Sadržaj

Analiza slika pomoću FotoForensics alata

Analiza slika pomoću FotoForensics alata

Uvod

Slike imaju snagu. Bilo da se radi o svemirskom šatlu koji eksplodira tijekom lansiranja, čovjeku koji hoda mjesecom ili strahovitim požarima koji gutaju dijelove Australije, snažne slike utječu na društvo.

Svakodnevno vidimo stotine slika i velik broj je na neki način digitalno izmijenjen. U svijetu u kojem su slike utjecajnije od riječi, presudno je moći razlikovati činjenice od fikcije.

Pojava sofisticiranog softvera za digitalnu manipulaciju fotografijama i fotorealistične grafike omogućava umjetnicima da ojačaju snagu slika i njihov utjecaj, ali i da prenesu drukčija značenja od onih na izvornoj slici.

Prije digitalnog doba, kako bi se povećao utjecaj i snaga slike ili videa na publiku, koristila se manipulacija scenom, uređivanje tehnikama poput izrezivanja i spajanja negativa ili bi slika jednostavno bila stavljena u drugi kontekst da bi prenijela alternativno značenje.

Softver za digitalno snimanje uklonio je potrebu za fizičkom manipulacijom scene ili negativa. Slike se mogu spajati, grafički poboljšati ili potpuno generirati na računalu. Postoje različite vrste fotografskih manipulacija. Najčešće metode uključuju digitalne preinake, inscenirane scene i pogrešno predstavljen sadržaj. Vješto manipulirana slika može promijeniti gledateljevu interpretaciju događaja, emocionalno stanje i mišljenje.

FotoForensics

FotoForensics je besplatna internetska usluga čiji je cilj pojednostaviti postupak procjene (eng. evaluation) fotografije pružanjem nekoliko jednostavnih alata za analizu slika.

Djeluje poput mikroskopa naglašavajući artefakte i detalje koje ljudsko oko možda neće moći identificirati. FotoForensics analizira fotografiju i prikazuje prikupljene podatke, ali ne izvodi nikakve zaključke. Umjesto toga, pruža algoritme i alate za analizu slike te popratne vodiče (engl. tutorials ) za ispravno korištenje tih alata, kako bi sam korisnik mogao pravilno interpretirati rezultate analize.

FotoForensics početna stranica

Slika 1: FotoForensics početna stranica

U nekim slučajevima analiza možda ne daje jasne ili očekivane rezultate.

Na primjer, ako se analizira slika loše kvalitete kako bi se provjerilo je li izmijenjena, rezultati možda neće omogućiti identifikaciju ikakvih svojstava slike osim “loša kvaliteta, višestruka spremanja”.

To se može dogoditi prilikom analize slike s društvenih mreža, na primjer Facebooka. Facebook uklanja sve originalne metapodatke i zamjenjuje ih vlastitim metapodacima. Dakle, analiza metapodataka neće identificirati ništa osim Facebooka. Facebook također sprema sliku u niskoj kvaliteti, tako da će JPEG kvaliteta (JPEG%) prijaviti sliku loše kvalitete. Analiza razine pogrešaka (engl. Error Level Analysis , ELA) obično vraća taman rezultat s velikim obojenim pravokutnicima, što ukazuje na sliku loše kvalitete i višestruka spremanja slike u JPEG formatu. Čak i ako je slika vizualno izmijenjena, algoritamski rezultati možda neće otkriti puno više od slike koja je spremljena na Facebooku.

Stranicu FotoForensics sponzorira Hacker Factor.

Alati koje nudi FotoForensics

Mrežna stranica FotoForesics pruža nekoliko alata za forenzičku analizu slike.

Slijedi kratak opis najbitnijih od njih, kao i opis svojstava internet-preglednika i formata datoteka koji bi potencijalno mogli utjecati na rezultate analize.

Sažetak datoteke (engl. file digest )

Prije početka analize analitičaru treba neka metoda za provjeru ispravnosti i autentičnosti podatka, kao sigurnost da se analizira ispravna datoteka, a ne neka varijanta datoteke koja je možda izmijenjena.

