Internati o nal  Journal of Ele c trical   and Computer  Engineering  (IJE CE)  Vol .   4 ,  No . 5, Oct o ber   2 0 1 4 ,  pp . 75 8~ 76 6   I S SN : 208 8-8 7 0 8           7 58     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJECE  Securit y  of Bi ometric Dat a  Using Compress ed W a t e rmarking  Technique       R o hit  Tha n ki* ,   Koma l B o risa ga r**  *Faculty  of Technolog y   Engineering ,   C  U Shah University Wadhwan, India  **Department of  Electron i cs  and  Communi cation  Engineering, Atmiy a Institu te of   Technolog y  & Science,  Rajko t , India      Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received  J u l 22, 2014  Rev i sed   Sep 9, 20 14  Accepted  Sep 20, 2014      This paper  has  focus on biometric da ta security over open  communication   channel of biom etric s y stem . Here biometric data is  encod e d us i ng cs  theor y   and wavelet bas e d embedding technique. Th e b i ometric data is  convert in to  encoded sparse  measuremen ts which is generatin using SVD, random seed  and uniform quantization process. Then  th es e enc oded s p ars e  m eas urem ents   are embedding  into the host  color bi ometric data using wavelet based   watermarking technique.  Th is proposed techniq u e has exp l ored  dimension   reduction and co mputational s e curity  pr ovided by  compressive s e nsing. Th is   proposed technique has also helps to co mpresse d and to send se cret data over   nois y  communication chann e of   biometri c  s y s t e m  agains t var i o u s  atta cks .   The proposed  technique provides more s ecurity   compare to  ex isted techniq u e   in liter a ture due to CS  th eor y . The  nov elty  of pr oposed technique is th at,  waterm ark infor m ation is com p ressed  and encoded iris image using C S   theor y   and un ifo r m  quantiz ation . Keyword:  Bio m e t ric Data  C o m p ressi ve S e nsi n g T h e o ry   Sin g u l ar Val u e Deco m p o s itio Discrete Wavelet  Tran sform  Waterm arkin g   Copyright ©  201 4 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r R ohi t  T h an ki ,     R e search  Sc ho l a r,  Depa rt m e nt  of  El ect ro ni cs  an d C o m m unicat i on E n gi nee r i n g,   Facu lty of  Tech no log y  an d En g i n eer i n g, C  U  Sh ah   U n i v ersity,  Sur e n d ra na gar  – Ahm e daba d Hi g h way ,  W a d h wa C i t y , Gu j a rat ,   I n di a.   Em a il: ro h itth an k i 9 @ g m ail.c o m       1.   INTRODUCTION  Bio m e t ric te mp late b a sed  au t h en tication  syste m  is u s ed   for hu m a n  id en tificatio n  and  au t h en tication   in orga nization in prese n t world because  of e v ery individual  having unique  biom etric characteristics [1, 2]. In  20 0 1 , R a t h a a n d i t s  resea r c h  t e am  are i d e n t i f i e d se veral   vul nera bl poi nt i n  bi om et ri c aut h ent i cat i o n  sy st em   [3] .  T h ere a r m o st  im port a nt  v u l n e r ab l e  poi nt  i n   bi om et ri c sy stem  i s   t e m p l a t e   m odi fi cat i on at   com m uni cat i on cha n nel  bet w een t w o m odul es . A K  Jai n  an d i t s  rese arch t eam  are pr op ose d  t h at  di gi t a wat e rm arki ng  i s  one o f  sol u t i on f o r t h i s  i s s u e [ 4 ] .  They  are al so p o i n t  o u t  som e  di sadvant a g es i n  bi om et ri sy st em  li ke senso r   noi se,  di f f e rent   vari at i on  i n  dat a ba se, se curi t y  an d p r i v acy  of bi om et r i c t e m p l a t e . For o v e r   com e  of t h ese di sad v a n t a ges,  A. R o ss a nd i t s  researc h  t e am   are gi ve  new  b i om et ri c sy st em  whi c h i s  cal l e d as  m u l t i m o d a l b i o m etric syste m  wh ere two o r  m o re b i ometric te m p la te is u s ed  for id en tification  an aut h e n t i cat i on  of i ndi vi d u al  [ 5 6] . B u t  w h e n  m u l t i m odal  bi om et ri c sy st em   i s  desi g n  f o r  l a rge  scal e bi o m et ri dat a , t h en  bi o m et ri c t e m p l a te can  be  easi l y  rec onst r uct e fo rm  st ored  fe at ure at   sy st em  dat a base  by  i m post e r   an d  th is situ at io n  is in troduced  security o f  b i o m etric te m p la te p r o t ectio n  issu e in   m u l t i m o d a l b i o m etri c   syste m .   In  few l a st  y ears, m a ny  researche r s a r pr o pose d  a n d  descri bed  wa t e rm arki ng t e c hni que  f o r   bi om et ri c dat a  pr ot ect i o n .  