*Національний
авіаційний університет
**Служба безпеки України
СТЕГАНОГРАФІЧНІ
МЕТОДИ ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЇ З ВИКОРИСТАННЯМ ОБ’ЄКТІВ МУЛЬТИМЕДІА
Питання збереження конфіденційності інформаційних
потоків під час їх зберігання та передачі каналами зв’язку, стоїть на провідній
позиції у процесі забезпечення інформаційної безпеки особистості, суспільства
та держави. На сьогодні найбільш поширеними технологіями захисту
інформації є процедури поєднанням
криптографічних та стеганографічних методів (комбіновані).
Відповідно до обраного типу контейнера
визначається метод приховування інформаційних потоків.
Приховування
даних у просторовій області.
Загальний
принцип таких алгоритмів полягає у заміні надлишкової, малозначної частини
зображення бітами секретного повідомлення. Для витягу повідомлення необхідно
знати алгоритм, по якому воно розміщувалося у зображенні.
1) Метод заміни найменш значущого біту.
Метод заміни найменш
значущого біту - найбільш розповсюджений метод серед методів даного класу. НЗБ
несуть у собі найменше інформації. Як відомо, людина, у більшості випадків, не
може розрізнити інформацію у даних бітах. При чому в чорно-білому зображенні (в
якому кожен піксель кодується одним байтом) об’єм вбудованих даних може займати
до 1/8 об’єму зображення-контейнера. Популярність даного методу обумовлена його
простотою та можливістю приховувати доволі великі об’єми даних. В більшості
випадків цей метод працює із растровими зображеннями, представленими у форматі
без компресії даних (GIF, BMP).
2) Метод псевдовипадкового інтервалу.
Даний підхід полягає у
псевдовипадковому розподілення бітів повідомлення по зображенню-контейнеру,
внаслідок чого відстань між двома вбудованими бітами визначається
псевдовипадково. Цей підхід ефективний у випадку, коли об’єм повідомлення
набагато менший за контейнер. Недоліком такого методу є те, що біти
повідомлення розподіляються по контейнеру у тому ж порядку, що і у самому повідомленні.
3) Метод псевдовипадкової перестановки.
Основою цього методу є
генератор псевдовипадкових чисел (ПВЧ), який формує певну псевдовипадкову
послідовність індексів
і k-й біт
повідомлення зберігається у пікселі із індексом 
.
Функція перестановки має
бути псевдовипадковою і мати достатньо великий набір індексів, щоб жоден індекс
не повторився жодного разу і не відбулося «перетину».Цей метод забезпечує
рівномірний розподіл інформаційних бітів по контейнеру. Імовірність перетину
зменшується із зменшенням співвідношення (довжина повідомлення)/(довжина
контейнера).
4) Метод блочного приховування.
При використанні даного
методу зображення-контейнер розбивають на блоки, що не перетинаються між собою.
Для кожного блоку визначають певний біт парності. В кожному блоці приховують
один секретний біт. Якщо визначений біт парності не відповідає секретному біту,
проводять інвертування НЗБ блоку, доки біт парності не буде, по суті, секретним
бітом.
Цей метод, як і всі
попередні, має низьку стійкість до викривлень, але він має свої переваги –
існує можливість модифікувати такий піксель у блоку, щоб статистика контейнера
була змінена якомога менше.
5) Метод заміни палітри.
Ще один метод
приховування даних у зображенні – зміна палітри кольорів. Палітра кольорів
зображення зберігається у вигляді списку пар індексів 
який визначає відповідність між індексом 
та його вектором кольору. Кожному пікселю
зображення ставиться у відповідність певний індекс у таблиці. Оскільки порядок
кольорів у палітрі не важливий для відновлення зображення, конфіденційна
інформація може бути прихована шляхом перестановки кольорів у палітрі.
Приховування
даних у частотній області зображення.
Найпоширеніші методи
приховування даних у частотній області використовують вейвлет-перетворення та
дискретно-косинусне перетворення (ДКП). Це пояснюється широким їх
розповсюдженням у технологіях компресії цифрових зображень.
1) Метод відносної
заміни величин коефіцієнтів ДКП.
При використанні даного
методу зображення розбивається на блоки 8х8 пікселів. До кожного з блоків
застосовується ДКП, в результаті чого отримується матриця коефіцієнтів ДКП 8х8.
Кожен блок призначений для приховування одного біту даних. Приховування
проводиться заміною одного коефіцієнту у блоку.
2) Метод
Бенгама-Мемона-Ео-Юнга.
Даний метод є
модифікацією попереднього. Основною зміною є той факт, що при використанні
даного методу секретна інформація приховується не в усіх блоках зображення, а
тільки в обраних блоках (найбільш підходящих).
3) Метод Фрідріх.
Згідно цього методу,
який по суті є комбінацією двох алгоритмів, секретні дані вбудовуються в
низькочастотні та середньочастотні коефіцієнти ДКП. Каскадне використання цих
двох алгоритмів може дати непогані результати відносно стійкості
стеганографічної системи до різних атак.
4)
Методи розширення спектру.
Система зв’язку є
системою із розширеним спектром, коли:
·
Полоса частот, яка використовується при передачі, значно
ширша за необхідну для передачі повідомлення, за рахунок чого співвідношення
сигнал/шум є доволі низьким, і повідомлення важко знайти у каналі (особливо
розрізнити органам чуття людини);
·
Розширення спектру відбувається за допомогою, так
званого, розширюючого сигналу, який не залежить від інформації, що передається.
