Andersons vinkel

Deteksjon av video-konferanse deepfakes med en smarttelefons ÂŦvibrateÂŧ-funksjon

mm
Legg til Unite.AI blant dine foretrukne kilder pÃĨ Google
An AI-generated illustration: 'a gorgeous panoramic picture of a man sitting in an office, looking into his smartphone, which he is holding; the man is wearing a Guy Fawkes mask; photorealistic, UHQ' - ChatGPT 3, Tuesday, 24. september 2024 13:27:31

Ny forskning fra Singapore har foreslÃĨtt en ny metode for ÃĨ detektere om noen pÃĨ den andre siden av en smarttelefon video-konferanse-verktÃļy bruker metoder som DeepFaceLive for ÃĨ ligne noen andre.

Den nye tilnÃĶrmingen, kalt SFake, forkaster de passive metoder som de fleste systemer bruker, og fÃĨr brukerens telefon til ÃĨ vibrere (ved ÃĨ bruke de samme ‘vibrere’-mekanismene som er vanlige pÃĨ smarttelefoner), og subtilt uskarpe ansiktet.

Selv om live deepfaking-systemer er i stand til ÃĨ replikere bevegelsesuskarping, sÃĨ lenge uskarpt bilde var inkludert i treningsdataene, eller i det minste i pre-treningsdataene, kan de ikke reagere raskt nok pÃĨ uventet uskarping av denne typen, og fortsetter ÃĨ produsere ikke-uskarpe deler av ansiktet, og avslÃļrer eksistensen av en deepfake-konferanse.

DeepFaceLive kan ikke respondere raskt nok til ÃĨ simulere uskarpingen forÃĨrsaket av kamera-vibrasjonene. Kilde: https://arxiv.org/pdf/2409.10889v1

DeepFaceLive kan ikke respondere raskt nok til ÃĨ simulere uskarpingen forÃĨrsaket av kamera-vibrasjonene. Kilde: https://arxiv.org/pdf/2409.10889v1

Testresultatene pÃĨ forskernes eget kurerte datasett (siden ingen datasett med aktive kamera-rystelse eksisterer) fant at SFake overgikk konkurrerende video-baserte deepfake-detekteringsmetoder, selv nÃĨr de mÃļtte utfordrende omstendigheter, som den naturlige hÃĨndbevegelsen som skjer nÃĨr den andre personen i en video-konferanse holder kameraet med hÃĨnden, i stedet for ÃĨ bruke en statisk telefon-monter.

Det Ãļkende behovet for video-basert deepfake-deteksjon

Forskning pÃĨ video-basert deepfake-deteksjon har Ãļkt nylig. I kjÃļlvannet av flere ÃĨrs suksessfulle stemme-baserte deepfake-tyverier, tidligere i ÃĨr ble en finansarbeider lurt til ÃĨ overfÃļre 25 millioner dollar til en svindler som brukte en deepfake-video-konferanse for ÃĨ ligne en CFO.

Selv om et system av denne typen krever en hÃļy grad av maskinvare-tilgang, er mange smarttelefon-brukere allerede vant til ÃĨ bruke finansielle og andre typer verifiseringstjenester som ber oss om ÃĨ registrere vÃĨre ansikts-trekk for ansikts-basert autentisering (dette er faktisk en del av LinkedIn’s verifiseringsprosess).

Det ser derfor ut til at slike metoder vil bli stadig mer vanlige for video-konferanse-systemer, ettersom denne typen kriminalitet fortsetter ÃĨ skape overskrifter.

De fleste lÃļsninger som adresse sanntids video-konferanse deepfaking antar en meget statisk scenario, der kommunikanten bruker en stasjonÃĶr webcam, og ingen bevegelse eller ekstreme miljÃļ- eller lys-endringer er forventet. En smarttelefon-samtale tilbyr ingen slik ‘fast’ situasjon.

I stedet bruker SFake en rekke detekteringsmetoder for ÃĨ kompensere for det hÃļye antallet visuelle variasjoner i en hÃĨnd-holdt smarttelefon-basert video-konferanse, og ser ut til ÃĨ vÃĶre det fÃļrste forskningsprosjektet som adresse problemet ved ÃĨ bruke standard vibrasjons-utstyr bygget inn i smarttelefoner.

Artikkelen paperet heter Shaking the Fake: Detecting Deepfake Videos in Real Time via Active Probes, og kommer fra to forskere fra Nanyang Technological University i Singapore.

Metode

SFake er designet som en sky-basert tjeneste, der en lokal app sender data til en fjern API-tjeneste for ÃĨ bli prosessert, og resultater sendes tilbake.

Men dens kun 450mb fotavtrykk og optimerte metode tillater at den kan prosessere deepfake-deteksjon helt pÃĨ enheten selv, i tilfeller der nettverks-tilkobling kan fÃļre til at sendte bilder blir for komprimert, og pÃĨvirker diagnostisk prosess.

Å kjÃļre ‘all lokal’ pÃĨ denne mÃĨten betyr at systemet ville ha direkte tilgang til brukerens kamera-feed, uten codec-forstyrrelser ofte forbundet med video-konferanser.

