Korte geschiedenis van watermerken

Zoals eerder aangegeven in de inleiding wordt in dit onderzoek veelvuldig gebruik gemaakt van de termen watermerk, watermerktechniek en watermerksysteem. Met deze termen wordt, tenzij anders is aangegeven het volgende bedoeld. De term ‘watermerk’ verwijst naar de boodschap die in een signaal (computerbestand) is of wordt aangebracht.⁵ Hierbij kan zowel worden gedacht aan verschillende type boodschappen zoals het verstrekken van informatie over de gebruiker of het bepalen van het gedrag (bv. kopiëren niet toestaan). De term ‘watermerktechniek’ wordt gebruikt voor de wijze waarop het watermerk wordt aangebracht in het gastobject inclusief daarbij gemaakte keuzes ten aanzien van de eigenschappen van het watermerk. Anders gezegd watermerktechnieken verwijzen naar methoden om boodschappen aan te brengen (embedden) en te detecteren. Het ver- en ontsleutelen van de boodschap wordt als deel van een watermerktechniek beschouwd.

2.2 Introductie digitale watermerken als techniek

Digitaal watermerken (hierna: watermerken) is kort gezegd een techniek die het mogelijk maakt informatie in een digitaal bestand te embedden. Sinds de opkomst in het begin van de jaren negentig staat deze techniek vooral in het teken van de handhaving van het auteursrecht. In deze paragraaf wordt het watermerk nader geïntroduceerd aan de hand van de geschiedenis van het watermerk (par. 2.2.1). Daarna wordt een classificatie van watermerken gegeven om duidelijk te maken welke soorten watermerken kunnen worden onderscheiden en welke plaats het onwaarneembare digitale watermerk inneemt (par. 2.2.2). Vervolgens wordt de techniek van watermerken nader onderzocht en gekeken naar de wijze waarop watermerken gebruik maken van de eigenschappen van digitale bestanden om de boodschap te verbergen en te beveiligen (par. 0). Ook is er aandacht voor de verschillende toepassingen van watermerken (par. 2.2.4). Om identificatie van de licentienemer mogelijk te maken is de wijze waarop de authenticatie van de licentienemer plaatsvindt van groot belang (par. 2.2.5). Omdat dat deel van het proces voor de techniek van watermerken nauwelijks interessant is, is daar in de watermerkliteratuur weinig aandacht voor.

2.2.1 Korte geschiedenis van watermerken

Watermerken worden van oudsher gevormd door herkenbare patronen in papier. De bekendste toepassing van watermerken is het gebruik daarvan in bankbiljetten.⁶ Het is niet duidelijk waar het woord ‘watermerk’ zijn oorsprong vindt. In de periode tussen de 13e en 18^e eeuw waren met name de Engelsen (watermark), Duitsers (wasserzeichen), Fransen (filigrane) en Nederlanders (papiermerken) actief met watermerken. De herkomst van de term wordt vaak toegeschreven aan de Engelsen omdat de Duitse schrijvers deze term pas aan het begin

5 Een onzichtbaar watermerk heeft als hoofdeigenschap dat de karakteristieken van het signaal niet wijzigen. Een foto blijft dus een foto, waar wijzigingen in zijn aangebracht die voor de aanbrenger een bepaalde boodschap bevat.

6 Zie voor een nader historisch perspectief o.m. het Bernstein project (www.bernstein.oeaw.ac.at/). Verder in de watermerkliteratuur ook Hartung & Kutter 1999; Moulin & Koetter 2005.

21 van de 19^e eeuw gebruikten.⁷ Behalve dat water noodzakelijk is bij het maken van papier is het niet duidelijk waarom deze techniek of het teken bekend is geworden als ‘watermerk’. Het oudste gewatermerkte papier is gevonden in Fabriano (Italië) en dateert van rondom het jaar 1282.8 In die tijd was dit een bekende plaats voor de productie van papier. Het exacte doel van het aangebrachte watermerk is onzeker. Er worden dan ook verschillende functies aan toegeschreven, zoals decoratie van documenten tot het identificeren van de papiermolen of de maker van het watermerk. Watermerken werden in het begin gemaakt door dunne draden aan de papiermolen toe te voegen. Hierdoor was het papier op bepaalde plaatsen dunner en daardoor meer transparant.⁹ Vanaf deze tijd verspreidde verschillende (water)merken en watermerktechnieken zich langzaam over Europa en later de Verenigde Staten.10 In de loop der tijd worden de technieken verbeterd en wordt het mogelijk om door het gebruik van dunnere draden meer gedetailleerde ontwerpen te maken.

