一種防止拍攝屏幕的新技術(shù)*

沈冬遠，龔樂中

（中國電子科技網(wǎng)絡(luò)信息安全有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

隨著手機等具備拍照功能的便攜式設(shè)備的普及，通過手機等設(shè)備對電腦屏幕內(nèi)容拍照竊取信息成為導(dǎo)致信息泄漏最普遍、最容易的一種方式。

如何提供更普適性的主動防屏幕拍照應(yīng)用，確保屏幕信息不被非法拍攝或竊取，實現(xiàn)對屏幕信息的主動防護與實時預(yù)警，成為信息安全領(lǐng)域亟需解決的問題[1]。

1 當(dāng)前狀態(tài)

1.1 現(xiàn)有防范方法

目前，防止屏幕拍照的手段比較缺乏，且均不具備實時主動防御能力。

現(xiàn)有的防范方法主要包括如下方法[2]。

（1）信息隱藏顯示法：僅針對文本文件給予保護，無法抵御攝像攻擊；

（2）攝像頭檢測法：主要針對長期竊拍的隱藏攝像頭，但目前眾多電磁信息對其影響較大；

（3）屏幕水印法：主要用于追溯，對魯棒性攻擊、幾何攻擊的抵抗性較差。

綜上所述，上述3 種方法均在一定程度上對待解決的問題有所妥協(xié)。近年來，人工智能深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域的技術(shù)飛速發(fā)展，國內(nèi)外在目標(biāo)檢測方面的深入研究和技術(shù)應(yīng)用，為解決防止拍攝屏幕問題提供了新的思路。

1.2 威脅分析以及應(yīng)對方法

當(dāng)前特殊行業(yè)的敏感信息，在屏幕的最終呈現(xiàn)環(huán)節(jié)的狀況不容樂觀。因拍攝屏幕所導(dǎo)致的信息失泄密事件頻發(fā)，目前的主要威脅如表1 所示。

表1 目前特殊行業(yè)屏幕信息安全所面臨的主要威脅

本文介紹的技術(shù)結(jié)合數(shù)字光電傳感器和人工智能先進技術(shù)，實時主動感知威脅，并全方位防護屏幕，可為屏幕的信息安全提供可靠的事前防護措施[3]，有效降低因移動智能終端拍攝導(dǎo)致的屏幕信息泄密風(fēng)險。

2 方案介紹

本方案設(shè)計并實現(xiàn)了一種專用防拍照顯示器與遠程監(jiān)控報警系統(tǒng)。防拍照顯示器主要包含內(nèi)置攝像采集模塊、內(nèi)置識別判決模塊、內(nèi)置控制模塊和內(nèi)置報警模塊[4-7]。方案體系架構(gòu)組成如圖1 所示。

防拍照顯示器的內(nèi)置攝像采集模塊、內(nèi)置識別判決模塊與內(nèi)置控制模塊，可實時監(jiān)控并自動識別手機等拍照設(shè)備和拍照動作，并記錄拍照行為，同時具有主動設(shè)防功能和自動撤防功能。

另外，該顯示器可內(nèi)置自動報警模塊進行單機報警，也可發(fā)送至監(jiān)控中心實現(xiàn)遠程報警功能。防拍照顯示器能夠有效防止通過對顯示屏拍照造成信息泄漏的問題，實時保護屏幕信息，提高了信息的安全性、威脅預(yù)警的準確性和防護的及時性。

3 各子模塊介紹

3.1 攝像采集模塊

內(nèi)置攝像采集模塊采用攝像頭獲取圖像，并將獲取的圖像提供給內(nèi)置識別判決模塊[8]。

3.2 識別判決模塊

內(nèi)置識別判決模塊采取深度學(xué)習(xí)與圖像識別的方法，實現(xiàn)對是否存在拍照竊取信息情況的智能識別功能。

識別判決模塊主要由兩部分構(gòu)成[9]：一部分是訓(xùn)練過程，一部分是識別過程。訓(xùn)練過程包括經(jīng)過樣本標(biāo)簽分類后的訓(xùn)練圖片的輸入、反復(fù)學(xué)習(xí)與深度網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和形成分類模型；識別過程包括攝像頭隨機拍攝抓取測試圖片的輸入、與標(biāo)簽樣本庫進行比對判斷以及將是否存在拍照竊取信息情況的結(jié)果輸出。

如圖2所示，識別判決模塊的判決過程如下[10-12]。

圖2 識別判決模塊的判決過程

步驟1：有無拍照情況圖片標(biāo)簽分類預(yù)處理。方案需要在有手機的圖片中將其標(biāo)注出來。標(biāo)注有4 種標(biāo)注方式：（1）只標(biāo)注手機后置攝像頭；（2）標(biāo)注整個手機；（3）對攝像頭和整個手機結(jié)合標(biāo)注；（4）在人手持手機拍照情況下對手機和手結(jié)合標(biāo)注。