Присутність енергії сигналу в усіх частотних діапазонах робить радіосигнал
стійким до завад, а інформацію, що знаходиться у контейнері - стійкою до її
видалення.
·
Відновлення первинної інформації відбувається шляхом
зіставлення отриманого сигналу та синхронізованої копії кодового(розширюючого)
сигналу [1].
Приховування
даних у аудіосигналах
Особливий розвиток отримали стеганографічні методи
приховування інформації у аудіосередовищі.
1)
Кодування найменш значущих бітів (часова область).
Даний метод є
найпростішим серед методів приховування даних у аудіосигналах. Його суть
полягає у заміні НЗБ у кожній точці вибірки із сигналу, представленого у
двійковій послідовності. Використання даного методу обумовлює високу пропускну
здатність каналу, платою за що є добре чутний низькочастотний шум. Дану
проблему можна вирішити використанням записів, на яких і так присутній певний
шум, наприклад, звук стадіону на живому концерті. Але, як і у аналогічних
методах приховування інформації у нерухомих зображеннях, заповнені контейнери є
вразливими до сторонніх впливів окрім випадків, коли секретна інформація вбудована із внесенням надлишковості. Однак,
останнє при збільшенні стійкості каналу зменшує швидкість передачі даних.
2)
Метод фазового кодування (частотна область).
Основною ідеєю методу
фазового кодування є заміна фази вихідного звукового сегменту на деяку опорну
фазу, характер зміни якої і відражає повідомлення, яке необхідно приховати. При
правильному використанні даний метод є найефективнішим для приховування даних у
аудіосигналах, оскільки, доки модифікація фази достатньо мала, наявність
повідомлення може бути абсолютно не відчутно на слух (не враховуючи
використання спецтехніки).
3)
Метод розширення спектра (часова область).
Даний метод майже
ідентичний до методу приховування даних у нерухомих зображеннях шляхом
розширення спектру. Тобто, секретне повідомлення розподіляється по частотам
несучого сигналу рівномірно, так щоб співвідношення сигнал(повідомлення)/шум у
каналі було дуже низьким і не виникло підозр щодо наявності повідомлення. Сигнал-контейнер,
в даному випадку, обирається набагато більший за секретне повідомлення.
4)
Приховування даних із використанням ехо-сигналу.
Даний метод вбудовує
повідомлення у аудіосигнал-контейнер шляхом введення у нього ехо-сигналу. Дані
приховуються зміною параметрів ехо-сигналу: початкової амплітуди, швидкості
затухання та зсуву. Коли зсув між оригінальним сигналом та ехо-сигналом
зменшується, починаючи з певного значення, ССЛ стає нездатною виявити різницю
між двома сигналами, а ехо-сигнал сприймається лише як додатковий резонанс. Цей
метод непростий у реалізації, тому що це значення зсуву дуже важко визначити.
Воно значною мірою залежить від якості початкового сигналу і, само собою, від
слухача. [2]
Приховування даних у відео даних
Стеганографічні методи
приховування рідше всього використовуються у відеоданих, так як даний файл
складається з динамічних зображень (фреймів) та звукової доріжки. Для цих цілей
найчастіше використовуються контейнери у форматах MPEG – 2, MPEG – 4 та AVI.
Варто також зазначити, що досі не використовується в якості контейнерів
одночасно аудіо доріжки та фрейми.
На сьогодні існує три
методи для приховування інформації у відеоданих , а саме:
Метод вбудовування на рівні коефіцієнтів – біти
приховуваного повідомлення вбудовуються в коефіцієнти ДКП. Для зменшення внесених змін використовують
додатковий спеціальний сигнал. В зв’язку з обмеженням бітової швидкості, при
вбудовування змінюється лише 10-12% коефіцієнтів ДКП. При використанні даного
методу приховувана інформація зберігається при фільтруванні, зашумленні
(адитивним шумом) і дискретизації.
1) Метод вбудовування
інформації на рівні бітової площини - цей метод відрізняється
високою пропускною здатністю і легкими обчисленнями. Але є й істотний недолік:
інформація, вбудована таким чином, може бути легко видалена. При повторному
накладенні послідовності біт якість відео погіршиться незначним чином, а
приховувана інформація буде знищена.
2) Метод вбудовування
інформації за рахунок енергетичної різниці між коефіцієнтами - в снові цього
методу лежить диференціальне вбудовування енергії. Цей метод може
використовуватись для багатьох алгоритмів стиснення, не тільки для MPEG.
Інформація вбудовується шляхом видалення декількох коефіцієнтів ДКП. [3]
Висновки
Стеганографічні системи захисту інформаційних потоків, під час їх
зберігання та передачі займають провідній позиції у процесах забезпечення
інформаційної безпеки. У роботі проведено аналіз існуючих стеганографічних
методів.
Літаратура
1. Юдін
О.К., Конахович Г.Ф., Корченко О.Г. Захист інформації в мережах передачі даних:
Підручник. – К.: Видавництво ТОВ НВП
«ІНТЕРСЕРВІС», 2009.
2. Конахович
Г. Ф., Пузыренко А. Ю. Компьютерная стеганография //теория и практика/Г.Ф. Конахович,
А.Ю.
Пузыренко.—Киев: МК-Пресс. – 2006.
3. Моденова
О. В. Стеганография и стегоанализ в видеофайлах //Прикладная дискретная
математика. Приложение. – 2010. – №. 3.