Method of analysisof digital video integrity withlinear computational and lowtechnical complexity

Abstract

The energy sector is currently undergoing a process of rapid digitalization, which leads to a significant increase in risks and vulnerabilities to cyberattacks in this area.Video sequences are desir-able objects of falsification for intruders pursuing illegal goals, making the task of timely detection of their unauthorized changes critically important. However, methods for analyzing/processing digital video, as a rule, have significant computational complexity, which does not allow using them for in-tegrity examination in real time, or require the use of additional technical means. The purpose of this workis to provide the ability to effectivelyexamine the integrity of a video sequence received by CCTV cameras in realtime under conditions of minimal technical complexityby developing a method for detecting the result of a frame substitution attack. The goal was achievedbyaddressing the follow-ing tasks: the justified selection of a small video frame sub-region (a keyblock); determining the inte-gral characteristic of the relative contribution of the block's frequency components—the normalized separation of its maximum singular value. The most important resultof the work is the substantiation of the possibility of using the properties of singular values of a single (key) small-sized block of each video frame to obtain information about the presence/absence of frame substitution attack results. The significance of the obtained resultconsistsin the fact that the proposed method enables effective digital video integrity examination in real-time without the need for additional technical means, thereby increasing the reliability and speed of decision-making during video stream monitoring.

Sectorul energetic trece în prezent printr-un proces de digitalizare rapidă, ceea ce duce la o creștere semnificativă a riscurilor și vulnerabilităților la atacurile cibernetice în acest domeniu.Secvențele video sunt obiecte de falsificare dorite de intrușii care urmăresc scopuri ilegale, ceea ce face ca sarcinadetectării la timp amodificărilor neautorizateale acestora să fie de o importanță critică.Cu toate acestea, metodele de analiză/procesare a videoclipurilor digitale, de regulă, au o complexitate computațională semnificativă, ceea ce nu permite utilizarea lor pentru examinarea integrității în timp real sau necesită utilizarea unor mijloace tehnice suplimentare.Scopul lucrări este de a oferi capacitatea de a examina eficient integritatea unei secvențe video recepționate de camerele CCTV în timp real, în condiții de complexitate tehnică minimă, prin dezvoltarea unei metode de detectare a rezultatului unui atac de substituție a cadrelor.Scopul a fost atins prin abordarea următoarelor sarcini: selectarea justificată a unei subregiuni de cadre video mici (unbloc cheie);determinarea caracteristicii integrale a contribuției relative a componentelor de frecvență ale blocului -separarea normalizată a valorii sale singulare maxime.Cel mai important rezultat al lucrării este fundamentarea posibilității de a utilizaproprietățile valorilor singulare ale unui singur bloc (cheie) de dimensiuni mici din fiecare cadru video pentru a obține informații despre prezența/absența rezultatelor atacurilor de substituție a cadrelor.Semnificația rezultatului obținut constă înfaptul că metoda propusă permite examinarea eficientă a integrității video digitale în timp real, fără a fi nevoie de mijloace tehnic

Энергетический сектор переживает сегодня процесс бурной цифровизации, который приводит к значительномуповышениюрисков, уязвимостей к кибератакам в данной сфере.С учетом того, что большая часть информации, в том числе, управляющей, представляется и используется здесь в виде цифровых видео, а видеонаблюдение представляет составную часть комплексной системыбезопасности объектов энергетической инфраструктуры, видеопоследовательности являются желательными предметами фальсификации для нарушителей, преследующих противоправные цели, делая критически актуальной задачу своевременного выявления их несанкционированных изменений. Однако методыанализа/обработки цифрового видео обладают, как правило, значительной вычислительной сложностью,что не позволяет использовать их для экспертизы целостности в режиме реального времени, или требуютпривлечения дополнительных технических средств. Целью настоящей работы является обеспечение возможности эффективной экспертизы целостности видеопоследовательности, получаемой камерами видеонаблюдения, в режиме реального времени в условиях минимальной технической сложности путемразработки методавыявления результата атаки замещениякадров Цель была достигнутапутем решения следующих задач: обоснованного выделения подобласти кадра видео малого размера –ключевого блока; определения интегральной характеристики относительного вклада частотных составляющих блока -нормированной отделенности его максимального сингулярного числа. Наиболее важным результатомработы являетсяобоснованиевозможности использования свойств сингулярных чисел единственного (ключевого) блока малого размера каждого кадра видео для получения информации о наличии/отсутствии результатов атаки замещения кадров. Значимость полученного результатазаключается в том, что предложенный метод обеспечивает возможность эффективной экспертизы целостности цифрового видео в режиме реальноговремени без привлечения дополнительных технических средств, что позволяет повысить надежность и скорость принятия решений при мониторинге видеопотоков.