Svojstva internet-preglednika (engl. browser expectations )

Razlike u nekim svojstvima preglednika mogu utjecati na rezultate analize slike.

Primjerice, Firefox zadržava originalno ime prenesene datoteke, ali ne zadržava put do datoteke na disku s kojeg je ona prenesena. Dakle, web-poslužitelj prima samo naziv datoteke.

S druge strane, Chrome zadržava preneseno ime datoteke, ali put do datoteke zamjenjuje nizom ' C: \ fakepath \' .

JPEG%, procjena kvalitete JPEG slike (engl. estimate JPEG quality )

Određuje zadnju razinu JPEG kvalitete u kojoj je slika spremljena.

Podešavanje boje (engl. color adjustment )

Jednostavan alat za podešavanje prostora HSV boja za analizu.

Analiza metapodataka (engl. metadata analysis )

FotoForensics koristi ExifTool za dohvaćanje metapodataka slike. U nekim se situacijama rezultati dobiveni ExifToolom nadopunjuju dodatnim informacijama koje identificiraju alati koje pruža Hacker Factor.

Svojstva formata slike (engl. format expectations )

Svaki format datoteke ima različita svojstva koji utječu na analizu slike.

Postoji mnogo različitih formata slikovnih datoteka. Mogu se podijeliti u dvije skupine s obzirom na to gubi li se dio informacija iz originalne (engl. raw ) slike pri spremanju u neki format ili ne.

Formati datoteka bez gubitka (engl. lossless ) zadržavaju točne podatke o boji piksela. Ako se slika učita, spremi i ponovo učita, svaki će piksel imati točno istu vrijednost kao prije spremanja. Čak će i pretvorba između dva formata bez gubitka zadržati točno iste vrijednosti boje. Na primjer, PNG i BMP dva su različita formata bez gubitaka. Ako se slika pretvori iz BMP-a u PNG, zadržavat će točno iste vrijednosti piksela iako se format datoteke promijenio.

Format datoteke s gubitkom (engl. lossy ) ne jamči da će boje ostati iste. Kompresija s gubitkom podrazumijeva takvu pretvorbu kod koje se namjerno bespovratno gubi dio podataka u svrhu dobivanja zapisa koji zauzima manje memorije.

Kod JPEG formata pri spremanju određuje se razine kvalitete u kojoj će se slika spremiti (npr. 90 %). Razina kvalitete prilagođava količinu kompresije (slabija kvaliteta stvara datoteke koje zauzimaju manje memorije). Kompresijom se uklanjaju neke informacije o boji.

Kod formata slika s gubitkom prva pohrana slike uzrokuje značajan gubitak boje. Međutim, svako učitavanje slike i ponovno spremanje u istom obliku gubitka rezultirat će manjom dodatnom degradacijom boja.

Analiza razine pogreške (engl. Error Level Analysis, ELA)

Analiza razine pogrešaka (ELA) algoritam je koji procjenjuje potencijal razine pogreške JPEG slike. Slika u JPEG formatu nije savršena kopija izvorne neobrađene slike (engl. raw image ). JPEG je format slike s gubitkom: svako ponovno spremanje degradira sliku. Količina degradacije ovisi o broju ponovnih spremanja. Rezultati ELA-e ističu područja na slici koja su najviše sklona degradaciji boja tijekom ponovnog spremanja. Područja slike na kojima je izvršena manipulacija obično se ističu kao područja s većim potencijalom pogreške u odnosu na ostatak slike.

Svaki put kada alat za grafičku obradu slike spremi JPEG sliku, ona gubi kvalitetu – čak i ako je alat za uređivanje ne promijeni. Pogreške unutar JPEG-a pojavljuju se kao blok-artefakti i iskrivljenja u boji. Blok-artefakti pojavljuju se na granicama skupina od 8 x 8 piksela koje koristi algoritam JPEG. Nakon što se originalna slika modificira, 8 x 8 ćelije koje sadrže modifikaciju više nisu na istoj razini pogreške kao i ostatak nepromijenjene slike. Analiza razine pogrešaka (ELA) funkcionira tako da se slika namjerno spremi u poznatoj razini kvalitete, kao što je 75 %, a zatim izračunava razliku između slika prije i nakon spremanja.

