федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева»

Свежие новости

События

Как защитить карту местности от взлома?

Как защитить карту местности от взлома?

Самарский университет

Интервью ассистента кафедры геоинформатики и информационной безопасности Юлии Выборновой

Гранты студенту сотруднику бортжурнал Полет (газета) кафедра геоинформатики и информационной безопасности Интервью Наука институт информатики математики и электроники Сергеев Владислав Выборнова Юлия
02.03.2021 2021-07-06
Юлия Выборнова ведёт криптографию у 4 курса ИБАС (информационная безопасность автоматизированных систем) и курирует дипломников. В декабре 2019 года девушка защитила диссертацию по теме "Метод защиты векторных данных на основе встраивания растровых цифровых водяных знаков" (научный руководитель – Владислав Сергеев) и стала первым российским учёным, кто предложил новый способ защиты авторских прав на векторные данные, стойкий ко всем типам злоумышленных атак и не искажающий точность таких данных.
Работа примечательна ещё и тем, что находится на стыке геоинформатики и информационной безопасности. Юлия рассказала о разработке, а также о том, каково это – быть девушкой-исследователем в ИТ и почему она выбрала карьеру учёного.
"В России почти нет исследований по защите векторных данных"
Учёные кафедры геоинформатики и информационной безопасности (ГИиИБ) плотно занимаются разработками в сфере геоинформатики. На базе кафедры существует центр приёма, обработки и анализа космической информации, на крыше научного корпуса – мощные антенны. Они принимают данные с нескольких спутников дистанционного зондирования Земли с радиусом зоны видимости 2,5 тыс. км. Космоснимки используются для создания картографических ИТ-продуктов, применяемых в сфере градостроительства, сельского хозяйства, транспорта, экологии, метеорологии и др.
Карты существуют в двух форматах – растровом и векторном. Растровые – это пиксельные карты, фотографии со спутника. Векторные же состоят из точек, линий, прямоугольников и многоугольников и содержат географические координаты. Они делаются вручную, считаются более точными и более дорогими из-за трудоёмкости их создания. На кафедре есть целый отдел, который занимается отрисовкой таких карт. Векторные данные более привлекательны для мошенников, которые могут их украсть и перепродать с целью материальной выгоды.
Как ни странно, исследований в сфере защиты векторных данных в России почти нет, хотя отраслей, где применяются такие карты, становится всё больше. Так оформилась задача для диссертации – найти способ защиты авторских прав на векторные данные с помощью цифровых водяных знаков, который позволит авторам доказать и отстоять свои права на интеллектуальную собственность.
"Наши цифровые водяные знаки изменяют порядок вершин полигонов"
Основная идея встраивания цифровых водяных знаков (ЦВЗ) заключается во внесении в защищаемые данные искажений. На основе этих искажений при необходимости извлекается зашифрованная информация об авторе. Эти искажения могут быть видимыми или исчезающе малыми.
Мировые исследования в этом направлении начались в 2002 году, и это были методы, которые искажают координаты. Самарские учёные предложили подход, когда ЦВЗ не встраиваются в координаты, а изменяют порядок вершин полигонов.
Полигон – это нарисованный многоугольник (например, дом) на карте. Координаты его вершин хранятся в базе данных в определённом порядке, и если его поменять, то полигон преобразится в другую фигуру. Поэтому было решено вносить ЦВЗ, сдвигая порядок вершин циклически, то есть ставить в определённое место первую вершину и от неё нумеровать следующие. Место первой вершины задаёт ЦВЗ.
Получается, что ЦВЗ – это картинка, сетка пикселей. Картинка "накладывается" на векторную карту, и центр каждого полигона попадает в определённую ячейку картинки, значение яркости пикселя которой встраивается в полигон (до 8 бит). Как правило, не все пиксели попадают в полигоны, но при извлечении картинку легко восстановить при помощи методов интерполяции.
Усилить уровень защиты помогает более сложная картинка. В нашем случае это специально сгенерированная голограмма, внутри которой есть битовая последовательность из 0 и 1. Она устойчива к искажениям, даже если вершин полигонов мало, скрытая битовая последовательность будет извлечена корректно.
Следующий шаг – запатентовать технологию
Разработанный метод подходит для защиты авторских карт, находящихся в закрытом доступе, это могут быть планы городов или границ территорий. Главное условие – наличие многоугольников. К сожалению, для карт, состоящих из незамкнутых линий, она не применима.
