К.т.н. Чунарьова А.В., Потапенко Є.О.

Національний авіаційний університет (НАУ), Україна

КРИТЕРІЇ ОЦІНКИ ЕФЕКТИВНОСТІ СТЕГАНОГРАФІЧНИХ МЕТОДІВ ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЇ

Вступ. Враховуючи сучасний ступінь інформатизації суспільства, інформація набула значно більшої цінності. Відповідно, до цього, почали розроблюватись різні методи направлені на захист конфіденційних даних. До таких можна віднести стеганографічні методи приховування інформації. Їх суть полягає в тому, що конфіденційні дані вбудовуються в певний непримітний файл(зображення, відео та аудіо файл, текстовий файл та інші) і потім вільно передаються адресату. Ймовірність виявлення прихованого повідомлення зловмисником в більшій мірі визначається насамперед ступенем викривлення файлу з прихованою інформацією в порівнянні з пустим файлом. Відповідно до цього, постійно розробляються певні тести, перевірки, які з певним відсотком ймовірності можуть виявити приховане повідомлення.

Постановка задачі. Для вияснення факту наявності прихованої інформації, необхідно мати певний інструментарій, який спроможний відрізняти приховані дані від різних шумів, які присутні наприклад в зображеннях, відео та аудіо файлах. В якості такого інструментарію можуть виступати розглянуті в даній роботі перевірки.

Метою даної роботи є проведення порівняльного аналізу тестів, які можна використовувати для виявлення прихованої інформації.

Основна частина. Оцінка найголовнішої характеристики стеганосистеми, тобто рівня прихованості, виконується шляхом проведення аналітичних та натуральних[1](наприклад, можливості візуально виявити відмінності між пустим та заповненим контейнером) досліджень. Відомо, що для оцінки ступеня викривлення заповненого контейнера, використовуються методи з інших областей, наприклад краптоаналізу. Також, досить ефективними методами є методи оцінки засновані на аналізі статистичних характеристик заповнених контейнерів.

Одними з найпростіших тестів, які можна використовувати для виявлення факту наявності прихованих даних в зображенні є тест χ² Пірсона, тест на заборонені символи, а також тест на перевірку частот[2]. Недоліками вищевказаних перевірок є невелика ймовірність виявлення прихованих даних, а також досить велика ймовірність помилкового спрацювання даних перевірок, тобто в результаті проведення даних тестів приймається рішення про присутність прихованих даних, хоча насправді вони відсутні.

Одним із найпопулярніших тестів, який використовується при стеганоаналізі є вирахування співвідношення «сигнал/шум»[3]. У випадку коли дане співвідношення перевищує певне порогове значення, то приймається рішення про наявність прихованих даних. Недоліком даного методу є безпосередньо правильне встановлення порогового значення співвідношення «сигнал/шум». Так, наприклад у разі встановлення занадто малого порогового значення, дана перевірка досить часто буде встановлювати присутність прихованих даних при їх відсутності, і навпаки, при занадто великому пороговому значенні збільшується ймовірність не виявлення прихованих даних.

Також існує група показників, які оперують з зображенням на рівні пікселів[4], і дозволяють виконати порівняльну якість стеганографічних методів. Дані показники умовно можна поділити на 3 групи – різницеві, кореляційні та ті, які не можна віднести до окремої групи. Різницеві показники основуються на відмінностях між пустим та заповненим контейнером. Кореляційні показники, в свою чергу, основуються на ступені кореляції між пустим та запевненим контейнером.

В таблиці 1, приведений цілий ряд показників, які використовуються під час оцінки ступеня викривлення зображення.

У всіх вищезазначених формулах через Cx,y позначається піксель пустого контейнеру, який має координати x,y. Через Sx,y-піксель заповненого контейнеру з відповідними координатами. При визначенні показника «L^p-норма» зображення розбивається на N блоків по n пікселів. Відповідно X та У- це кількість рядків та стовпців в блоці N. Через позначається +++-4*.

Таблиця 1.