Gjennomsnittlig analyse-tid krever en fire-sekunders video-klipp, under hvilket brukeren blir bedt om ÃĨ forbli stille, og under hvilket SFake sender ‘sonder’ for ÃĨ forÃĨrsake kamera-vibrasjoner ÃĨ skje, pÃĨ selektivt tilfeldige intervaller som systemer som DeepFaceLive ikke kan respondere pÃĨ i tide.

(Det bÃļr pÃĨpekes at noen angriper som ikke har inkludert uskarpt innhold i trenings-datasettet er usannsynlig ÃĨ vÃĶre i stand til ÃĨ produsere en modell som kan generere uskarping, selv under mye mer gunstige omstendigheter, og at DeepFaceLive ikke kan bare ‘legge til’ denne funksjonaliteten til en modell trent pÃĨ et under-kurert datasett)

Systemet velger utvalgte omrÃĨder av ansiktet som potensielle deepfake-innhold, og ekskluderer Ãļyne og Ãļyebryn (siden blunking og annen ansikts-bevegelse i dette omrÃĨdet er utenfor rekkevidden av uskarings-deteksjon, og ikke en ideell indikator).

Konseptuell skjema for SFake.

Konseptuell skjema for SFake.

Som vi kan se i det konseptuelle skjemaet ovenfor, etter ÃĨ ha valgt utvalgte og ikke-forutsigbare vibrasjons-mÃļnster, bestemt den beste fokuserings-lengden, og utfÃļrt ansikts-gjenkjenning (inkludert landemerke-deteksjon via en Dlib-komponent som estimerer standard 68 ansikts-landemerker), SFake avleder grader fra inndata-ansiktet og konsentrerer seg om utvalgte omrÃĨder av disse grader.

Varians-sekvensen oppnÃĨs ved ÃĨ sekvensielt analysere hver ramme i det korte klippet under studie, til den gjennomsnittlige eller ‘ideelle’ sekvensen er nÃĨdd, og resten forkastet.

Dette gir uttrekte funksjoner som kan brukes som en kvantifiserer for sannsynligheten for deepfake-innhold, basert pÃĨ det trente datasettet (av hvilket, mer om dette Ãļyeblikket).

Systemet krever en bilde-opplÃļsning pÃĨ 1920×1080 piksler, samt en minst 2x zoom-krav for linser. Artikkelen bemerker at slike opplÃļsninger (og enda hÃļyere opplÃļsninger) stÃļttes i Microsoft Teams, Skype, Zoom og Tencent Meeting.

De fleste smarttelefoner har en front-kamera og en selv-kamera, og ofte bare ett av disse har zoom-kapasiteten som SFake krever; appen ville derfor kreve at kommunikanten bruker hvilken som helst av de to kameraene som mÃļter disse kravene.

FormÃĨlet her er ÃĨ fÃĨ en korrekt proporsjon av brukerens ansikt inn i video-strÃļmmen som systemet vil analysere. Artikkelen observerer at den gjennomsnittlige avstanden som kvinner bruker mobile enheter er 34,7 cm, og for menn, 38,2 cm (som rapportert i Journal of Optometry), og at SFake opererer svÃĶrt godt pÃĨ disse avstandene.

Ettersom stabilisering er et problem med hÃĨnd-holdt video, og ettersom uskarpingen som skjer fra hÃĨnd-bevegelse er en hindring for funksjonen til SFake, prÃļvde forskerne flere metoder for ÃĨ kompensere. Den mest suksessfulle av disse var ÃĨ beregne den sentrale punktet av de estimerte landemerker og bruke dette som en ‘anker’ – effektivt en algoritme-stabiliseringsteknikk. Ved denne metoden ble en nÃļyaktighet pÃĨ 92% oppnÃĨdd.

Data og tester

Siden ingen passende datasett eksisterte for formÃĨlet, utviklet forskerne sitt eget:

‘[Vi] bruker 8 forskjellige merker av smarttelefoner for ÃĨ spille inn 15 deltakere av varierende kjÃļnn og alder for ÃĨ bygge vÃĨrt eget datasett. Vi plasserer smarttelefonen pÃĨ telefon-holderen 20 cm unna deltakeren og zoomer inn to ganger, med mÃĨl pÃĨ deltakerens ansikt for ÃĨ omfatte alle ansikts-trekk mens vi vibrerer smarttelefonen i forskjellige mÃļnster.

‘For telefoner hvis front-kamera ikke kan zoome, bruker vi bak-kameraene som erstatning. Vi spiller inn 150 lange videoer, hver 20 sekunder lange. Som standard antar vi at detekterings-perioden varer 4 sekunder. Vi klipper 10 klipp av 4 sekunder lange fra en lang video ved ÃĨ tilfeldig velge start-tiden. Derfor fÃĨr vi totalt 1500 ekte klipp, hver 4 sekunder lange.’