Met de introductie van nieuwe druktechnieken in de achttiende eeuw ontstonden er nog meer mogelijkheden om watermerken aan papier toe te voegen. Waar watermerken in de tussenliggende periode onder meer werden gebruikt als datumstempel voor de productie van papier kwamen watermerktechnieken in de achttiende eeuw ook op als middel om namaak te bestrijden.11 Over de bewijswaarde van deze watermerken kan men grote twijfels hebben, mede gezien de gebrekkige kwaliteit van het watermerk. Watermerken waren in deze tijd niet altijd duidelijk of niet voorzien van een datum of locatie-aanduiding. Door het gebruik van watermerken in bankbiljetten kwam in de achttiende eeuw ook het vervalsen van watermerken op.¹² De schotse horlogemaker John Mathison is de bekendste vervalser van watermerken.¹³ Hij had een methode ontdekt die het mogelijk maakte om de gewatermerkte bankbiljetten van de Darlingtonbank na te maken op een wijze die nauwelijks van echt te onderscheiden was. Na zijn arrestatie en bekentenis deed hij het voorstel om zijn methode prijs te geven op voorwaarde dat hij niet verder vervolgd zou worden. Die poging faalde. Hij werd in 1779 geëxecuteerd.¹⁴

7 Zie o.m. Hunter 1978, p. 264; Cox e.a. 2008, p. 7. Zie voor watermerken uit de middeleeuwen onder meer het eerder genoemde Bernsteinproject.

8 In de watermerkliteratuur worden verschillende data genoemd, zo noemen Katzenbeisser & Petitcolas 2000 (par. 5.2.1, p. 98) het jaar 1292 en Cox e.a. 2008 ( par. 1.2, p. 6) het jaar 1282. De exacte datum is vooral onder historici onderwerp van discussie, zie o.m. Hunter 1978, p. 260; Harris 2010, hoofdstuk 5, referentie 19. Zie voor een verdere beschrijving van papierenwatermerkentechnieken o.m. Tschudin 2002; Harris 2010 en de website van de International Paper Historians: paperhistory.org.

9 Zie ook Coelho e.a. 2009, die dezelfde techniek gebruiken voor ‘Pulp-based computing. A Framework for Building Computers Out of Paper’.

10 Het is niet duidelijk of deze technieken zich ook over de rest van de wereld hebben verspreid of dat watermerktechnieken zelfstandig zijn uitgevonden in andere delen van de wereld of vice versa.

11 Zie o.m. Cox e.a. 2008, p. 6.

12 Zie o.m. Hunter 1978, p. 264;

13 In de zin dat hij in de watermerkliteratuur de meest genoemde vervalser is. Zie o.m. Hunter 1970, p. 281 (onder Mathieson); Cox 2008, p. 7.

14 Gentleman’s Magazine 1779, p. 374, meldt dat hij op woensdag 28 juli 1779 is geëxecuteerd. De wijze waarop het geëxecuteerd is blijft onduidelijk. Thornbury meldt in 1878 slechts dat ‘he subsequently paid the full penalty of his crime’. Cox (2008, p. 7) die zich ook baseert op het eerder genoemde magazine meldt dat hij is

