniques d’insertion de tatouage multi-bits aux signatures manuscrites en ligne, augmentant significativement la capacité et la robustesse du tatouage.
  2. Analyse expérimentale complète : Grâce à de nombreuses expériences, les paramètres optimaux des techniques DCT et DWT sont déterminés, fournissant un support théorique pour les applications pratiques.
  3. Application interdisciplinaire : La recherche combine les techniques de tatouage numérique et de reconnaissance biométrique, ouvrant de nouvelles directions dans le domaine de la sécurité informatique.

Autres informations utiles

L’article explore également la tolérance des techniques de tatouage au bruit, montrant que le tatouage peut être extrait avec précision même lorsque le signal est perturbé. De plus, l’étude fournit des données expérimentales détaillées et des codes d’implémentation des algorithmes, offrant des ressources précieuses pour les recherches futures.

Grâce à cette étude, les perspectives d’application des techniques de tatouage dans le domaine transformé pour la protection des signatures biométriques en ligne sont renforcées, fournissant un soutien technique important pour la conception de futurs systèmes d’authentification sécurisés.