Beyond digital, imagens, and forensics : towards a regulation of trust in multimedia communication

Abstract

This thesis discusses the role of Digital Image Forensics as a regulator of digital media in society. This includes a perceptual study with over 400 subjects to assess their ability to notice editing in images. The results of such experiment indicate that humans are easily fooled by digital images, not being able to tell apart edited and pristine images. The thesis then analyzes the effectiveness of the available arsenal of digital image forensics technology to detect image editing performed by state-of-the-art image-compositing techniques. By analyzing fundamental image patterns, forensics techniques can effectively detect the occurrence of most types of image compositing operations. In response to these two studies, the thesis presents an alternative approach to digital image forensics, based on automated plan generation. By treating the image inspection process as a plan comprised of different steps, it proposes an architecture that is able to guide an analyst choosing the next best step for inspecting an image. The generated plans are flexible, adapting on the fly to the observed results. The plans are based on a formal modelling of current forensics knowledge and techniques, so that they can be translated in steps to be executed. The thesis then shows that the limits of such an approach lie in the difficulty to validate results, which is a consequence of the setup of forensics problems: they are problems of distributed trust among parties with limited information. This scenario is analyzed from different perspectives in search for the practical limits of Digital Image Forensics as a whole. The results of such an analysis suggest that the field is lacking in providing practical and accessible solutions to society due to limited engagement in multidisciplinary research rather than due to limited technical proficiency. The thesis then discusses how paradoxes from philosophy, mathematics, and epistemology arise naturally in both real forensics scenarios, and in the theoretical foundations of the field. Digital Image Forensics ultimately deals with human communication and, as such, it is subject to all its complexities. Finally, it is argued that the path for providing useful solutions for society requires a collective engagement from different disciplines. It is the responsibility of the forensics community to develop a common, accessible epistemological framework for this collective enterprise.

Esta tese discute o papel da Análise Forense de Imagens como reguladora de mídia digital na sociedade. Isto inclui um estudo com mais de 400 indivíduos para determinar suas capacidades de detectar edições em imagens. Os resultados desse experimento indicam que humanos são facilmente enganados por imagens digitais, tendo dificuldades em diferenciar entre imagens pristinas e editadas. A tese então analisa a efetividade do arsenal de análise forense de imagens contra o estado-da-arte de composição de imagens. Através da análise de padrões fundamentais de imagens, as técnicas forenses são capazes de detectar a presença da maioria das operações de composição testadas. A tese então apresenta uma abordagem alternativa para análise forense de imagens, baseada na geração automática de planos. Ao tratar o processo de inspeção de uma imagem como um plano composto de múltiplos passos, propusemos uma arquitetura que é capaz de indicar os passos necessários para analisar uma imagem. Os planos são baseados em uma modelagem formal do conhecimento e técnicas forenses, de modo que possam ser traduzidos em passos a serem executados. A tese então demonstra que os limites de tal abordagem dependem da dificuldade de validar tal solução. Isso é uma consequência da natureza dos problemas de análise forense de imagens: essencialmente, são problemas de confiança distribuída entre indivíduos com acesso limitado à informação. Essa configuração é analisada de diferentes perspectivas em busca dos limites práticos para a análise forense de imagens digitais. Os resultados dessa análise sugerem que a área falha em produzir soluções acessíveis para a sociedade não por limitações técnicas, mas pela falta de um engajamento multi-disciplinar. A tese então discute como paradoxos filosóficos surgem naturalmente em cenários de análise forense de imagens. A análise forense de imagens digitais lida, essencialmente, com comunicação humana e, como tal, está sujeita a todas suas complexidades. Finalmente, é argumentado que o caminho para construir soluções úteis para a sociedade requer um esforço coletivo de diferentes disciplinas do conhecimento. É responsabilidade da comunidade forense desenvolver uma teoria epistemológica comum e acessível para este projeto coletivo.