22

In deze periode werden enkele octrooien ten aanzien van het maken van papier of van watermerken vastgelegd.¹⁵ Het gebruik van watermerken als juridisch bewijsmiddel neemt in deze periode toe. Zo leidde in 1887 het watermerk van de producent van het papier van twee brieven samen met ander bewijs uiteindelijk tot de vaststelling door de rechtbank dat twee brieven van een andere datum waren voorzien. De brieven droegen bij aan het bewijs dat de schoonzoon van de Franse president Grévy betrokken was bij het onterecht toekennen van de belangrijkste Franse onderscheiding (Légion d'honneur). Uiteindelijk zorgde dit incident in Frankrijk tot de vervolging van een afgevaardigde, het ontheffen van een politie-prefect uit zijn functie, de ondergang van een kabinet en uiteindelijk het ontslag van de president.¹⁶ Vanaf het begin van de jaren negentig van de twintigste eeuw neemt de aandacht voor het verbergen van informatie (steganografie) en het beschermen van de inhoud (cryptografie) vanuit de wetenschap toe. De belangrijkste reden daarvoor is de toenemende aandacht en zorg vanuit zowel de industrie als de politiek voor inbreuken op het auteursrecht dat op grote schaal en eenvoudig mogelijk is geworden door de opkomst van internet.¹⁷ Watermerken moesten het nadeel van cryptografische systemen oplossen, dat er in bestond dat de content onbeschermd was nadat deze was ontsleuteld. Hierbij moet vooral worden gedacht aan toegangsbeveiliging. Watermerken bieden in die zin meer bescherming omdat het watermerk bij normaal gebruik niet wordt verwijderd en in tegenstelling tot cryptografie ook na de distributie bescherming biedt.¹⁸

In de literatuur wordt aangenomen dat de term ‘digital watermark’ in 1988 is geïntroduceerd door Komatsu and Tominaga. De techniek is echter al eerder beschreven in 1979 door Szepanski en platenmaatschappij EMI had al in 1988 een octrooi verkregen voor een methode voor ‘Encoded marking of a recording signal’.19 Het eerste octrooi van wat wij nu aanduiden als een digitaal watermerk is op 29 april 1954 ingediend door Emil Frank Hembrooke van the Muzak Corporation New York bij het United States Patent Office voor ‘identification of sound and like signals’.20 Het octrooischrift beschrijft allereerst het probleem: ‘The unauthorized recording and rebroadcasting of musical performances, for example, has been difficult to prevent because of the inability to detect positively whether the rebroadcast is an exact reproduction of the original or a different performance’. De daarvoor gegeven oplossing

opgehangen. Ook Hunter 1970 meldt dat hij is opgehangen. Ophanging lijkt gezien de straffen in die tijd de meest voor de hand liggende methode.

15 Zie o.m. Hunter 1970, p. 131; Rückert, Hodeĉek & Wenger 2009, p. 22.

16 Zie o.m. Katzenbeisser & Petitcolas 2000, p. 99 en voor meer voorbeelden in deze periode ook de The Americon stationer, februari 1888, p. 366. J. Weiner and K. Mirkes, Watermarking, no. 257 in Bibliographic Series, Appleton, Wisconsin: The Institute of Paper Chemistry, 1972.

17 Zie o.m. Petitcolas, Anderson & Kuhn 1999, p. 1062; Delaigle 2000 (diss.), p. 2; Cox e.a. 2008, p. 8.

18 Zie o.m. Cox e.a. 2008, p. 11.

19 Komatsu & Tominaga 1998; zie Cox e.a. 2008, par. 1.2, p. 8. Szepanski 1979 (‘machine-detectable pattern that could be placed on documents for anti-counterfeiting purposes’); Octrooi GB 2196167 (A), uitgevonden door L. Holt, B. G. Maufe, and A. Wiener.

20 Emil Frank Hembrooke van the Muzak Corporation New York diende op 29 april 1954 een octrooi in bij het United States Patent Office voor ‘identification of sound and like signals’United States Patent, 3,004,104, 1961. Filed 29 april 1954, Ser. No. 426,465.

