SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se encuentra dentro de las tecnologías de la información y las comunicaciones y en concreto dentro del campo de la auditoría de video secuencias.
ESTADO DE LA TÉCNICA
La autenticación de los sistemas de video vigilancia comprende el proceso de preservar la integridad del vídeo original así como los datos asociados de la escena. Este proceso, en el que se asegura que las imágenes no han sido manipuladas, tiene especial importancia para la presentación de secuencias de vídeo como una evidencia en procesos penales o en auditorías. Además de la preservación del contenido es importante validar la fecha y la hora asociadas a la secuencia considerada. Un ejemplo concreto donde se requiere éstos datos asociados a la video-secuencia es en los sistemas de peaje a la sombra, en los que una empresa concesionaria de una autopista factura al gobierno dependiendo del número de vehículos y tamaño de los mismos que circulan por dicha autopista. Para que el gobierno pueda validar los datos se le proporcionan las secuencias de vídeo, pero sería necesario validar que las fechas correspondientes a dichas secuencias son las reales y no corresponden a secuencias tomadas en fechas u horas diferentes.
Las técnicas actuales de autenticación del contenido del vídeo se pueden dividir en dos grandes grupos: criptografía de los datos digitales obtenidos y añadir marcas de agua (watermarking) a las imágenes de la secuencia. El primer grupo se basa en codificar la secuencia digitalizada de la escena mediante algún tipo de algoritmo criptográfico [1], de forma que se imposibilita la manipulación de los datos si no se tiene la clave correspondiente. En los sistemas basados en watermarking se enmascara dentro de cada imagen una marca no visible, de forma que si se manipulan las imágenes se pierde la marca, constatando que el vídeo ha sido manipulado. Algunos trabajos que describen la inclusión de este tipo de marcas son [2-5]. Además de estos dos grupos de técnicas existen también algunas propuestas en forma experimental que tratan de verificar la manipulación del contenido del video mediante técnicas de reconocimiento de patrones [6]. En la actualidad existen cámaras que pueden incorporar técnicas de criptografía, así como de watermarking.
Sin embargo, al auditar las escenas, además de verificar que no han sido manipuladas, se debe asegurar que la fecha y la hora corresponden con la realidad y que la secuencia no corresponde con lo sucedido en otra franja de tiempo. Si bien este problema puede ser resuelto mediante la encriptación de esos datos en la secuencia de vídeo, esto requiere tener cámaras que sean capaces de realizar tal encriptación, por lo que se haría necesario sustituir todo el sistema de video vigilancia. Por otro lado, el usuario que requiere la autenticación de la fecha y la hora no tiene por qué ser el propietario del sistema de video vigilancia, como se da en el ejemplo del peaje a la sombra, por lo que la manipulación de las mismas puede ser realizada antes de que se produzca el cifrado del mismo.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Descripción General
El equipo que se describe en esta invención consta de un panel de autenticación ( 1) que mostrará en un área de código (2) la fecha y la hora encriptadas consistiendo la representación de dicho código en la iluminación por medio de diferentes colores de una serie de LEDs o panel de LEDs. El panel también puede contener un área de información al usuario (3) destinado a mostrar mensajes o imágenes que no tiene por qué estar relacionada con la aplicación. El panel mostrará también unas marcas de referencia ( 4) necesarias para localizar dicho panel en un sistema de análisis de las secuencias cuando la cámara tiene cierto movimiento debido a oscilaciones físicas. El sistema de control del panel (5) estará encargado de obtener la fecha y la hora, sincronizarlas, almacenar las claves criptográficas, ejecutar el algoritmo de encriptación, además de controlar posibles funciones adicionales de monitorización del propio panel y de la alimentación recibida, así como de controlar la comunicación con el servidor de análisis (9) . La energía necesaria para alimentar el panel puede ser obtenida mediante una placa solar ( 6) conectada a un sistema de regulación de carga inteligente y de acumulación de batería (7) , contemplando también la posibilidad de utilizar una batería simple.