Količina pogreške ograničena je na ćelije dimenzija 8 x 8 piksela koje koristi JPEG algoritam tijekom kompresije. Nakon otprilike 64 ponovna spremanja slike degradacija slike prestaje. Slika vrlo niske kvalitete koja je prošla višestruka ponovna spremanja gubi potencijal pogreške koja nastaje naknadnim spremanjima. Rezultat koji se dobije ELA analizom takvih slika bude crna slika bez vidljivih razlika između verzije slike prije i nakon ELA analize (spremanja na poznatoj manjoj razini kvalitete).

Rezultat crne boje također daje neke informacije o slici:

slika nije original s fotoaparata
vrlo je loše kvalitete
više je puta spremana (moguće i modificirana prije nekog od ponovnih spremanja).

ELA algoritam ne otkriva sve oblike digitalne manipulacije; on samo utvrđuje razlike u stopi JPEG kompresije. Digitalne modifikacije koje ne mijenjaju značajno potencijal pogreške, kao što je manja prilagodba boje na cijeloj slici, ELA možda neće otkriti. Regije ujednačene boje, poput plavog neba ili bijelog zida, vjerojatno će imati niži rezultat ELA (tamnija boja) od rubova visokog kontrasta. Naime, površine ujednačene boje (engl. solid color ) lako se kompresiraju, pa jako brzo dosegnu minimalnu razinu pogreške.

Koraci analize ELA algoritmom:

identificirati na slici rubove visokog kontrasta, niskog kontrasta, teksture površina na slici
usporediti ta područja s rezultatima ELA algoritma – ako postoje značajne razlike, tada se identificiraju sumnjiva područja koja su možda digitalno izmijenjena.

Slični rubovi trebali bi imati sličnu svjetlinu u ELA rezultatu. Svi rubovi visokog kontrasta trebali bi izgledati međusobno slično, kao i svi rubovi niskog kontrasta. Kod originalne fotografije rubovi niskog kontrasta trebaju biti gotovo jednako svijetli kao i rubovi visokog kontrasta.

Slične teksture trebale bi imati slične boje pod ELA-om. Područja s više detalja o površini, kao što je krupni plan košarkaške lopte, vjerojatno će imati veći ELA rezultat od glatke površine.

Bez obzira na stvarnu boju površine, sve ravne površine trebale bi imati približno jednaku boju u rezultatima ELA algoritma.

Primjeri analize slika

Slijedi nekoliko primjera analize slika.

Prvo slijedi analiza originalne slike uslikane mobilnim telefonom i modificirane verzije te slike, a zatim analiza nekoliko fotografija s interneta preuzetih s portala s vijestima.

Analiza originalne fotografije

Fotografija je snimljena kamerom mobilnog uređaja Samsung SM-J730F i spremljena u JPG formatu na tom mobilnom uređaju.

Originalna verzija slike (Original.jpg) snimljena kamerom mobilnog uređaja Samsung SM-J730F

Slika 2: Originalna verzija slike (Original.jpg) snimljena kamerom mobilnog uređaja Samsung SM-J730F

Nakon prijenosa originalne slike na FotoForensics uslugu učitavanjem na početnoj stranici prikazanoj na Slika 1, pokreće se analiza.

Slijede rezultati analize i njihova objašnjenja.

Sažetak datoteke Original.jpg

Slika 3: Sažetak datoteke Original.jpg

Slika 3 prikazuje sažetak originalne slike izračunat algoritmima MD5, SHA1 i SHA256. Također sadržava i osnovne podatke o slici, kao što su dimenzije, broj kanala boje i ime datoteke. Može se primijetiti da je ime datoteke 'Original.jpg', dakle imamo samo ime datoteke, bez ikakve putanje, iz čega se može zaključiti da je za analizu korišten Firefox internet-preglednik.