He r e  som e  of t ech ni q u es are  re vi ewed  w h i c h i s  rel a t e d t o   pr o pos ed  w o r k A u t h or   in [7]  descri be d im age watermarking  technique where wa velet  coefficients  are m odifi ed according to bit of  wat e rm ark i n f o rm at i on.  Aut h o r  i n   [8]   des c ri be bl i n d   bi om et ri c wat e rm arki n g  sc he m e  fo r si g n at u r usi n g   wav e let tran sfo r m  wh ere seco nd  lev e d e tails wav e let co efficien ts of  h o s t im ag e is  m o d i fied  acco r d  to  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 4 ,  N o . 5 ,  O c tob e 20 14   :   758  –  7 66  7 59  si gnat u re  bi t .   Aut h o r  i n  [ 9 ]  pr o p o s ed  a  D W T an DC T base wat e r m arki n g  t ech n i que  fo r m u l t i m odal   bi om et ri c dat a  pr ot ect i o n.  In  t h i s  t ech ni q u e ,  S VD i s   app lied   o n  b i o m etri c waterm ark   data an d th is  data is  em beddi ng i n t o  hi ghe r f r e q uency   wavel e t  coef fi ci ent s Aut h o r  i n   [1 0 ]  descri be d r o bust   wat e rm arki n g   technique to e nha nce sec u rity of  m u ltim odal biom e t ric  syste m . In this proposed techni que , first face  feature   t a ken a s   wat e r m ark  dat a  w h i c h i s  em bed d i n g i n t o   fi n g er pri n t  i m age usi n bl i n d  SS  –  Q I M  schem e .   Aut h o r  i n  [ 11]  descri be d a n e w aut h e n t i cat i on sc hem e  based o n  m u l t i modal  bi om et ri c veri fi cat i o n   and  ri d g el et  t r a n sf orm  wat e rm arki ng t e c h ni q u e f o r face  an d  i r i s  dat a   fo D i gi t a l  R i ght s M a nagem e nt  ( D R M ).  Aut h o r  i n   [1 2]  pr op ose d  m u l t i m odal  bi om et ri c wat e rm arki ng t ech ni q u base d o n  co rr el at i on anal y s i s  f o r   securi t y  of  bi o m et ri c dat a  over com m uni cati on cha n nel  of  net w o r k. I n  t h i s  pr o p o s ed t echni que , aut h ors a r e   fi rst  fi n d  co rr el at i on bet w ee n wat e rm ark  and  ho st   im age usi n g PLS  and P S O a nd  base d o n  t h i s  resul t .   B i om et ri c dat a  are em bedd i ng i n t o  h o st  im age. Aut h or i n   [1 3]  pr op ose d  LSB   and  wa vel e t  base waterm arking  technique  for  secure  face  fe ature em bed  in to   fing erprin t  im ag e. Au t h o r  in   [1 4 ]   p r op o s ed  vari ous  wat e r m arki n g  t echni que  per f o r m a nce for sec u ri t y  of  user  veri fi c a t i on base d o n  fi nge rp ri nt  an d faci al   im age. The aut h ors claim  that  this approac h  im proves accuracy of us e r  ve rification and  wa term ark detection.  Aut h o r  i n  [ 1 5]  pr op ose d  wat e rm arki ng t e c hni que  base on cs t h eo ry  whi c h i n cl u d e s  com p ressed  sensi n g   pr ocess a nd c o m p ressed sensi ng  reco ve ry  pr ocess. T h i s  t e c hni que i s  m o re  ro bu st  an d sec u re a g ai nst   di ff erent   waterm arking attacks.  The w o r k  p r es ent  i n  pape r ari s es fr om  devel opi ng  wat e rm arki ng t ech ni q u e  for m u l t i m odal  bi om et ri syste m  where iris data e m beds as a biom etric data.  Now  a day, iris is a n  accepted trai t for worl dwi d e as   i ndi vi dual  a u t h ent i cat i on.  In t h i s  pa per ,  a t e c hni que i s   pr o p o se d w h i c h em bed s  enc o ded s p arse m easure m ent s   o f  iris d a ta as  a waterm ark  in  first lev e l horizon tal a nd  ve rtical wavelet coefficien ts of r e d  ch ann e l of  ho st   color face im age. T h e host color face  im age  is decom posed using si ngle leve l discrete wa velet transform .  The   enco de d s p a r s e  m easurem en t s  of  i r i s   dat a  i s  ge ne rat e usi n Si n gul a r  Val u e   Deco m posi t i on ( S V D )  an d   C o m p ressi ve S e nsi n g T h e o ry   fram e wor k .   We ha ve e xpl ore d  s p arse ness  p r o v i d e d   by  S V D t o  ge nerat e  l i nea r   measurem ent vector.  W e  ha ve  borrowe d  th id ea fro m  [7 an d 25 with  sign ifican t m o d i fi catio n  i n  techniq u e The  p r o p o sed   wo rk  al so   goe s a st e p   fu rt he whe r bi om et ri c dat a  i s  co m p ressed a n d   enco de by  C S  t h e o ry   fram e wor k  an d u n i f o r m  quant i zat i on res p e c t i v el y  before   em beddi ng i n t o  h o st   m e di um . The reset  of pap e r   or ga ni zed s u c h  t h at  sect i o n  2 d e scri bed  basi c co nce p t  of C S  t h eo ry , sect i o n 3  descri be d p r op ose d   wat e rm arki ng   t echni que   an d s ect i on 4 descri bed   ex pe ri m e n t  resul t s  a n d l a st  sect i on  des c ri be d c oncl u si on .       