Selv om DeepFaceLive (GitHub-lenke) var det sentrale mÃĨlet for studien, ettersom det er nÃĶrmest sikkert fokus for kriminell interesse i forhold til video-konferanse-svindel, inkluderte forskerne fire andre metoder for ÃĨ trene deres basis-detekteringsmodell: Hififace; FS-GANV2; RemakerAI; og MobileFaceSwap – den siste av disse en sÃĶrlig passende valg, gitt mÃĨl-miljÃļet.

1500 fakede videoer ble brukt for trening, sammen med det samme antallet ekte og uendrede videoer.

SFake ble testet mot flere forskjellige klassifiserings-algoritmer, inkludert SBI; FaceAF; CnnDetect; LRNet; DefakeHop-varianter; og den gratis online deepfake-detekterings-tjenesten Deepaware. For hver av disse deepfake-metodene ble 1500 fakede og 1500 ekte videoer trent.

For basis-test-klassifiseringen ble en enkel to-lags neural nettverk med en ReLU-aktiveringsfunksjon brukt. 1000 ekte og 1000 fakede videoer ble tilfeldig valgt (selv om de fakede videoene var eksklusivt DeepFaceLive-eksempler).

Area Under Receiver Operating Characteristic Curve (AUC/AUROC) og NÃļyaktighet (ACC) ble brukt som metrikker.

For trening og inferens ble en NVIDIA RTX 3060 brukt, og testene kjÃļrt under Ubuntu. Test-videoene ble spilt inn med en Xiaomi Redmi 10x, en Xiaomi Redmi K50, en OPPO Find x6, en Huawei Nova9, en Xiaomi 14 Ultra, en Honor 20, en Google Pixel 6a og en Huawei P60.

For ÃĨ vÃĶre i samsvar med eksisterende detekteringsmetoder, ble testene implementert i PyTorch. PrimÃĶre test-resultater er illustrert i tabellen nedenfor:

Resultater for SFake mot konkurrerende metoder.

Resultater for SFake mot konkurrerende metoder.

Her kommenterer forfatterne:

‘I alle tilfeller overskred SFake’s detekterings-nÃļyaktighet 95%. Blant de fem deepfake-algoritmene, unntatt Hififace, utfÃļrer SFake bedre mot andre deepfake-algoritmer enn de andre seks detekterings-metodene. Ettersom vÃĨr klassifisering er trent ved ÃĨ bruke fakede bilder generert av DeepFaceLive, nÃĨr den hÃļyeste nÃļyaktighets-raten pÃĨ 98,8% nÃĨr den detekterer DeepFaceLive.

‘NÃĨr den mÃļter fakede ansikter generert av RemakerAI, utfÃļrer andre detekterings-metoder dÃĨrlig. Vi spekulerer pÃĨ at dette kan skyldes automatisk komprimering av videoer nÃĨr de lastes ned fra internettet, resulterende i tap av bilde-detaljer og dermed redusert detekterings-nÃļyaktighet. Dette pÃĨvirker imidlertid ikke SFake, som oppnÃĨr en nÃļyaktighet pÃĨ 96,8% i deteksjon mot RemakerAI.’

Forfatterne bemerker videre at SFake er det mest performante systemet i scenariet med en 2x zoom pÃĨ opptakslinsen, ettersom dette forsterker bevegelse, og er en usedvanlig utfordrende prospekt. Selv i denne situasjonen var SFake i stand til ÃĨ oppnÃĨ gjenkjenning-nÃļyaktighet pÃĨ 84% og 83%, henholdsvis for 2,5 og 3 forstÃļrrelse-faktorer.

Konklusjon

Et prosjekt som bruker svakhetene til et live deepfake-system mot seg selv er et friskt tilbud i et ÃĨr der deepfake-deteksjon har vÃĶrt dominert av artikler som har bare rÃļrt opp venerable tilnÃĶrmingene rundt frekvens-analyse (som er langt ifra immun mot innovasjoner i deepfake-rommet).

I slutten av 2022 brukte et annet system monitor-lysbÃļlge-variasjon som en detektor-krok; og i samme ÃĨr demonstrerte jeg selv DeepFaceLive’s evne til ÃĨ hÃĨndtere harde 90-graders profil-utsikt, og fikk en del samfunns-interesse.

DeepFaceLive er det riktige mÃĨlet for et slikt prosjekt, ettersom det nÃĶrmest sikkert er fokus for kriminell interesse i forhold til video-konferanse-svindel.

Imidlertid har jeg nylig sett noen anekdotiske bevis pÃĨ at LivePortrait-systemet, som for tiden er svÃĶrt populÃĶrt i VFX-samfunnet, hÃĨndterer profil-utsikt mye bedre enn DeepFaceLive; det ville ha vÃĶrt interessant hvis det kunne ha vÃĶrt inkludert i denne studien.

 

FÃļrst publisert tirsdag, 24. september 2024

Forfatter innen maskinlÃĶring, domenespesialist i menneskeskapesynthese. Tidligere sjef for forskningsinnhold i Metaphysic.ai, til det ble opplÃļst i DNEG's Brahma.ai.
Portfolio nettsted: martinanderson.ai
Kontakt: [email protected]