Digitale piraterij is de afgelopen jaren veel in het nieuws geweest. In 2015 werden bijvoorbeeld de eerste afleveringen van het nieuwe seizoen van Game of Thrones een dag voor de première gelekt. In slechts één week tijd, werden deze afleveringen maar liefst 32 miljoen keer illegaal gedownload.^[1] Last but not least; in 2016 werd 97% van de Oscar-genomineerde films gelekt vóór de prijsuitreiking.^[2]
 
De filmindustrie heeft er alle belang bij om digitale piraterij zo snel en efficiënt mogelijk aan te pakken. Sommige organisaties willen dit doen door de (miljoenen) mensen die illegaal downloaden op te sporen en te bestraffen. Een betere oplossing is echter om het probleem bij de bron aan te pakken: de enkele digitale piraten opsporen die de video’s illegaal op het internet zetten. Dit is vooral belangrijk wanneer de video’s nog niet officieel zijn uitgebracht en in handen zijn van slechts een kleine groep mensen. Wanneer films gelekt worden voordat ze officieel uitgebracht worden, daalt de winst namelijk met ongeveer 20%.^[3]
 
Een manier om deze digitale piraten op te sporen, is bijvoorbeeld met behulp van een watermerk. Wanneer een video legaal verstuurd wordt naar een klant, plaatst men in deze video een uniek watermerk dat de identificatiegegevens van deze klant voorstelt. Als een onbetrouwbare klant zijn versie met watermerk illegaal op het internet zet, kan men het watermerk uitlezen en de criminele klant identificeren.
 
Hoe het niet moet
De eerder vermelde afleveringen van Game of Thrones werden op voorhand verstuurd naar de pers, zodat deze een review klaar zou hebben op de dag van de première. Om de video’s te beveiligen, kreeg elke recensent een versie met daarin een persoonlijk watermerk. De identificatiegegevens werden weergegeven als tekst in een hoek van de video (zie onderstaande afbeelding links). Er zitten echter enkele nadelen aan het gebruik van dit soort watermerk. Het betekende allereerst dat alle klanten – ook de eerlijke – gestoord werden in hun kijkbeleving; het watermerk blokkeerde namelijk een deel van het beeld. Bovendien was het erg gemakkelijk voor piraten om het watermerk te omzeilen. Ze konden het watermerk simpelweg wazig maken, zodat het niet meer te identificeren was (zie onderstaande afbeelding rechts). Uiteraard bestaan er ook meer geavanceerdere technieken dan bovengenoemde, maar deze technieken zijn niet in staat een watermerk te creëren dat niet storend zichtbaar, moeilijk te verwijderen én op grote schaal te gebruiken is.^[4]
 

 
Een voorbeeld van hoe men video’s niet moet watermerken: het watermerk (links) is storend zichtbaar en gemakkelijk te verwijderen door het wazig te maken (rechts).
 
Hoe ik het doe
In mijn masterproef heb ik een nieuwe methode ontwikkeld, waarin het watermerk wél onzichtbaar, niet te verwijderen en op grote schaal te gebruiken is. Wat deze aanpak zo uniek maakt is dat het watermerk gevormd wordt door kleine foutjes die in elke gecomprimeerde video aanwezig zijn.
 
Het comprimeren van een video wordt gedaan door een video-encoder, die ervoor zorgt dat de bestandsgrootte van de video sterk verkleind wordt. Dit doet hij door de video op te delen in stilstaande beelden. Deze beelden worden vervolgens opgedeeld in kleinere regio’s. Daarna wordt elke regio voorspeld op basis van andere, omringende regio’s. Zo is het bijvoorbeeld heel aannemelijk om te voorspellen dat, bijvoorbeeld in een video waarin planten te zien zijn, naast een blaadje van een plant, een ander blaadje van die plant te zien is. Doordat de voorspelling meestal echter niet 100% correct is, worden er kleine foutjes gemaakt. Deze foutjes worden ook wel ‘compressieartefacten’ genoemd. Gelukkig merkt men deze foutjes doorgaans niet op.
 

“Wat deze aanpak zo uniek maakt is dat het watermerk gevormd wordt door kleine foutjes die in elke gecomprimeerde video aanwezig zijn.”

 
Mijn ontwikkelde watermerkmethode speelt in op bovengenoemd voorspellend gedrag en de daarbij behorende kleine foutjes. Tijdens het comprimeren wordt het watermerk in de video geïntroduceerd door één kleine regio subtiel aan te passen. Deze aanpassing is zo subtiel dat het niet wordt opgemerkt door het menselijke waarnemingsvermogen. Hierbij kan bijvoorbeeld gedacht worden aan het aanpassen van de tint groen van een klein stukje van een blaadje van een plant. Doordat de video-encoder deze kleine regio gebruikt bij de voorspelling van omliggende regio’s, zullen deze omliggende regio’s ook (impliciet) aangepast worden. Dit komt doordat de encoder deze omliggende regio’s anders zal voorspellen dan wanneer men de kleine regio niet had aangepast. Als gevolg zal de encoder dan ook andere kleine foutjes genereren in deze omliggende regio’s. Kortom, door één expliciete aanpassing in één regio, worden vele andere regio’s impliciet ook aangepast.
 