2.   BASI CO N C EPT OF  C O MP RESSI VE  SENSI N G  TH EORY   Any  si gnal or im age  can be reconstructed  from   its  Fourier coe fficie n ts s u ccess f ully  prove d by D.  D ono ho  and  E. Cand ès in 2006  [19 ,   20 ]. Based   o n  th is  con c ep t, E. Cand ès  in tr odu ced n e w  sign al  p r o c essin g   th eory is called  C o m p ressive or Co m p ressed  Sen s i n g T h eory. Com p res s ive se nsing is  a new technology   whe r e signal or im age is  ac qui red in a com p ressed  format. Any im age can be acqui red in a com p ressed  fo rm at  usi ng  b e l o w e q uat i o 1 a n d  2:     f x   (1 )     x A y   (2 )     Whe r e y is a sparse m easure m en ts o f  im ag e with  size o f    1 (M    N), A is a  m easu r e m en m a trix   wh ich  is  sam e  for em bedde r a n d  det ect or  si de  (M    N) ,    is  b a sis tran sfo r m a tio n   wh ich  is app lied   o n  im ag e, x  is  a sp rse c o efficient  with size  of    1,  f  i s  a n   ori g i n al  i m age.  H e re M  i s  deci di ng  fact or  f o r   di m e nsi onal   re d u ct i o n   and im age compressi on rate.  Th e cs  reco v e ry p r o cess is i n v e rsi o n of cs acq u i sition .   Wh ere co m p ressed   d a ta are  fed to  so m e  n o n - lin ear  o p tim iza tio n  algorith m   to  rep r od u c ed   th e co m p lete sig n a o r  im ag e.   Wh en  m easu r em en t m a trix   A is  sat i s fi es R I P pr ope rt y  and i n c ohe re nce pr o p e rt y  [21]  t h e n  sparse c o ef fi ci ent s   x  can be ge t form   measure m ents   usi n bel o w e q uat i o n  3:     x A y t s S . . 1 min  (3 )     Whe r S is indicated CS re covery al gorithm like L 1  m i nim i zat i on, B a si s  p u rs ui t ,   OM P.       3.   PROP OSE D  WATERMARKI N TE CHNI QUE   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8     Secu rity of Bi o m etric D a ta  U s ing  C o mpr e ss ed W a term arki ng  Tec hni que   ( R oh it Than ki)  76 0 Thi s  sect i on  d e scri bes t h pr op ose d  wat e r m arki n g  t echni que  base d o n  com p ressi ve s e nsi n g t h e o ry   and  co rrel a t i o pr ope rt i e s o f  Pse u d o  R a n dom  Noi s (P N) sequ en ce in  wav e let domain .  In th is  p r op o s ed  technique, col o face im age is taken as  host m e diu m   a nd a p plied single level disc rete wavelet transform  (DWT ) on re d com p onent  of  host face i m age and  ge t  HL a nd L H   wavelet c o efficients for  waterm ark  em beddi ng . T h e i r i s  i m age i s  t a ken as  wat e r m ark m e di um   an d wh ich is co nv er ted  i n to s p arse  m easurements   usi n g cs t h e o r y . The  uni f o rm  qua nt i zat i on i s  use d  f o r e n c odi ng  spa r se  m easurem ent s  of i r i s  i m age i n t o   bi t  0  and  1.  The s e e n co de d s p arse  m easurem ent s  of i r i s  i m age t a ken  as wat e r m ark i n fo rm ati on  whi c h i s  e m bed   i n t o  c o l o r fac e  im age. The  pr o p o s ed t e c hni que  i s  di vi ded  i n t o  t h ree  part s l i ke wa t e rm ark pre p a r at i o n ,   wat e rm ark em bed d i n g p r oce d u r e an d wat e rm ark ext r act i on & rec o nst r uct i o n p r oce d ure .  The p r op ose d   wat e rm ark em bed d i n pr oce d u r e an d e x t r a c t i on & rec o n s t r uct i o n p r oc edu r e i s  sh o w n i n  fi gu re 1  and  resp ectiv ely.  In  fi g u res  d o t t e d  box   h a v e  sho w n  cs  acq u i sition  proced ure at emb e dd er sid e  an d  cs  reco nst r uct i o n pr oce d u r at  d e t ect or  si d e .     3. 1.   W a term a r k Prep ar ati o   The  waterm ark prepa r ation st eps a r descri bed  below:    Take waterm ark biom etric  image  a n com p uter size of im a g whic h is   N.     Ap pl i e d si ng ul ar val u e dec o m posi t i on (S V D on  wat e rm ark  bi om et ri c im age and c o n v ert  i n t o  U ,  S  and  V m a trix . The  S m a trix  v a lu with  size  o f  N 2     w h i c h i s  t a ken  as s p a r se c o ef fi ci ent s  a n d  de not e d  as   x.     Gene rate m eas urem ent m a trix  A  with   size o f    N 2  (M   N)   u s ing r a ndo m  seed  w h ich  is sam e  at   em bedde r a n deco de r.  Wh er e M  i s  deci di n g   fact or  f o r  co m p ressi on.     Gene rate spa r s e   m easurem ents  y  of  biom etric im age using  measurem ent matrix  and s p arse  c o e fficie n ts   usi n g  eq uat i o 1 a n d  2 .     