Пока практическое применение идеи сдерживает отсутствие законодательства в этой сфере. Не существует точного регламента, как закрепить за владельцем цифровой водяной знак, какой орган выдает лицензию на его авторство и т.д.
Но мы планируем патентовать технологию и совместно с сотрудниками кафедры продолжать разработку по защите других векторных данных – 3D-моделей, графических чертежей и т.п. Интересно продолжить исследование в направлении проверки подлинности: разработать методы, позволяющие выявить подделку векторных данных. В целом хочется разработать большой пакет методов, который позволит обеспечить защиту различных типов векторных данных от всех возможных угроз.
"Вначале учёные нам не доверяли и публикации отклонялись"
В начале исследования мы стали активно предлагать научным журналам статьи, чтобы закрепить за собой авторство на новую и перспективную идею. Но столкнулись с проблемой - у новой разработки почти нет научного бэкграунда в виде опубликованных статей, нам не доверяли, и наши материалы отклонялись либо отправлялись на доработку. В итоге, когда мы представили достаточно развернутые научные результаты, наши статьи начали публиковать в различных сборниках, и большинство из них – это довольно престижные научные издания.
Я приняла участие во множестве российских конференций, в конце 2018 года выступила с докладом в Германии. Одним из самых больших достижений стало участие в конференции SECRYPT в Праге. Это крупное научное событие в области криптографии и информационной безопасности с очень высоким рейтингом среди всех мировых конференций. Туда очень трудно попасть, все статьи серьёзно рецензируют, и возможность выступить там была для нас показателем, что мы сделали что-то стоящее!
Для защиты диссертации обычно представляют две публикации ВАК. У меня было 11 публикаций, большая часть на английском. Основные результаты диссертации опубликованы были в сборнике Communications in Computer and Information Science авторитетного зарубежного издательства Springer.
"Перед защитой диссертации я сидела за компьютером по 14-16 часов, и мне казалось, что все потеряно"
Я поступила в аспирантуру в 2015 году, когда она стала ещё одним полноценным высшим образованием, срок обучения увеличился до 4 лет, появилось много лекционных занятий, посвящённых работе в вузе: разработка учебной программы, методических пособий, регламент написания и публикации статей, в том числе в зарубежных изданиях (там и правда много нюансов), психология и педагогика. Для тех, кто планирует преподавать, эти знания не будут лишними.
Исследовательская работа идёт параллельно с посещением пар и в идеале заканчивается защитой с присвоением учёной степени и выдачей диплома преподавателя-исследователя. Но, к сожалению, многие аспиранты останавливаются на дипломе преподавателя вуза. Я считаю, что, проделав такой большой исследовательский путь, защититься всё-таки надо. Понимаю, что это непросто, перед защитой я сидела за компьютером по 14-16 часов и иногда мне казалось, что всё потеряно, но, как известно, путь к звёздам всегда тернист.
"В науке не заказчик решает, какой будет результат, а решаешь ты сам"
Студенткой мне нравилось проводить исследования в рамках НИРС. У меня не было планов на далёкое будущее, хотелось понять, к чему лежит душа. Я начала работать на ИТ-должности и вскоре определилась: буду заниматься наукой. На мой взгляд, это более творческая работа, здесь не заказчик решает, какой будет результат, а ты сам.
Научные разработки можно вести на средства государственного гранта. Оплата твоего труда зависит от размера гранта и его длительности. Сейчас я работаю по двум грантам.
"Ещё десять лет назад встретить девушку на факультете было редкостью"
В 2010 году встретить девушку на факультете информатики было большой редкостью, встречались такие преподаватели, которые к нам относились скептически и пытались понять, кто же помогает нам учиться. Сейчас некоторые группы на 50% состоят из девушек, и часто они показывают весьма хорошие результаты.
ИТ - востребованная и популярная сфера, понятно, почему она пользуется спросом и у девушек. Но каждая девочка, вступающая на ИТ-путь, должна понимать, что здесь нет графика с 8 до 17– есть дедлайны, такая работа занимает большую часть времени. К выбору профессии нужно подходить ответственно, самое главное – нужно гореть своим делом, и тогда работа станет неотъемлемой частью жизни и будет вдохновлять вас становиться лучше каждый день!
 
Татьяна Дмитриева
Фото предоставлено героем интервью