Doordat elke expliciete aanpassing resulteert in andere kleine foutjes, bestaat het watermerk uit deze unieke collectie foutjes. Zo kan een bepaald watermerk bijvoorbeeld voorgesteld worden door de collectie foutjes die gegenereerd is door een bepaalde expliciete aanpassing in de linkerbovenhoek, en een ander watermerk door de fouten die gegenereerd zijn door een bepaalde expliciete aanpassing in de hoek rechtsonder.
 

“Maar zelfs als de piraat de video opnieuw comprimeert, kan de dader met deze nieuwe techniek nog geïdentificeerd worden.”

 
Zoals eerder vermeld, krijgt elke klant een unieke versie van de video met watermerk, waardoor diegene die zijn of haar versie illegaal verspreidt geïdentificeerd kan worden. Het identificeren van de dader gebeurt in deze techniek door de illegaal verspreide video te vergelijken met alle versies met watermerk die er van deze video in omloop zijn. De illegaal verspreide video zal dezelfde foutjes bevatten als de versie met watermerk die eerder verstuurd werd naar de crimineel, waardoor hij kan worden geïdentificeerd.
 
Criminelen kunnen echter vermoeden dat een watermerk in de video aanwezig is en dit watermerk proberen te verwijderen. Ze kunnen bijvoorbeeld de versie met watermerk opnieuw comprimeren voordat ze deze illegaal verspreiden, waardoor vele nieuwe foutjes, of zelfs grote fouten, aan de video worden toegevoegd. De foutjes in de illegaal verspreide video zullen dan niet meer identiek zijn aan de versie met watermerk die door hen ontvangen was. Maar zelfs als de piraat de video opnieuw comprimeert, kan de dader met deze nieuwe techniek nog geïdentificeerd worden. Dit komt doordat de illegaal verspreide versie nog altijd meer gelijkenissen zal vertonen met de versie met watermerk die de crimineel ontvangen heeft, dan met de andere gewatermerkte versies. In andere woorden; de versie die de meeste gelijkenissen vertoont met de illegaal verspreide video, is de versie van de dader.
 
De voordelen
Het grootste voordeel van deze nieuwe techniek is dat de impliciete aanpassingen automatisch gecreëerd worden door de video-encoder en dus normale, veelvoorkomende compressieartefacten zijn. Doordat zulke kleine foutjes ook voorkomen in video’s zonder watermerk, zijn mensen al gewend om ze constant te zien. Ze worden met andere woorden niet als storend ervaren; ze worden zelfs niet eens opgemerkt. Een tweede voordeel van deze techniek is dat een piraat de impliciete aanpassingen niet kan onderscheiden van compressieartefacten die sowieso in de video aanwezig zijn. Hierdoor is het dus ook erg moeilijk – of zelfs onmogelijk – om het watermerk te verwijderen. Zelfs indien hij de video opnieuw comprimeert en de kwaliteit van de video sterk verlaagt, kan de dader nog geïdentificeerd worden. Ten slotte wordt gebruik gemaakt van slimme encoders die deze kleine expliciete aanpassingen snel kunnen maken, waardoor het watermerksysteem toepasbaar is op relatief grote schaal. Kortom, het watermerk is onzichtbaar, niet te verwijderen én op grote schaal te gebruiken.
 
Alternatieve oplossingen
De eerder vermelde afleveringen van het vijfde seizoen van Game of Thrones werden gelekt door een reviewer die niet te vertrouwen was. Hij kon niet opgespoord worden, omdat het betreffende watermerk gemakkelijk te verwijderen was. En wat geeft de producent van Game of Thrones als oplossing? De pers geen afleveringen meer op voorhand sturen bij het zesde en zevende seizoen.^[5] In het komende en laatste seizoen gaan ze zelfs nog een stap verder om er zeker van te zijn dat er niet gelekt wordt: er zullen meerdere eindes van de laatste aflevering gefilmd worden.^[6] Mijn voorstel is om, in plaats van bovengenoemde oplossingen, simpelweg mijn watermerktechniek te gebruiken, zodat de pers toch nog vroeg reviews kan schrijven én onbetrouwbare recensenten opgespoord kunnen worden!

 
Redacteur: Martha Peeters
 

Hannes Mareen

Dit artikel is geschreven op basis van het onderzoek dat Hannes Mareen uitvoerde in zijn masterthesis, waarvoor hij de Agoriaprijs won. In 2017 behaalde hij zijn Masterdiploma in Computer Science Engineering aan de Universiteit Gent. Daarna besloot hij het onderzoek in zijn masterthesis voort te zetten: hij werkt nu als SB-doctoraatsbursaal van het FWO bij IDLab, Universiteit Gent.