Th en  ap p lied un ifo r m  q u a n tizatio n   with   2   b it / lev e l on   sp arse m easu r em en ts and  en cod e d in to   (0 1 )   Now t h ese e n c ode spa r se m easurem ents are  use d  as  sec u r e  wat e rm ark i n fo rm ati on.           Fi gu re 1.  W a t e rm ark  Em bedd i ng Pr oce d u r e       3. 2.   W a term a r k E m bed d i n g Pr oced ure   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 4 ,  N o . 5 ,  O c tob e 20 14   :   758  –  7 66  7 61  The wat e rm ark   em beddi n g   st e p a r e descri be d bel o w (ad o p t e d fr om   7,  1 6 ,  17   an d 1 8 ):     Take  host col o r bi om etric image a nd c o m pute size of M   N .  Ta ke re d  com pone nt  o f  h o st  bi om et ric  im age whe r w a t e rm ark i n f o r m at i on i s  em bedde d.     Ap pl i e d si n g l e  l e vel  di scret e  wavel e t  t r ans f o r m   on red c o m pone nt  of  host   bi om et ri c im age and g e t   diffe re nt wa vel e t coefficients  like LL,  HL , L H  a n d HH.    Gene rat e  t w pn se q u ence s i s  gene rat e usi ng  fi xe d n o i s e po we r w h ere  o n e p n  seq u e n c e  i s  for  bi t  0 and   anot her  p n  se q u ence  i s  f o bi t  1.     Gene rat e   wat e r m arked  bi om etri c i m age usi n g C o x  al g o ri t h m  [22]  eq uat i o n a n d  w h i c h  i s   gi ve bel o w.     If e n c ode spa r se m easurem ent s  i s   bi t  0 t h en     1 _ _ 1 ) ( 1 Sequence PN N R HL RW R HL  (4 )     2 _ _ 1 ) ( 1 Sequence PN N R LH RW R LH  (5 )     Whe r HL 1R  (RW)  and  LH 1R  (RW )  i s   m odifi ed H L  an LH S u b b a nd  o f  re d com p o n e n t  of  h o st  bi o m et ri im age,  HL 1R  an LH 1R   is ori g in al  HL  and   LH   Su b b an o f  re d c o m pone nt  o f   h o st  bi o m et ri c im age,  is g a i n   factor,  PN _ S e que nce _ 1  i s   p n  se que nce  1 f o bi t  0  of e n c ode d s p ar se m easurem ent s PN_Se quence _2  is pn  sequ en ce 2 fo b it 1   of  en code d s p ars e  m easurem ents.    App lied  i n v e rse sing le lev e discrete wav e let  tran sfo r m  to  get waterm arke d biom etric  image.          Fig u re 2 .  W a term ark   Ex tractio n & Recon s tru c tio n Pr o c edur     3. 3.   W a term a r k E x trac ti o n   & Rec o ns truc ti on  Proce dur The wat e rm ark ext r act i on &  reco nst r uct i o n  st eps are  desc ri be d bel o (a do pt ed  fr om  7, 16 , 1 7  an 18 ):     Take  waterm arked bi om etric  im age and c o m pute size of   N. Take   r e c o m pone nt  of wat e rm arke d   biom etric im ag e for e x traction of e n code d s p arse m easurements.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8     Secu rity of Bi o m etric D a ta  U s ing  C o mpr e ss ed W a term arki ng  Tec hni que   ( R oh it Than ki)  76 2   Ap pl i e si n g l e  l e vel   di scret e  wa vel e t  t r an s f o r m  on  wat e rm arked  bi om et ri c im age a n d  get   di f f ere n wav e let co efficien ts lik e LL,  HL, LH and   HH.    In itialize d ecod e d sp arse m e a s u r em en ts to  al l o n e s.  Decode d_spa r s e _m easurem ent = ones  (1, M    1), whe r e M  = size of e n coded s p arse m eas urem ents    Fi nd  co rrel a t i o n i n  H L  a n d  L H  c o m pone nt of  wat e rm arke bi om et ri c im age.   1.   ); 1 _ _ , 1 ( 2 () _ Sequence PN R HL corr Horizontal n Correlatio   2.   ); 2 _ _ , 1 ( 2 () _ Sequence PN R LH corr Vertical n Correlatio   3.   ; 2 / ()) _ () _ ( ) ( Vertical n Correlatio Horizontal Corrlation d Watermarke n Correlatio     Com p are the correlation  with m ean  correlati on for setting value of   decoded sparse m easurem ents.  1.   If(correlation(bit) >  m ean (correlation))  Decode d_spa r s e _m easurem ent (bit) =  0;     After  getting  decoded val u e of spar se m e asurem ents and com p are thi s  decoded sparse m easurem e n ts  with  e n co de d spars e   m easur em ents  usin g SSIM  [7]  fo r decisio n   a b o u t   rec onst r uctio n of waterm ark   biom etric im ag e.    It com p arison result is greater than m a t c hing  score value and t h en get actual value of s p ars e   m easurem ents fr om  decode values  usi n g  u n if orm   qua ntization  whic h is  use d  at em bed d er  side.     After getting d ecodi ng value of  s p ar se  m easurem ents,  th en  applied cs  rec ove ry  alg o rith m  on this spa r se   m easurem ents using c o rrect  m easurem ent m a trix  A  w h ic h is  ge nerated   at em bedd er si de.     After a pplication  of cs rec o ve ry  algor it hm , e x tracted s p arse  coefficie n ts  x’  of wate rm ark biom etric im age   is get at  detector  side .     