Rezultat alata JPEG% za sliku Original.jpg

Slika 4: Rezultat alata JPEG% za sliku Original.jpg

Slika 4 prikazuje zadnju razinu JPEG kvalitete u kojoj je slika spremljena (97 %). Također prikazuje i kvantizacijske tablice za sliku koje su korištene za kompresiju slike. Ove tablice ograničavaju raspon vrijednosti koje se komprimiraju JPEG algoritmom. Tablice se pohranjuju u JPEG i izravno su odgovorne za kvalitetu slike.

Rezultati ELA analize slike Original.jpg

Slika 5: Rezultati ELA analize slike Original.jpg

Slika 5 prikazuje rezultate ELA analize slike. Originalna slika sadrži dosta regija ujednačene boje, poput bijelog ormara, crne pozadine na slici ili jednobojnih korica knjige. Zbog toga te regije imaju niži rezultat ELA (tamnija boja) od rubova visokog kontrasta. Najveću razinu pogreške imaju rubovi visokog kontrasta u područjima od 8 x 8 piksela koji se nalaze na mjestima na slici gdje je tekst ili na rubovima objekata.

Analiza modifikacije originalne slike

Slika iz prethodnog primjera modificirana je na način da je u okvir fotografije na polici na poziciju teksta naknadno dodana slika cvijeća. Softver koji je korišten za promjenu slike jest servis Pixlr.

Modifikacija originalne slike (Modified-02.jpg)

Slika 6: Modifikacija originalne slike (Modified-02.jpg)

Modificirana slika je zatim analizirana na servisu FotoForensics.

Slijede rezultati analize i njihova objašnjenja.

Sažetak datoteke Modified-02.jpg

Slika 7: Sažetak datoteke Modified-02.jpg

Slika 7 prikazuje sažetak modificirane slike izračunat algoritmima MD5, SHA1 i SHA256. Vidljivo je da se sažetci, ali i naziv i dimenzije, razlikuju od onih u sažetaku originalne slike.

Rezultat alata JPEG% za sliku Modified-02.jpg

Slika 8: Rezultat alata JPEG% za sliku Modified-02.jpg

Slika 8 prikazuje zadnju razinu JPEG kvalitete u kojoj je slika spremljena (90 %). To znači da je nakon uređivanja slika spremljena u JPEG formatu u kvaliteti 90 %. Generalna kvaliteta slike je 90 % od 97 %, odnosno 87.3 % (originalna slika imala je kvalitetu 97 %).

Rezultati ELA analize slike Modified-02.jpg

Slika 9: Rezultati ELA analize slike Modified-02.jpg

Slika 9 prikazuje rezultate ELA analize. Originalni dijelovi slike su malo tamniji nego na prvoj slici Original.jpg. Sve površine iz originalne slike koje imaju sličnu teksturu imaju i jednaku razinu pogreške. To isto vrijedi i za rubove sličnog kontrasta. Modificirani dio slike, koji je zaokružen crvenom bojom, vidljivo je svjetliji od ostatka slike, odnosno ima veće ELA vrijednosti (veću razinu pogreške). To sugerira da je označeni dio slike do sada prošao manje spremanja (kompresija) od ostatka slike, što sugerira da taj dio nije bio u sklopu originalne slike.

Analiza fotografije s internet portala

Sljedeća slika preuzeta je s portala Huffpost. Dio je galerije fotografija obilježavanja 12. obljetnice napada na World Trade Center u New Yorku.

Slika preuzeta s Huffpost.com

Slika 10: Slika preuzeta s Huffpost.com

U opisu slike stoji :„ New York City Police Commissioner Ray Kelly, right, hugs a friend at the 9/11 Memorial during ceremonies marking the 12th anniversary of the 9/11 attacks on the World Trade Center in New York, Wednesday, Sept. 11, 2013. (AP Photo/Stan Honda, Pool)“.