23 wordt als volgt omschreven: ‘The present invention makes possible the positive identification of the origin of a musical presentation and thereby constitutes an effective means of preventing such piracy, i.e. it may be likened to a watermark in paper’. Muzak gebruikt dit systeem tot ongeveer 1984.²¹

De eerste artikelen over digitale watermerken verschijnen rond 1990 en hadden betrekking op digitale beelden.²² Sindsdien is het een snel evoluerend onderzoeksgebied waarbij verschillende onderzoeksdomeinen, zoals statistiek, informatietheorie, codetheorie, speltheorie en signaalverwerking samenkomen.²³ Vanaf 1996 worden er verschillende bijeenkomsten georganiseerd rondom watermerken.²⁴ Ook vanuit de industrie en standaardisatieorganisaties nam de aandacht voor deze techniek toe.²⁵ Niet in de laatste plaats omdat sommige mediaondernemingen zouden hebben geweigerd om materiaal op DVD uit te geven zolang er geen aandacht zou worden besteed aan de bescherming van auteursrecht.²⁶ Vanuit het DVD-consortium wordt gevraagd naar mogelijkheden om het kopieergedrag te reguleren door middel van techniek (copymanagement).²⁷ In deze tijd is er ook veel aandacht voor het verbergen van auteursrechtinformatie en fingerprints in de vorm van een serie verborgen nummers met als doel om inbreukmakers op te kunnen sporen en te vervolgen.²⁸ Door middel van verschillende internationale onderzoeksprojecten stimuleert ook de Europese Commissie dit nieuwe onderzoeksdomein.29 Watermerken als bewijsmiddel wordt veelal in het onderzoeksdomein van digitaal forensisch bewijs geplaatst.³⁰

Tegelijkertijd komt vanuit het juridisch domein steeds meer aandacht voor de juridische bescherming van technische voorzieningen in verband met Digital Rights Management

21 C. Walker. Personal communication, June 2000 ontleend aan Cox e.a. 2008, par. 1.2, p. 8. Zie voor meer historische voorbeelden over cryptografie, steganografie en watermerken o.m. Petitcolas, Anderson, Kuhn 1999, p. 1064; Cox e.a. 2008, p. 7.

22 Tanaka, Nakamura & Matsui 1990; Caronni 1993; Tirkel e.a. 1993.

23 Zo stijgt het aantal publicaties na Tanaka, Nakamura & Matsui in 1990 tot 103 publicatie in 1998 (Roch & Dugelay 1998; Katzenbeisser & Petitcolas 2000, p. 100). Cox e.a. 2008, par. 1.2, p. 9 laten een stijging zien van het aantal papers dat gepubliceerd is in IEEE ten aan zien van watermerken en steganografie van 0 in 1994 tot meer dan 900 in 2004. Zie voor de relatie van deze domeinen met watermerken o.m. Pérez-Pérez-Freire 2008, p. 7.

24 De eerste academische bijkomst met aandacht voor digitale watermerken vond plaats tijdens ‘The first

Information Hiding Workshop (IHW)’ bij het Isaac Newton Institute in Cambridge in England; Anderson 1996. Zie verder Petitcolas, Anderson & Kuhn 1999, p. 1062 ; Delaigle 2000 (diss.), p. 2; Cox 2008, p. 8.

25 Zie o.m. DAVIC (Digital Audio Visual Council); DVD, TVAnytime, SDMI (Secure Digital Music Initiative), en MPEG (Moving Picture Experts Group) waren betrokken bij pogingen om tot een standaard te komen. Zie verder Petitcolas, Anderson & Kuhn 1999, p. 1062; Delaigle (diss.) 2000, p. 2.; Cox 2008, p. 8.

26 Renaud 1996; Rupley 1996; Langelaar, Setywan & Lagendijk 2000, p. 20; Langelaar (diss. 2000), p. 1; Taylor, Johnson & Crawford 2007, p. 2-7. Guibault 2007, p. 15 signaleert hetzelfde voor major record labels. .

27 Petitcolas, Anderson & Kuhn 1999, p. 1062; onder verwijzing naar Linnartz 1998 en Miller, Cox & Bloom 1998.

28 Petitcolas, Anderson & Kuhn 1999, p. 1062.

29 Zie o.m. ECRYPT(.eu.org) (European Network of Excellence for Cryptology). Zie verder Delaigle (diss.) 2000, p. 2. Maar ook nationaal, bijvoorbeeld in het kader van STW-projecten. Eind 2013 is in het CREST-project (Collusion RESistant Tracing) door TU Eindhoven, Civolution en Irdeto onderzoek verricht naar de veerkracht van digitale watermerken tegen collusion attacks (par.2.5) in het kader van traitor tracing.