Applied invers e singula r  value deco m position (S VD) on extracted spa r se  coefficients, original U and V  matrix value to get  reconstruc ted wate rm ark  biom etric im ag e.      4.   E X PERI MEN T AL RES U L T This is  descri bed  res u lts o f  pr o p o s ed  wa term arking tec hni que . F o r  p e rf orm a nce o f  pr o p o s ed   waterm arking technique   eval uated usi n color face  im ag e taken from  India n   face  database  [23] a n gray   scale iris i m age from  CASIA iris data base  [ 24]   whic h is s h o w n in  fig u re  3. T h e size  of  waterm ark im age is  12   1 2 8  pi xe ls an host c o l o r  im age is 25  25 6 pixels.            (a)     (b )     Figu re 3.   (a ) O r iginal H o st  Fa ce  Im ag e (b)  Original  Waterm ark Iris Im age      For generation of  sparse  m eas urem en ts of iri s  im age, singul ar  va lue decomposition (SVD)  is  applied  on iris im age and  get sin gula r  (S) m a trix value as spa r se c o efficients  with  size o f   16 384    1.  Meas ure m ent  matrix  with size  of 51   16 3 84 is  ge ner a ted usi ng  ra n dom  seed. T h e n  ge ne rate spa r se m easurem ents o f   iris im age usin g eq uatio 1 w ith size of  5 12   1  usin y 512 =  A 512 16384     x 16384 1 . These s p arse m easure m ents   of  iris im age are e n c o d e d  usi n g  u n if or m  quantization  with 2 bit /  level.  The  b its of  enc o de d s p ar se   m easurem ents of iris  im age are 1024  (512    2) which is used as waterm ark in f o rm ation is  sho w n in  fi gu r e  4.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN:  2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 4 ,  No. 5 ,  Octob e 20 14   :   758  –  7 66  7 63      Figure  4. Enc o ded Sparse  Me asurem ents of  Iris  Im age      This enc o ded s p arse m easure m ents as waterm ark in f o rm ation is em beddin g  into  HL an HL wa velet   coefficients of  red c o m pone nt  of  host  face im age to ge t wa term arked color face im age. Daubec hies wa velet is  use d  to  dec o m pos e H L  a n d  L H  c o ef ficients  of  re d c o m pon ent of  host fac e  im age. T h gain fact or  val u e is set  to 2. T h e wate rm arked col o im age is show n in fi gu re  5 (a ) and extracte d  sparse m easure m ents of iris im age  are s h o w n in  fi gu re  (b ).         (a)     (b )     Figure  5. (a Waterm arked  Face Im age (b) Ex tracte d  Spa r se Meas urem ents  of  Iris  Im age      SSIM   [2 6]  is  use d  f o r  fi nd  s i m i larity  between e x tracted  spars e  m easure m ents and encode d s p a r se   m easurem ents of iris im age for  decision about m odifi cation  of  data an d  reco nstr uctio n  of iris im age fr om   spars e  m easure m ents base o n  m a tching sc o r e. T h value   of m a tching score is set  0.9.  If the sim ilari ty  score  is greate r  tha n   m a tching sc or e  then  bi om etric data is a u the n t i cate and i r is i m age rec onst r ucted  fr om  its spars e   m easurem ents. For  decoding sparse m easure m ents of iris im age from  extr acted spa r se  m easurem ents  use d   uni fo rm  quantization w h ich i s  used at  em b e dde r side and get actual value of spa r se m easurem ents  of iri s   im age. This actual sparse m easurem ents value is used  for reconstruction  of waterm ark iris i m age. If the  sim ilarity  scor e is less tha n  m a tching  sc ore t h en  bi om etric  data is m odifie d   by   im poster and  un a u the n ticated.  The cs rec o v e ry  algo rithm  like orth o g o n al m a tching  pu rs uit (OM P ) algo rithm  [27]  u s ed  fo r   reconstruction of  waterm ark iris i m age from sparse  m e a s urem ents. The input data for  OMP algorith m  is  m easurem ent m a trix  with size  of 512    16 384 , sp ar se measu r em ents with size of 512   1 and sparsity level   12 8 a n out pu t of  OM P  alg o r ithm  is extracted  s p arse  coe fficients  with  size of 16384   1. A pplied   inve r s e   SV D on origi n al U,  V m a trix and ex tract ed spa r se coe f ficients to get  reconstructed waterm ark  iris  i m age   whic h is s h ow n in  fi gu re  6.            Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN:  208 8-8 7 0 8     Secu rity of Bi o m etric D a ta  U s ing  C o mpr e ss ed W a term arki ng  Tec hni que   ( R oh it Than ki)  76 4     Figu re  6.  R eco nstr ucted  Wate rm ark Iris  Im age  usin g C S  re cove ry   pr ocess       PSNR,  NCC an d  BCR ar u s ed  fo r   p e rfo r m an ce m easu r emen t o f  pro posed  techn i qu e.  