Cryptographie visuelle pour l’authentification de documents

par Jacques Machizaud

Thèse de doctorat en Image, vision, signal

Sous la direction de Thierry Fournel et de Pierre Chavel.

Le président du jury était Jean-Paul Delahaye.

Le jury était composé de Patrick Callet, Jean-Marc Chassery, Stelvio Cimato, Mathieu Hébert.


  • Résumé

    La cryptographie visuelle consiste à partager entre plusieurs « Shadow Images » (SIs) un secret qui ne se révèlera à l'oeil de l'observateur qu'à leur superposition. Depuis les travaux de Naor et Shamir, ce procédé cryptographique a été étendu à Des schémas numériques variés, adaptés à diverses problématiques. En revanche, les travaux concernant son implémentation physique sont peu nombreux à ce jour. Cette thèse est consacrée à l'implémentation de la cryptographie visuelle sur des SIs imprimés en demi-tons en vue de l'authentification de documents. Le SI associé au document peut être imprimé sur support opaque ou transparent, les autres SIs étant imprimés sur films transparents. Nous avons résolu la difficulté de leur superposition par une méthode de Fourier permettant le recalage de la structure quasi-périodique d'un SI. La précision de cette méthode nous a permis de développer un système optique de superposition par projection. On verra que les phénomènes physiques responsables du rendu visuel de SIs superposés sont propices à une protection contre la copie illicite du SI associé à un document. La complexité de ces phénomènes et leur dépendance au type d'impression imposent une modélisation physique pour obtenir un rendu précis. Cette approche nous a conduit à considérer la problématique de la reproduction des couleurs et à développer des modèles spectraux adaptés à la superposition de supports imprimés non diffusants et/ou diffusants, en réflexion et en transmission. La précision de ces modèles prédictifs est tout à fait satisfaisante au regard de celle habituellement obtenue dans le domaine de la reproduction des couleurs. Cela nous a permis d'introduire une approche originale de la cryptographie visuelle par ajustement de couleur (color matching) : une même couleur, à une tolérance près basée sur la vision humaine, est générée par différents demi-tons imprimés sur les supports à superposer. La couleur du message peut ainsi constituer un secret partagé entre les SIs de la même façon que l'est le contenu du message. Chaque SI pris individuellement ne laisse fuir aucune information sur la couleur du message, qui ne sera révélée qu'à leur superposition. Cela peut permettre de prévenir une attaque par falsification du SI associé au document (cheating attack ). De plus, le rendu des couleurs étant très dépendant du système d'impression utilisé, une reproduction fidèle à partir d'un système d'impression différent est difficile. La difficulté peut être encore accrue par l'utilisation de caractéristiques d'impression non standard

  • Titre traduit

    Visual cryptography for documents authentification


  • Résumé

    In this thesis, we will focus on the physical implementation of visual cryptography, which consists in sharing a secret message between several unmeaning images, so-called shadow images, at least one of them being printed. By the principle of the method, no information leaks about the message until the images are properly stacked together. As the alignment of the shadow images hampers the deployment of the visual cryptography in practice, we develop a dedicated image registration method. In contrast with existing methods, ours is not intrusive. We make use of the particular shape of the elementary constituents of the shadow images, the shares, to extract in the Fourier domain the main parameters of the geometrical transformations occurring between the superposed images. We prove that this method allows subpixel accuracy in shadow images registration. We benefit from such ability by implementing visual cryptography in an image projection configuration : the digital shadow image is projected onto the printed one. In this way, the registration is performed automatically by using a digital camera (the resulting superposition being observable by the eye). For the purpose of authentication, one has to deal with specific attacks: the shadow image attached to a given document could be tampered with or copied. In order to prevent such attacks, we have increased the di_culty to reproduce the shadow image by considering color. This approach requires a complete management of colors. Thanks to recent advances in color reproduction, we are able to predict the reflectance and transmittance spectra of supports printed in color. In this thesis, we develop new spectral prediction models namely for piles of printed transparencies as well as for transparencies stacked onto papers, all printed in color. Thus, we are able to predict the color of each share in a shadow image to be printed and to achieve color matching i.e. we are able to reach a color by various combinations of superposed colors. Such a prediction allowed us to introduce a new approach in visual cryptography: color matching when revealing the secret message to be shared into two (or more) shadow images, in order to authenticate the shadow images provider. As the prediction models are sensitive to the calibration of the printing system (printer, inks, supports, halftoning and geometry measurement conditions), the use of special materials will increase the di_culty to generate visually acceptable fake pairs of shadow images


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