La escena vigilada, en la que se incluye el panel de autenticación, es captada por una cámara (8) y digitalizada junto con la información de fecha y hora proporcionada por la cámara, de forma que la información se envía a un servidor con los algoritmos necesarios para localizar el panel de autenticación en la imagen, leer correctamente el código reflejado en la escena real y desencriptarlo para verificar que la fecha y hora de la escena reales coinciden con la información proporcionada junto con la secuencia de vídeo.
Descripción Detallada.
El equipo de autenticación de fecha y hora en escena que se preconiza incluye un panel de autenticación que contendrá, al menos, un área de código donde será mostrado el resultado de encriptar la fecha y la hora mediante una relación entre el código de cada bit o conjunto de bits con un determinado grupo de LEDs. La codificación para representar cada bit puede consistir en apagar o encender un LED asociado para representar un cero o un uno. Sin embargo, se prefiere la codificación en colores distintos para garantizar que, en caso de mal funcionamiento de un grupo de LEDs, pueda ser detectado el fallo y no se asocie con código alguno. Las dimensiones del área de código dependerán de la longitud del mismo y del tamaño de LED asociado a cada bit, debiendo ocupar éste tamaño un mínimo de 8 píxels en la imagen digitalizada. Además del área de código el panel contendrá un área de información de usuario (3) , que puede destinarse tanto a la información de individuos o vehículos que transiten por la escena bajo vigilancia, como a publicidad.
La parte visible del panel se completa con unas marcas situadas en zonas concretas del panel, denominadas marcas de referencia ( 4 ) , y que estarán iluminadas de forma que sean fácilmente identificables por un sistema de visión artificial. Dado que las cámaras destinadas a video vigilancia o monitorización del tráfico pueden tener fuertes oscilaciones, es importante poder identificar en cada momento en qué lugar de la imagen se encuentra el panel. Mediante estas marcas de posicionamiento se facilita la labor de localización del panel y su interpretación posterior para contrastar la información codificada.
Respecto al algoritmo de encriptación de la fecha y de la hora puede ser tanto simétrico, en cuyo caso el servidor de autenticación (9) debe conocer la clave de cada panel, como asimétrico, en cuyo caso el servidor solo contendrá la clave pública del panel, siendo la clave privada solo conocida al programar el panel. La mínima longitud de clave propuesta es de 32 bits para garantizar que no pueda ser rota la seguridad y manipular una escena con los códigos correspondientes a otra fecha. El intervalo de cambio de mensaje de cifrado puede ser programado, con un intervalo mínimo de un minuto y un intervalo máximo de diez minutos.
Como medida de seguridad adicional se puede incorporar una célula de proximidad que detecte cuando un objeto está en el entorno del panel, de manera que cuando se produzca esta situación, se codifica la fecha y la hora utilizando una clave alternativa. Esta funcionalidad permite relacionar la información proporcionada por el panel con parte de la acción que está sucediendo en la escena, siendo fácilmente comprobable esta situación por un algoritmo de visión artificial.
Adicionalmente, el sistema de control del panel puede tener un módulo de comunicación con el servidor de autenticación, de forma que puedan intercambiar información. Dado que las posibles aplicaciones del equipo propuesto condicionan que los mismos puedan localizarse en sitios donde no exista cableado, este módulo debe estar basado en la transmisión de mensajes por tecnología móvil (GSM, GPRS o UMTS) . En este sentido, es posible establecer un protocolo de comunicaciones para el cambio consensuado de clave cada cierto tiempo, de manera que las claves son dinámicas, resultando más difícil la encriptación. Además, este módulo de comunicaciones puede ser utilizado para notificar situaciones de alerta como la detección de un LED fundido, batería baja o un posible intento de saboteo del panel.