步驟2：有無拍照樣本庫建立。將有手機的圖片按照步驟1中的4種方式標(biāo)注后，存儲在“有手機”的文件夾下，建立“有手機”樣本庫。

步驟3：訓(xùn)練過程。將標(biāo)注好后形成的“有手機”樣本作為訓(xùn)練圖片輸入到訓(xùn)練過程，調(diào)用訓(xùn)練程序?qū)τ?xùn)練圖片進行訓(xùn)練，經(jīng)過對圖片標(biāo)注部分的反復(fù)學(xué)習(xí)與深度網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，形成準確的訓(xùn)練結(jié)果模型。

步驟4：識別過程。將攝像頭實時拍攝抓取的圖片作為輸入，運行識別程序，通過顏色、邊緣、紋理等快速識別出目標(biāo)，采用訓(xùn)練好的結(jié)果模型進行判決，將識別出的一個或多個手機進行快速定位并實時框選，給出相似度結(jié)果，同時記錄保存當(dāng)前畫面。

此過程的拍照設(shè)備只是以手機為優(yōu)選，但并不具有限制性意義。對于其他具有拍攝功能的設(shè)備，上述方法同樣適用。

3.3 控制模塊

控制模塊根據(jù)內(nèi)置板卡識別模塊的判別結(jié)果，通過控制顯示屏幕亮度或電源實現(xiàn)自動設(shè)防與撤防功能。

若有手機等拍照設(shè)備靠近顯示器或有拍照的可疑行為、動作出現(xiàn)，顯示屏則變暗或斷電。若無拍照情況，控制模塊將根據(jù)攝像頭前是否有人出現(xiàn)來控制顯示屏幕的變化：攝像頭前有人時亮屏，無人時暗屏或斷電。增加的防拍照電路和模塊與顯示屏顯示信息傳輸、處理電路完全獨立，只控制顯示屏供電電路。

3.4 報警模塊

當(dāng)識別出場景內(nèi)出現(xiàn)非法設(shè)備（手機）或拍照行為時，報警模塊會鳴響警報起到報警作用。顯示器可內(nèi)置自動報警模塊進行單機報警，也可發(fā)送至監(jiān)控中心實現(xiàn)遠程報警功能。

3.5 遠程監(jiān)控報警系統(tǒng)

遠程監(jiān)控報警系統(tǒng)提供可視化管理平臺，為管理者提供安全態(tài)勢可知、可見、可控的有力工具。

本方案適用于不同平臺（CPU/GPU）和不同操作系統(tǒng)（Windows/Linux/安卓）。

4 關(guān)鍵技術(shù)

本防拍照方案基于TenseFlow 框架的深度學(xué)習(xí)手機識別算法，結(jié)合以下關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)化，在同樣環(huán)境條件下提升識別準確率。

4.1 輸入樣本集

在算法和訓(xùn)練模型相同的情況下，算法效果的好壞主要依賴于訓(xùn)練數(shù)據(jù)是否恰當(dāng)。合理采集數(shù)據(jù)圖片進行預(yù)處理，建立圖片數(shù)據(jù)訓(xùn)練集十分重要。

4.2 硬件能力優(yōu)選

4.2.1 傳感器

攝像機很多技術(shù)參數(shù)影響視頻圖像的質(zhì)量，這些因素有感光器（CCD、CMOS）、感光器的大小、DSP 的處理速度、內(nèi)置圖像處理芯片和鏡頭等。同時，攝像機內(nèi)置的一些設(shè)置參數(shù)也將影響視頻質(zhì)量，如曝光時間、光圈、動態(tài)白平衡等參數(shù)。目前，基于TOF 技術(shù)的深度攝像頭的小型化和廣泛普及，為防拍照顯示器提供了普通攝像頭無法提供的深度信息。

4.2.2 高性價比的AI 處理器

AI 專用處理器和芯片是支撐人工智能技術(shù)核心能力的基礎(chǔ)層。高性價比的AI 處理器為防拍照顯示器的商用提供了基本條件。

4.3 識別算法優(yōu)化

結(jié)合視覺細節(jié)增強映射[13]，提升基于TenseFlow框架的深度學(xué)習(xí)手機識別算法的識別準確率。例如，先通過TenseFlow 框架的深度學(xué)習(xí)手機識別算法識別疑似手機的物體，再通過細節(jié)（如攝像頭）分析進行最終判決。

5 結(jié)語

本文以防拍照顯示器為例介紹了一種防止拍攝屏幕的新技術(shù)，全方位守護屏幕信息安全，精準加強“人防、物防、技防”的保密綜合防范體系。面向保密行業(yè)的日常工作需要，如辦公、出差和會議場景[14-15]，該技術(shù)可分別形成防拍照顯示器、筆記本和顯示大屏等專用產(chǎn)品形態(tài)。最后，針對保密行業(yè)的特殊要求，該技術(shù)需與可信執(zhí)行環(huán)境和安全加密傳感器進行技術(shù)融合，以確保執(zhí)行環(huán)境和傳感器的安全可控。同時，基于“貓眼效應(yīng)”的光學(xué)原理分析方法[16]，它對保密行業(yè)檢測隱蔽拍攝設(shè)備的防竊照技術(shù)發(fā)展具有重要的意義。