Деякі показники візуального викривлення зображення

Різницеві показники викривлення
Середня абсолютна різниця
Нормована середня абсолютна різниця
L^p-норма
Лапласова середньоквадратична помилка
Відношення «сигнал/завада»
Кореляційні показники викривлення
Якість кореляції
Інші показники
Структурний зміст
Подоба гістограм	Де - відносна частота градації кольору с в зображенні з 256 рівнями кольору

Відповідно до вищерозглянутих методів стеганографії, які направлені на приховування інформації в зображеннях, в таблицях представлених нижче, а саме таблиці 2 та 3, приведені числові значення основних показників візуального викривлення[4]. Під час визначення даних показників для кожного з методів використовувався однаковий контейнер, та відбувалось вбудовування одного і того самого повідомлення.

Таблиця 2.

Числові значення показників викривлення зображень, для методів в просторовій області

Назва показника	Ори-гінал	Методи приховування в просторовій області
		НЗБ	ПВІ	ПВП	Блочн. Кодув.	Заміна палітри
Середня абсолютна різниця	0	0,494	7,690* 10^-3	5,920* 10^-3	6,165*10^-3	9,827* 10^-3
Lp-норма	0	0,703	0,088	0,077	0,079	0,132
Лапласова середньоквадратична помилка	0	9,815* 10^-4	1,560* 10^-5	1,263* 10 ^-5	1,253* 10^-5	1,990* 10^-5
Відношення «Сигнал/завада»	∞	4,975* 10^4	3,193* 10^0	4,148*10^6	3,983*10^6	1,412*10^6
Якість кореляції	190,182	190,076	190,181	190,182	190,180	190,172
Подоба гістограм	0	3918	176	138	154	184
Структурний зміст	1	1,00110	1,000016	1,000004	1,000025	1,000114

Таблиця 2. Продовження

Назва показника	Методи приховування в просторовій області
	Квантування	К.Д.Б	Д.Д.К.М
Середня абсолютна різниця	7,141*10^-3	4,588	17,704
Lp-норма	0,097	11,301	21,375
Лапласова середньоквадратична помилка	1,855*10^-5	0,240	0,420
Відношення «Сигнал/завада»	2,596*10^6	192,27	53,76
Якість кореляції	190,183	187,96	179,286
Подоба гістограм	150	2068	10372
Структурний зміст	0,999999	1,0184	1,106175

Таблиця 3.

Числові значення показників викривлення зображень, для методів в частотній області

Назва показника	Оригінал	Методи стеганографії в частотній області
		Коха-Жао	Бенгемона-Мемона	Хсу-Ву
Lp-норма	0	11,153	3,928	42,364
Лапласова середньоквадратична помилка	0	0,020	0,027	0,444
Відношення «Сигнал/завада»	∞	197,423	1,592*10^3	16,056
Якість кореляції	190,182	188,901	189,572	155,023
Подоба гістограм	0	11096	2446	15960
Структурний зміст	1	1,008484	1,005826	1,565560

Аналізуючи вищенаведені дані, можна зробити висновок про те, що методи стеганографії в просторові області вносять менше візуальне викривлення в зображення, але в свою чергу є менш захищеними до змін заповненого контейнера(напр. компресія даних) в порівнянні з методами в частотній області.

Висновки: у даній роботі розглянуті основні тести яким можуть піддаватись зображення для вияснення факту наявності прихованих даних. Після проведення певних змін, дані тести можна використовувати у випадках коли в якості контейнера використовується відео та аудіо файли. Проведений порівняльний аналіз ступенів викривлення зображення різними стеганографічними методами. Подальші дослідження в даній сфері можуть проводитись у напрямку розроблення якісно нових тестів, котрі можна одночасно використовувати для різних форматів контейнера, без проведення попередніх підстроювань.

Література

1. Хорошко B.O.. Азаров О.Д., Шелест М.Є.. Ярсмчук Ю.Є. Основи комп'ютерної стеганографії : Навчальний посібник для студентів і аспірантів. — Вінниця: ВДТУ, 2003, — 143 с.

2. Артёхин В.В. Стеганография // Защита информации – 1996. — №4, — С.47-50.

3. Грибунин В.Г., Оков И.H., Туринцев И.В. Цифровая стеганография. — М.: Солон-Пресс, 2002. — 272 с.

4. Конахович Г.Ф., Пузиренко А.Ю. Компютерна стеганографії. Теорія та практика. Мк-прес, 2006, - 288 с.