Para asegurar el sincronismo de fecha y hora, y que no se produzcan errores de autenticación debidos a un desajuste de estos datos, se contempla un receptor de señal RDS a partir del cuál se pueden obtener los datos de fecha y hora y compararlos con los del propio sistema para corregir los desajustes. La alimentación del panel se realizará de forma preferente pero no limitativa mediante un sistema de placa solar, regulador de carga y batería de acumulación. La potencia a considerar debe contar con la potencia requerida por los paneles LED (código, información y marcas de referencia) , el sistema de comunicación, el receptor RDS y el sistema de control global.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para completar la descripción de la invención y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, con carácter ilustrativo y no limitativo, un juego único de esquemas donde se ha representado un panel de autenticación ( 1) con sus diferentes elementos, la cámara (8) de captación de la escena y un servidor donde se ejecutará el software (9) . La disposición de los elementos no obedece a escala alguna, pudiendo estar el servidor en cualquier localización remota.
MODO DE REALIZACIÓN
Atendiendo a la descripción aportada y la Figura 1 que se adjunta se detalla una realización donde el panel de LEDs está empotrado en una carcasa galvanizada. El panel deberá iluminar cuatro marcas de referencia en color rojo para la correcta situación por parte de los algoritmos de visión artificial del software. El código es encriptado mediante un algoritmo de encriptación simétrica AES (Advanced Encr y ption Standard) y en concreto en su modalidad Rijndael con un bloque de cifrado de 128 bits.
La clave simétrica se almacena en memoria EEPROM del sistema del control del panel y se comunica al servidor central de control de ese panel para la posterior desencriptación del código por parte del software de procesado. El tamaño del panel se diseña para que, una vez calibrada la cámara, cada bit ocupe en la imagen al menos 8 píxels de forma que pueda ser identificado sin problemas el código. Los LEDs correspondientes a Oy 1 se realizarán en colores diferentes al negro y rojo para evitar la confusión al fundirse una zona de LEDs y no dificultar la búsqueda de marcas de referencia por parte del algoritmo de visión artificial.
El panel se complementa con un mástil también galvanizado donde irá alojada la placa microcontroladora que se encargará de leer la fecha y hora de un dispositivo RDS cada dos minutos, encriptará la información de acuerdo con la clave almacenada y actuará sobre cada conjunto de LEDs asociados a los códigos Oó 1 de los bits que comprenden el mensaje cifrado.
La alimentación es obtenida mediante un sistema compuesto por una batería, una placa solar con acumulador de tensión y un equipo de regulación de carga inteligente, de manera que cuando se detecta que la alimentación solar acumulada es insuficiente se alimentará el panel mediante la batería descrita.
El servidor en el que se procederá a la autenticación de la fecha y hora está dotado de una memoria RAM de 2Gb, memoria en disco duro de 160Gb y tarjeta gráfica entre otros elementos. En este servidor se ejecutan los algoritmos de visión artificial para localizar el panel en la imagen mediante las marcas de referencia, leer el código encriptado a partir de los LEDs y, conociendo la clave simétrica, desencriptar el mismo para poder comprobar que la fecha y hora asociadas con la video secuencia se corresponden con la información que se quiere autenticar.
BIBLIOGRAFÍA
[1] F. Liu, H. Koenig, "A survey of video encr y ption algorithms", Computers &
Security, 29, 1, 3-15, 2010. 5
[2] Q. Sun; D. He; Q. Tian; , "A Secure and Robust Authentication Scheme for Video Transcoding, " IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, 16, 10, 1232-1244, 2006.
[3] M. Barni, F. Bartolini, A. Piva, "Digital watermarking for the authentication of A VS data", Proceeedings ofthe EUSIPCO 2000, Tampere, Finland, 2000.
[4] X. Li, Y. Shoshar, A. Fish, G. Jullien, O. Yadid, "Hardware Implementations of
video watermarking", Proceedings of the VI Conference on Information Research and 15 Applications, Varna, Bulgaria, 2008.
[5] P. Su; C. Chen; H. Chang, "Towards Effective Content Authentication for Digital Videos by Employing Feature Extraction and Quantization, " IEEE Transactions on Circuits and Systemsfor Video Technology, , 19, 5, 668-677, 2009.
[6] M. Vatsa, R. Singh, S. K. Singh, S. Upadhyay, "Video Authentication Using Relative Correlation Information and SVM", en Computational Intelligence in MultimediaProcessing: RecentAdvances, 511-529, Springer, 2008.