Th e PSNR is  used percept u al quality  m eas ure  betw een  original color imag e and wat e rm arked color im age. The  NCC is  used to  find correlation bet w een  orig i n al c o lor im age and  waterm arked c o lor im age. The NCC  value i s  nea r   to  1  is ind i cated  th at  watermar k i ng  techn i q u e  is m o r e  rob u s t .  BCR is u s ed  to  f i n d  b i t co r r ect  r a te between  ori g inal waterm ark and e x tracted wate rm ark. In this paper, PSNR,  NC C is  calculated betwee n origi n al face   i m ag e an d  wat e r m ar k e d  im ag e an d  BCR is calcu lated  b e t w een  en cod e d   sp ar se m easu r e m en ts an d  extr acted   spars e  m easure m ents value .     Th is pr opo sed water m ar k i n g  tech n i qu e is also  tested for comm on waterm arking  attacks like   com p ression, addition  of different  no ise, and  geom etric attacks like crop ping.  The Table 1  summ arize d  the  PSNR,  NCC value betwee n original co l o r host face im age  and  waterm arke d color host face im age and SSIM ,   BCR v a lu e between  en coded  spar se m easu r em en ts and  ex t r acted  sp ar se m easu r emen ts. I n   wat e r m ar k   e m beddi ng  procedure, the two PN sequences are  m u ltip lied with a gain factor  and e m bedded in  wavelet   coefficients of  color biom etric  im ag e. Table 2 s h ows t h at val u of t h gain factor does  not affect on  waterm arked i m age an d e x tra c ted wate rm ark in f o rm ation.       Table 1. Quality  Measures  of  Proposed Waterm arking Technique  Results   No Attac k   JPEG A ttac k   Gaussian Noise  Atta c k   Salt & P e pper   Noise Attac k   Spec k le Attac k   Cropping  Atta c k       Q = 9 0   µ=0,  =0. 001   Densit y = 0. 005  Variance = 0. 004    NCC   0. 96  0. 98   0. 95   0. 95   0. 95   0. 95   PSNR (dB)   38. 17  38. 82   37. 39   37. 17   37. 41   37. 74   SSIM  0. 99  0. 99   0. 99   0. 99   0. 99   0. 99   BCR  1. 00  1. 00   1. 00   1. 00   1. 00   1. 00       Table  2. E f fect of Gain  Factor  on   Pr opo sed  Water m ar k i ng  Techn i qu Gain Fac t or  PSNR  (dB)   NCC   SSIM  BCR  39. 24   0. 98  0. 99  1. 00   38. 17   0. 96  0. 99  1. 00   37. 40   0. 94  0. 99  1. 00   36. 68   0. 91  0. 99  1. 00   36. 19   0. 89  0. 99  1. 00   35. 78   0. 86  0. 99  1. 00   35. 41   0. 84  0. 99  1. 00   35. 14   0. 82  0. 99  1. 00   34. 93   0. 81  0. 99  1. 00   10   34. 73   0. 79  0. 99  1. 00       The  waterm arking technique i d ea is  borrowe from   [7 a n 25] ,  the r e a r e s i gnifica nt m o d i fication is   taken place in propose d  technique com p are d  with Inam dar [7] and Hajja r a  [25]. T h e com p aris on  of propos ed  techniq u e with  techniq u e in [7 , 25]  with d i ffere nt pa ram e ters are sum m a rized in table 3. In the propos e d   wo rk  discu sse d he re, sin g le  level ho rizo nta l  and ve rtical details of re com pone nt are  used  fo r em beddi ng;  while in  [7]  se con d  lev e l dec o m position is  obtaine fr om   app r oxim a tion ban d w h ile in [ 2 5]  it is obt ained   fr om  horizo n ta l details fo r em bed d in g.  I n  the  pr o pos ed  tec h nique two PN  sequence a r e e m bedded at a t i m e  in  single level wa velet coefficients according to enc ode d s p arse  m easurem e n ts of  waterm a r k whic h is generat e usin g C S  theory  an d u n ifo r m  quan tization. In the proposed techni que , waterm ark biom etric data is  com p ressed b e fo re  em beddi ng  i n to host m e dium In  t echni que  [7], large r  size of  waterm ark im age is  degraded  waterm arked im age  quality wh ich  is li mitat i on of this techni que Where in t h proposed technique,  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN:  2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 4 ,  No. 5 ,  Octob e 20 14   :   758  –  7 66  7 65  larger  size  of   waterm ark im age is c o m p re ssed  usi n g  cs  theo ry  f r am ewor k a n d em beds i n to  h o st m e dium   without degrading waterm arked  im age  quality.      