拓海さん、最近AI画像にウォーターマークを入れておけば安心だと聞きましたが、本当に第三者が偽造できないんですか？うちの社内での証跡として導入を検討したいのですが。
素晴らしい着眼点ですね！大丈夫です、まず結論を3つでお伝えします。1) 既存のいくつかの拡散モデル向けウォーターマークは見た目に変化を出さずに埋め込む設計だ。2) だが単一の水印付き画像だけでも偽造や除去が可能な脆弱性がある。3) つまり現行方式だけで完全に安心とは言えないのです。これから順を追って噛み砕きますよ。
それは――うちが考えているのは著作権管理や社外流出対策で、見た目は変えたくないのです。具体的にはどの仕組みが狙われるのですか？投資対効果を踏まえて先にリスクを知りたいのです。
良い視点ですよ。ここで用語を一つだけ簡単に整理します。Diffusion models (DM: 拡散モデル) はランダムなノイズから段階的に画像を作る生成法です。多くのウォーターマークはこの最初のランダムノイズに鍵を埋め込むことで署名を実現しており、見た目には出ない設計です。要点は三つ。1) 見た目に影響しないこと、2) 初期ノイズに依存すること、3) その構造が攻撃対象になることです。
なるほど、初期のノイズに鍵があるのですね。ただ、うちの現場は画像を一度保存すると再生成しない運用です。そんな状況でも偽造できるのですか？それができるなら相当まずい。
素晴らしい着眼点ですね！重要なのは、攻撃側はモデルの内部を知らなくても動けることです。ポイントは三つ。1) 画像から逆算して初期ノイズへ戻す手法（inversion）が存在する、2) ある領域の画像群は同じ初期ノイズに対応し得る、3) そのため単一の水印付き画像を手がかりに、似た領域に入り込ませる操作を学習できるのです。これにより、保存済みの画像でも偽造・除去が可能になりますよ。
これって要するに、見た目をほとんど変えずに“そのノイズ領域に入れてしまえば”ウォーターマークがあると誤認させられるということ？実運用で見抜けないのですか。
その通りですよ。要点三つで整理します。1) 同じ初期ノイズに写像される画像群（vulnerable region）が存在する、2) 攻撃者はその領域に画像を“移動”させる微小な改変を学習できる、3) 見た目の検査だけでは検出困難である。ですから運用側は単に見た目を確認するだけでは不十分なのです。
じゃあ、逆にウォーターマークを消すことも可能なのですか。もし除去が簡単なら、証跡としての価値は下がりますよね。
素晴らしい着眼点ですね！答えはイエスです。要点は三つ。1) 本研究では“領域に出る”ための微小摂動を学習することで除去できることを示した、2) つまり攻撃者は同じ手法でウォーターマークの存在を薄められる、3) よって運用は検出手法や追加の防御層を検討する必要があるのです。
具体的にうちが取るべき対策は何ですか。コストを抑えたいので、現実的で効果的な手段を教えてください。
素晴らしい着眼点ですね！現実的な対策を三つでまとめます。1) 見た目ウォーターマークだけに頼らず、メタデータやハッシュなど複数の証跡を組み合わせる。2) 検出用のモデルを導入し、微小改変に対するアラートを立てる。3) 高価でなければ外注での定期監査やホワイトボックス検証を行う。これならコストと効果のバランスが取れるはずです。
分かりました。最後に私の理解を確認させてください。要するに、見た目に出ないノイズ領域を狙えば誰でもウォーターマークを偽造したり消したりできる可能性があるので、社内運用では複数の証跡を用意し、定期検査を組み合わせるのが現実的な対策ということで合ってますか。私の言葉でまとめるとこうなります。
完璧ですよ、田中専務。その通りです。大丈夫、一緒に用意すれば必ず安全性を高められますよ。次に、この記事本文で技術的背景と実証結果、運用に活かすための具体的なポイントを分かりやすく整理してお伝えしますね。
1. 概要と位置づけ
結論を端的に言うと、初期ノイズに鍵を埋め込むタイプの拡散モデル向けウォーターマークは、単一の水印付き画像のみを手がかりに偽造や除去が可能であり、現行の信頼モデルに疑問符を投げかける。これは見た目に影響を与えないことを利点とする設計上の特性が、逆に攻撃面を生んでいるためである。基礎的にはDiffusion models (DM: 拡散モデル) がノイズ→画像という多段階の生成過程を持つ点に起因している。応用の観点では、著作権証跡や生成物の provenance を担保するためのウォーターマーク戦略が影響を受ける。経営判断として重要なのは、技術的な安全性と運用コストのバランスをどう設計するかである。