30 Zie o.m. Pérez-Freire 2008 (diss.), p. 1 en de verschillende congressen zoals het jaarlijkse SPIE-congres (Media Watermarking, Security, and Forensics).

24

(DRM) in de vorm van wetgeving, zowel in WIPO-verband (art. 11 en 12 WIPO Copyright Treaty, 1996) als in Europa (art. 6, 7 Richtlijn 2001/29/EG) en de Verenigde Staten (DCMA, 1998).³¹

Na de beginperiode, constateert Delaigle in zijn proefschrift in 2000 dat ‘Fortunately, even if the ideal set of requirements will probably never be fulfilled by watermarking technologies, today’s solutions are reaching a sufficient level to start to use watermarking commercially. (…) but in any case there is still quite some work to do.’32 De integriteit van watermerkmethodologie en de beveiliging zijn in deze beginperiode aan stevige kritiek onderhevig.³³ In verschillende reacties daarop komt naar voren dat er (te) veel van deze techniek in dit jonge onderzoeksdomein werd verwacht en dat er in deze periode inderdaad nog geen methode bestond die in staat is om alle toekomstige aanvallen te weerstaan.34

Niettemin sprak men de verwachting uit dat er nieuwe methoden zouden komen die steeds beter in staat zouden zijn om de genoemde problemen aan te pakken.³⁵ In deze periode werd er ook steeds kritischer gekeken naar de vraag of en zo ja welke data verborgen moeten worden en of dit niet eenvoudiger kan met andere technieken.³⁶ Watermerken blijven niettemin in de belangstelling staan. Ook het Amerikaanse Supreme Court ziet in de Grokster-zaak in 2005 digitaal watermerken nog als ‘new technological devices that will help curb unlawful infringement.37

Het onderzoek naar digitale watermerken vindt tegenwoordig zowel binnen de industrie als in verschillende wetenschappelijke disciplines plaats.³⁸ In de watermerkliteratuur wordt watermerken inmiddels ook als voldoende volwassen beschouwd voor toepassing en commercieel gebruik.³⁹ Watermerken worden, naast de medische en reclamepraktijk, vooral toegepast in het kader van de handhaving van het auteursrecht. Zo gebruiken de meeste fotostockwebsites zichtbare watermerken om hun foto’s te beschermen. Onwaarneembare watermerken worden onder meer gebruikt bij films die op Pay-TV of in een bioscoop worden

31 Zie daarvoor uitgebreid het proefschrift van Koelman (2003). In 2005 komt de European Union’s Data Protection Working Party met een Working document on data protection issues related to intellectual property rights gevolgd door reacties van EBLIDA (European Bureau of Library, Information and Documentation Associations); EuroISPA (European Internet Service Providers Association) en de DWWG (Digital Watermarking Working Group’s).

32 Delaigle 2000 (diss.), p. 3.

33 Zie in het algemeen en los van de kritiek op specifieke onderdelen van watermerksystemen met name Herley (2000) in zijn artikel ‘Why Watermarking is Nonsense’.

34 Zie o.m. Craver, Wu & Liu 2001; Moulin 2003, Barni 2003a.

35 De ontwikkeling van het creëren van aanvallen en tegenmaatregelen vormt een rode draad in dit domein.

36 Zie o.m. Barni 2003b.

37 MGM Studios, Inc. v. Grokster, Ltd. 545 U.S. 913 (27 juni 2005)

38 De grootste ondernemingen: Aquamobile, Civolution, Datamark, Digimarc, Isan, Markany, MSI (Media Science International) en Verimatrix hebben zich verenigd in de Digital Watermarking Allicance(.org). Verschillende papers laten bovendien zien dat er veel auteurs na of naast een academische carrière werkzaam zijn in het bedrijfsleven. De disciplines waarin het onderzoek plaatsvindt verschilt, zo is Ingemar Cox tegenwoordig Professor of Communications aan het Department of Computer Science van het University College London en houdt Reginald Lagendijk een leerstoel Information and Communication Theory aan de TU Delft) bij de Multimedia Signal Processing Group.