Table  3. C o m p ariso n   of  Pr o p o se d tech niq u e  with  I n am dar techni que  [ 7 ]  a n d  Ha jjara  tech niq u [2 5]   Para m e ters  Proposed  Techni que  Ina m dar  Tec hniq u e [7]   Hajjara Tech niq u e [25]   Wavelet   Deco m p osition  First level  Horizontal & Vertical  Details of Red com ponent  Second level of Appr oxim a tion  Details   Second level of Hor i zontal  Details   PSNR Range  34 to 40 dB   30 to 38 dB   3 to 5 dB  No. of P N  Se quen ce  T w o PN  Sequences ar e e m bedded at  ti m e   in Horizontal and  Vertical   Details bands  Three P N  Sequenc es are  em bedded at a ti m e  in all  details bands   Only One  PN S e quence is  em bedded in either in bands   Water m a r E n coded Spar se Measur em ents of I r is  Im a g Signatur e  Im age  L ogo   Co m p u t ational  Security Achieve d   Due to Co m p r e ssive Sensing T h eor y   plus Secr et Key  Secret Ke Secret Ke Co m p ression of   Wa ter m a r k  Da ta   Due to Co m p r e ssive Sensing T h eor y   No such scope  No such scope  Authen tica tio n   through Te m p lat e   Matching   Featur e of Reconstr ucted ir is i m age  extracted and  m a tc hed  Featur e of Recovered  Signatures are ext r acted and  ma t c h e d   No such scope      5.   CO NCL USI O N   This pa pe r p r o pos ed a  ne w b i om etric water m arkin g  tech nique  usi ng  wa v e lets and C S  t h eo ry . T h e   pr o pose d  tec h niq u e c o m b ines the  field  of   biom etric  waterm arking a n com p ressive s e nsin g.  The  p r op ose d   techniq u e is r o b u st agai nst Gaus sian, S p e c kle an d Salt & pe ppe r n o is e, C r o p p in g and J P EG c o m p ressi o n .   This technique is not robust  against hist ogram  equaliza tion and  filter attacks. This  t echni que is  used to  biom etric data pr otection  o v e r  com m unication c h an nel  betw een tw o m o d u les o f   biom etric sy stem .       REFERE NC ES   [1]   A Jain and  A K u mar. “Biometric  Recognition:  An Overview”.  Second Gen e ration Biometri cs:  The Ethical, Leg a and Socia l Context,  E. Mordin i a nd D. Tzovaras ( E ds.) , Springer .   2012: 49 –  79.  [2]   A Jain, K Nandakumar and A Nagar.  B iom e tr ic Tem p l a te Se c u rit y .   EURASI P  Journal on Advances in Sign al  Processing, Sp ecial Issue on  Ad vanced  Signal Pro cessing and Pattern Recogn iti on Methods for  Biometrics . 200 8: 1   – 17.  [3]   N Ratha, J Connell and R Bolle. “Enha ncing Security   and Privacy  in Biom etric Based Authen tication S y stems”.  IBM Systems Jo urnal . 2001; 40( 3): 614 –  634.  [4]   A Jain and U Uludag. “H iding Biometric Data”.  I EEE Transactio ns on Pattern A nalysis and Mac h ine Inte llig enc e 2009; 25(11): 14 94 – 1498 [5]   A Jain, A Ross  and S Prabhakar. “ A n Introduction to Bi om etric  Recognit i on” . IEEE Tr ansact io ns on Circuits and   S y stems for Vid e o Technolog y ,   Specia l  Issue on   Image and  Video Based  Biometrics . 2004 ; 14(1) : 4 –  20.  [6]   A Jain, A Ross  and S Pankanti.  B iom e tric s: A Tool for Information Secur i ty ”.  IEEE T r ansactio ns on Information  Forensics and S ecurity . 2006; 1( 2): 125 –  143.  [7]   V Inamdar, P  Rege and  M Ar y a . “Offline Handwritten  Sign ature b a sed Blind Biometric  Watermarking and  Authentication Techn i que  usin Biorthogonal Wavelet  Transform”.  International Journal of Computer   Applica tions . 20 10; 11(1): 19 –  2 7 [8]   G Langelaar, I  Sety awan and R  Lagnedi jk. “ W a term arking of  Digital Im age  and Video Data – A State of Ar Review”.  I EEE Signal Processin g   Magazine . 200 0: 20 –  46.  [9]   N Chaudhar y , D  Singh and  D Hussain. “Enhan c i ng Securi t y  of  Multim odal Bio m etric Auth enti cat ion S y st em   b y   Im plem enting W a term arking Utili zing DW T and DCT”.  IOSR Journal of Comp uter Engineerin g . 2013; 15(1): 6 –   11.  [10]   C Li, B Ma,  Y Wang and  Z Zh ang.  “Sparse Reconstru c tion Based  Wate rmarking for  Secure B i ometr i Authenti cat ion” .   Biome t ric  Re co gnition . 2011; 7 908: 244 –  251.  [11]   S E d wa rd,  S S u ma nthi a nd R Ranihemamalini. “ Person Authenti cation Usi ng Multimodal Biometri cs with   Watermarking ”.  Proceedings of  2011 Internat ion a l Conferen ce  o n  Signal Processing, Com m unication, Com puting   and Networking   Techno logi es  (I CSCCN). 2011:  100 – 104 [12]   M Qi, Y Lu, N Du, Y Zhang,  C Wang and J  Kong. “A  Novel Image Hiding Approach Based  on Correlation  Anal y s is for  Sec u re Multim odal   Biom etrics” .   Jo urnal of Networ k and Computer  Applications . 2 010; 33(3): 247  –  257.  [13]   M Vasta, R Singh and A Noore, M Houc k and  K Morris. “Rob ust Biometric  I m age Watermar king for Fingerp rint  and Face  Template Protection I E ICE Ele c troni c s   Express . 2006 ; 3(2): 23  – 28 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN:  208 8-8 7 0 8     Secu rity of Bi o m etric D a ta  U s ing  C o mpr e ss ed W a term arki ng  Tec hni que   ( R oh it Than ki)  76 6 [14]   D Moon, K Tachae, S Jung, Y  Chung, K Moon, D Ahn a nd S  Kim. “Performa n ce Ev alu a tion  of Watermarkin g   Techn i ques  for  S ecure M u lt im odal Biom etr i c S y s t em s .   