Rezultati ELA analize slike preuzete s Huffpost.com - dio1

Slika 11: Rezultati ELA analize slike preuzete s Huffpost.com - dio1

Dijelovi slike označeni crvenim pravokutnicima imaju znatno više ELA vrijednosti nego ostatak slike. Rezultati analize sugeriraju da su ti dijelovi naknadno dodani.

Logo s jakne čovjeka sa slike preuzete sa Huffpost.com

Ako uvećamo što se nalazi na dijelu slike koji po rezultatima analize djeluje modificiran, jasno vidimo samo dijelove teksta. Izgleda kao da se radi o logu „NY 8 PD“ i natpisu „Emergency Service“ (gornji dio slike) „Brooklyn North“ (donji dio slike).

Pretraživanje slika sličnih ovom logu na servisima TinEye i Google Image Search nije dalo rezultata.

Međutim, djeluje kao da je taj dio slike naknadno dodan da bi se naglasila poruka da je čovjek u jakni pripadnik policijskih snaga i da je možda bio prisutan na mjestu nesreće na dan napada na WTC.

Rezultati ELA analize slike preuzete s Huffpost.com - dio2

Slika 12: Rezultati ELA analize slike preuzete s Huffpost.com - dio2

Dijelovi slike označeni plavim pravokutnicima prikazuju rubove koji imaju vidljivo više ELA vrijednosti od ostalih rubova na slici. Slični rubovi trebali bi imati sličnu svjetlinu u ELA rezultatu. Svi rubovi visokog kontrasta trebali bi izgledati međusobno slično, kao i svi rubovi niskog kontrasta. Rezultati analize sugeriraju da su označeni rubovi izoštreni. Naime, izoštreni rubovi i teksture stvaraju veći potencijal pogreške (imaju više ELA vrijednosti). Ako se koriste softveri za uređivanje slike, kao što je Photoshop, jednostavan čin spremanja slike može automatski izoštriti teksture i rubove stvarajući veći potencijal pogreške. Ovaj artefakt ne identificira namjernu izmjenu; on identificira samo da je vjerojatno korišten Adobe proizvod.

Zaključak

Sveprisutni pametni telefoni s ugrađenim kamerama tijekom proteklog desetljeća pomogli su nam u stvaranju više fotografija nego ikad prije. Procijenjeno je da je tijekom 2017. godine snimljeno 1,2 bilijuna fotografija, a više od 3 milijarde slika podijeljeno je preko društvenih medija svaki dan [1].

Otkako su telefoni s kamerama visoke rezolucije postali svakodnevica, slike koje su snimili civili postali su bitan medij za prenošenje informacija u digitalnom dobu.

Čak su i vrhunski fotografi koji snimaju fotografije za medije počeli digitalno modificirati svoje fotografije [2] – dramatičnije slike prenose snažniju poruku, snažnije utječu na emocionalno stanje publike, njihovu interpretaciju događaja koje slika prikazuje i cjelokupno formiranje mišljenja javnosti.

U svijetu u kojem su slike postale jedan od glavnih načina prijenosa informacija preko internet-platformi dostupnih cjelokupnoj globalnoj populaciji, digitalna manipulacija slika omogućava manipulaciju publikom i mišljenjem javnosti.

FotoForensics servis omogućava jednostavnu analizu slike i identificiranje potencijalnih modifikacija. Iako niti nakon analize ne možemo sa stopostotnom sigurnošću znati kakva konkretno i koliko bitna modifikacija je napravljena na slici, možemo na brz i jednostavan način provjeriti sumnjive fotografije i na temelju rezultata analize donijeti odluku hoćemo li analizirane fotografije i poruke koje se njima pokušavaju prenijeti prihvatiti kao autentične ili s dozom opreza i sumnje.

Izvori

[1] Stephane Lavoie, 31.7.2018., Modern Photography Is Changing How We Remember Our Lives

[2] Von Matthias Krug , Stefan Niggemeier, 08.05.2013., Exploring the Boundaries of Photo Editing

[3] Dr. Neal Krawetz, Hacker Factor, FotoForensics