本節ではまず、何が従来の常識を覆すのかを示す。かつては初期ノイズに鍵を置く方式は頑健と考えられていたが、本研究はその前提を揺るがした。具体的に言えば、画像から逆算して初期ノイズに戻す手法（inversion）が存在することと、ある領域の画像群が同一の初期ノイズにマッピングされ得るという観察が鍵である。この二点が合わさると、攻撃者は単一の実例だけで偽造の足がかりを得られる。つまり見た目の変化が小さいことが安全の保証にはならないということである。
ビジネスへのインプリケーションは明瞭である。従来のウォーターマークのみで法的な証拠を担保する運用は脆弱になり得る。現場では画像のハッシュや保存時のメタデータ、ログ管理など複数の証跡を同時に採用し、単一障害点を避けることが求められる。また供給側（ベンダー）には、ウォーターマーク技術の独立検証やホワイトボックス検査を求める合理性が高まる。これらは初期投資と運用負担を生むが、情報資産の長期的な保全のためには避けられない投資である。
技術的背景の補足として、ここで使う用語を一つ整理する。Inversion（インバージョン）は、与えられた画像から生成に用いられた潜在表現や初期ノイズを推定する操作である。この手法が実用的になったことで、初期ノイズベースの署名は攻撃面を持つに至った。要するに、安全性評価は白黒で決まるものではなく、検出・防御・運用の三層で考える必要がある。
まとめると、本研究はウォーターマーク技術の“耐性”に対して現実的な脅威を示した点で意義がある。経営判断としては、単独技術に依存しない証跡設計と、外部による検証体制の確立が不可欠である。
2. 先行研究との差別化ポイント
先行研究の多くは、ウォーターマークの除去が可能であることを示す際に、対象モデルや重みへのアクセスを仮定していた。これに対して本研究の差別化は黒箱（black-box）環境、すなわちモデル内部の情報を前提としない攻撃手法を提示した点である。これにより、実運用環境に近い条件下で脆弱性を示したことに価値がある。従来はホワイトボックス前提での破り方が多かったが、単一の水印付き例からでも攻撃可能であることが示された点が新しい。
もう一つの差分は対象となるウォーターマークの種類の幅広さである。Tree-Ring、RingID、WIND、Gaussian Shading といった複数の方式に対して有効性を示し、特定の一手法だけが弱いという話ではないことを示した。つまり攻撃の原理は特定手法に依存しない普遍性を持つ可能性がある。これは研究コミュニティにとって警鐘であり、製品側にとっては設計見直しを迫る成果である。
先行研究では、画像にわざとノイズを入れてからモデルで再生成することでウォーターマークを薄める手法が報告されていたが、それだけでは一部の手法を破れなかった。本研究は“潜在空間の領域”という概念を導入し、そこに入るための微小な摂動を学習する枠組みを示した。これにより除去だけでなく、偽造（他者の画像に同一の署名を生成させる）も可能になる点が強調される。
ビジネス上の意義としては、単一の防御策だけを採るリスクが改めて示されたことだ。特に第三者に証跡を提示することがある業務では、複数の独立した証明手段を組み合わせることの重要性が先行研究との差として浮かび上がる。
3. 中核となる技術的要素
中核技術は二点に集約される。第一に、image-to-latent inversion（画像→潜在への逆算）である。これは与えられた画像から、それを生成した際の初期ノイズに対応する潜在表現を推定する技術であり、本攻撃はこの逆算を起点とする。第二に、vulnerable region（脆弱領域）という概念である。潜在空間には特定の初期ノイズへ写像される画像群が存在し、攻撃者はその領域へ誘導する微小な摂動を学習することで偽造や除去を達成する。
具体的な操作は、単一の水印付きサンプルを入力として、そのサンプルの周辺にある脆弱領域を探索するような摂動を生成する方式である。攻撃者は元の画像に目に見えないほどの変化を加えることで、その画像が“水印付き画像群”と同じ初期ノイズにマッピングされるよう誘導する。逆に除去は、域外へ出るための摂動を学習することで実現される。
ここで重要なのは、これらの手法がモデルの内部重みへアクセスしなくても機能する点である。すなわち、black-box setting（黒箱設定）であっても攻撃は成立する。ビジネス的には、外部からアクセス可能な生成物だけで偽造が可能になるため、社外に公開する生成物の管理には慎重さが求められる。
技術的な注意点として、攻撃の成功率はモデルのバージョンやパラメータ、ウォーターマークの設計細部に依存するが、複数の代表的ウォーターマークで有効性が示されているため、単純な運用変更だけで完全に防げる保証はない。対策は多層的に考える必要がある。
4. 有効性の検証方法と成果