In Co mputational In t e llig ence and S ecurit y , Spring er  Berlin  Heidelber g . 2005: 635 –  6 42.    [15]   F Tiesheng,  L Guiqiang , D Chuny and W Danhua. “A Di gital Im age Watermark i ng Method Based on the Theo r y   of Compressed  Sensing”.  In tern ational Journal Automation   and Control  Engin e ering . 2013; 2(2): 56 –  61.  [16]   P Redd y ,  V Pras ad and D Rao. “ R obust Digital  Wa termarking o f  Color Images under Noise Attacks”.  Internat ion a Journal of Recent Tr ends in  Eng i neering . 2009;  1(1): 334 –  338.  [17]   Chris Shoemaker. “Hidden B its:  A Survey   of  Techniques for Dig i tal  W a term arkin g ”.  Ind e pend ent  Study EER-290 Prof Rudko, Spring. 2002   [18]   G Langelaar, I  Sety awan and R  Lagnedi jk. “ W a term arking of  Digital Im age  and Video Data – A State of Ar Review”.  I EEE Signal Processin g   Magazine . 200 0: 20-46.  [19]   D Donoho. “Compressed Sensing”.  I E E E  T r ans Infor m . T h eor y 2006; 52(4): 128 9-1306.    [20]   E Cand ès. “Compressive Sampling”. Proc eed ing s  of the I n tern ational Congr ess  of Mathematician s , Madrid, Spain .   2006.  [21]   E Cand ès and  J  Romberg. “L1- Magic: Recov e r y   of  Sparse Sign als via Conv ex P r ogramming”. 2 005.  [22]   I Cox, J Kili an, T Sham oon an d F Leight on. “ S ecure  Spread  Spectrum  Water m arking for Multim edia”.  IE EE  Transactions on  Image Processing . 1997; 6(12): 1 673 – 1687 [23]   V Jain, A Mukherjee. “The In d i an Face Database”. h ttp://vis-www.cs.umass.edu/~v idit/Ind iaFaceDatabase. 2002 [24]   For Iris Databas e : h ttp://www.sinobi ometrics.co m /caisair is.html   [25]   S Hajjara, M Abdallah and A  Hudaib.  “Digital Image Wa termarking Using Localized  B i ortho gonal Wavelets ”.  European Journ a l of  Sc ie nt if ic  Re se arc h . 2009; 2 6 (4): 594 –  608.  [26]   Z W a ng, A Bovik, H Sheikh and E Sim oncelli . “ I m a ge Qualit y Assessm ent from  Error Visibilit y to Structur a l   Sim ilarit y ,   IEEE Transaction o n  Image  Processing , vo l. 13, no.  4, April 2004.  [27]   J Tropp and A  Gilbert, “Signal Recover y  from Random  Measur ements via Ort hogonal Match i n g  Pursuit”.  IEEE  Transactions on  Information Theory . 2007; 53(12 ): 4655 –  4666.        BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS       M r .  Rohit M Thanki  has  rece i v ed B. E.  degre e   in El ec tronics  and Communication Engin eering  from Saurashtra University , Rajk ot and M.E. in  Communication  Engineering fro m Sardar Patel  Univers i t y , Val l abh Vid y anag a r . He is  curre ntly  pursuing  his Ph.D. in Electronics and  Communication  Engineering fro m C U Shah Universi ty , Wa dhwan Ci ty , Guj a ra t,   India.  His  are a   of research is to Design Watermarking Algorithm  for Biometric Data Prot ection .   He has guided  more than 15 UG students in their project work.  He has published 11 research p a pers in various  high impact factor intern ational journals. He has  presented  7  research p a pers in  v a rious national  and intern ation a l confer ences.   He has publishe d books titled C o m p arative  anal y s is of digit a l   watermarking techniques and Desi gn of Operatio nal Transcondu ctance Amplifier with Lambert  Publishing House, German y .  H i s area of  inte r e st is Digita W a term arking,  Im age & Signal  Proc e ssing,  Compre ssive  Se nsing ,  Pattern  Recogn ition,  and Digital VLSI Design.         Dr. Komal R Borisagar  receiv e d B.E. degr ee in Electroni cs an d Communicatio n from C. U.  Shah Engineering Colleg e , Saurashtra Univer si ty , Rajkot, Gujarat, Ind i a in  2002 and M.E.  degree in Com m unication S y st em  Engineering  from  Changa Institute of Te ch nolog y, Gujara t   University , and  Ahmedabad in  2008. In  2012 she r e ceived   her doctoral degree from  the  Department of  Electronics  and  C o mmunication Engineer ing, JJT  Un ive r sity , Ra jastha n.  She  ha teaching  experience of ov er 10  y e ars. She is wo rking a s  Assista n t Profe ssor a t  Elec tronic Communication Department, Atmiy Institu te of  Technolog y  an d Sc ience, Rajk ot. Her areas of   inter e s t  ar e wir e l e s s  com m unicati on, s p ee ch  pro c essing and signal  & image processing.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.