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电动汽车驱动 GaN器件 ★ 5.0

一种基于GAN隐写术的物联网轻量级图像伪造防护方案

A Lightweight Image Forgery Prevention Scheme for IoT Using GAN-Based Steganography

作者 Xiao Li · Liquan Chen · Ju Jia · Zhongyuan Qin · Zhangjie Fu
期刊 IEEE Transactions on Industrial Informatics
出版日期 2024年10月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 GaN器件
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 图像伪造防范 物联网 生成对抗网络 隐写术 轻量级方案
语言:

中文摘要

计算机视觉(CV)应用赋能了各种物联网(IoT)场景。然而,图像生成和处理工具的发展使得制作极具欺骗性的伪造图像变得越来越容易,从而加剧了图像伪造的风险。基于密码学的方法可以保障图像安全,但由于会损害图像的视觉清晰度,无法直接支持计算机视觉应用。现有的基于生成对抗网络(GAN)的隐写方法能够有效促进计算机视觉应用和图像伪造防范,且隐写图像与原始图像之间具有很高的不可区分性。然而,在资源受限的物联网场景中,这些方法效率低下。因此,我们提出了一种基于生成对抗网络隐写技术的轻量级物联网图像伪造防范方案。该方案将身份数据嵌入图像中,若图像被伪造,则无法恢复身份数据,从而触发警报。通过采用蓝图可分离卷积、求和连接和离散小波变换设计轻量级生成器,我们的方案在确保高效性的同时,能够显著提高效率,真实世界的物联网实验结果证明了这一点。

English Abstract

Computer vision (CV) applications empower various Internet of Things (IoT) scenarios. However, their advancements in image generation and manipulation tools make it increasingly easy to produce highly deceptive forged images, escalating the risk of image forgery. Cryptography-based methods can secure images but cannot support direct CV applications with compromised visual legibility. Existing generative adversarial network (GAN)-based steganography methods can effectively facilitate CV applications and image forgery prevention with high indistinguishability between stego and cover images. However, they are inefficient in resource-constrained IoT scenarios. Therefore, we propose a lightweight image forgery prevention scheme for IoT using GAN-based steganography. Our scheme embeds identity data within images. If forged, it fails to recover, triggering alerts. Our scheme can significantly improve efficiency with a lightweight generator designed by incorporating blueprint separable convolutions, sum connections and discrete wavelet transform while ensuring high effectiveness. Real-world IoT experimental results demonstrate this.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务场景来看,这项基于GAN的轻量级图像防伪技术具有重要的潜在应用价值。在光伏电站运维、储能系统监控等场景中,我们大量依赖物联网设备采集的图像数据进行设备状态诊断、故障检测和运维决策。随着AI视觉技术的普及,图像篡改风险日益增加,可能导致误判设备状态、影响运维决策准确性,甚至引发安全事故。

该技术的核心价值在于通过隐写术将身份数据嵌入图像中,实现防篡改验证的同时保持图像的视觉可用性,这与传统加密方法相比更适合需要直接进行计算机视觉分析的场景。对于阳光电源而言,这可应用于:光伏组件热斑检测图像的真实性验证、储能电池热成像数据的溯源管理、无人机巡检影像的完整性保障等关键环节。

技术的轻量化设计(采用可分离卷积、离散小波变换等)使其适配边缘侧物联网设备,这与我们在分布式光伏、户用储能等场景中对低功耗、低成本的需求高度契合。然而,技术应用仍面临挑战:一是GAN模型在工业环境复杂光照条件下的鲁棒性需验证;二是嵌入数据容量能否满足多维度设备标识需求;三是与现有SCADA系统的集成复杂度。

建议将此技术纳入中长期技术储备,优先在高价值资产监控场景进行试点验证,评估其在提升数据可信度、降低运维风险方面的实际效益,为构建更安全可靠的新能源数字化运维体系提供技术支撑。