検証は代表的な拡散モデルであるStable Diffusion v1.4 と v2.0 を用い、複数のウォーターマーク方式を対象に行われた。実験では単一の水印付き画像のみを与え、その画像から得られる信号で偽造や除去の摂動を学習するプロトコルを採用した。評価はウォーターマーク検出器の誤認率や画像の視覚的品質を指標として行われ、視認性を損なわないまま偽造・除去が可能であることが示された。
結果は一貫して警戒を要するものであった。特定の検出手法では高い誤認率が観測され、視覚的な差分が小さいケースでも検出が困難であった。さらに複数のウォーターマークに跨って攻撃が成功する例もあったため、攻撃原理が個別実装のバグではなく構造的な問題であることが示唆された。これにより実運用レベルでの検出設計の見直しが求められる。
一方で、完全な万能手法ではない点も報告されている。攻撃の成功率はウォーターマークの強度、モデルのバージョン差異、逆算精度に依存するため、堅牢性を高める手段は存在する。例えばウォーターマークを複数層で埋め込む、メタデータと連携するなどの組合せは攻撃のハードルを上げる。
ビジネス判断に向けた解釈としては、実証は「今のままでは単体では不十分」という強いシグナルを出している。これにより、資産保護のための追加的な投資と外部監査の導入を検討すべきである。
5. 研究を巡る議論と課題
この研究が投げかける主な議論点は二つある。第一に、ウォーターマークの設計哲学である。見た目に出さないことを重視すると攻撃面が増える可能性があり、可視/不可視どちらを重視するかは運用目的によって変わる。第二に、検出側の評価指標である。現在の検出器は微小な摂動を見抜くのに十分かを評価する新しいベンチマークが必要である。
課題としては、攻撃と防御の競争が続く点である。防御側はパッチワーク的に手を加えるだけでは追いつかない可能性がある。学術的にはより堅牢な埋め込み方法、運用的には複数証跡の組合せや第三者監査が必要になる。さらに規制面や法的証拠能力の観点からも、技術的な保証だけで完全な証拠能力が担保されるわけではないという現実もある。
同時に、実務家への示唆としては、ウォーターマークを導入する際に前提条件を明確にし、脅威モデル（誰がどの手段で攻撃するか）を想定しておくことが重要である。これにより効果的なコスト配分が可能になる。単に技術を導入して安心するのではなく、リスク管理の一環として扱うべきである。
6. 今後の調査・学習の方向性
今後の研究課題は概ね三方向である。第一はウォーターマーク手法自体の改良で、初期ノイズ依存を低減するか、検出器が改変を検知しやすい設計にすること。第二は検出側の強化で、微小な摂動に対して頑健な判定器や複数証跡の統合評価基盤を開発すること。第三は運用ガイドラインの整備で、生成物の公開や証跡管理に関する標準的なプロセスと監査フローを策定することが挙げられる。
学習の観点では、経営層や事業部門が最低限理解すべきポイントを整理することが有効である。まず、どの程度の証拠強度が必要かを定め、次にそのレベルに見合った技術と運用を組み合わせる。最後に第三者による定期検証を組み込むことで、時間経過に伴う脆弱性の発見と改善が可能になる。
キーワードとして検索に使える語句は次の通りである。”diffusion model”、”watermarking”、”latent inversion”、”adversarial attack”、”robustness”。これらで文献を追うと技術動向を押さえやすい。実務ではこれらを手がかりにベンダー評価や社内リスク評価を行えばよい。
最後に、技術は急速に進化するため、社内での定期的な知見更新と外部専門家の活用が重要である。単発の導入で終わらせず、継続的なモニタリングと改善を前提とした運用の設計を勧める。
会議で使えるフレーズ集
「我々はウォーターマーク単体に依存せず、メタデータやハッシュなど複数の証跡を組み合わせる方針を検討すべきだ」
「現行の拡散モデルベースのウォーターマークは単一サンプルから偽造・除去され得るため、外部監査の実施を条件に採用を進めたい」
「短期的には検出器強化と定期的なホワイトボックス評価、長期的には設計仕様の見直しでリスクを低減していきましょう」
参考文献: Forging and Removing Latent-Noise Diffusion Watermarks Using a Single Image, Anubhav Jain et al., “Forging and Removing Latent-Noise Diffusion Watermarks Using a Single Image,” arXiv preprint arXiv:2504.20111v1, 2025.
