Zakład ochrony informacji



Pobieranie 0.78 Mb.
Strona9/12
Data28.04.2016
Rozmiar0.78 Mb.
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12
Metody substytucji


Techniki substytucji polegają na zastępowaniu nie znaczących dla odbiorcy nadmiarowych danych opisujących informację cyfrową, np. najmniej znaczące bity koloru, które odpowiadają za niewielkie zmiany barwy w zasadzie niezauważalne przez człowieka. Metody te zwane są także metodami ukrywania w szumie, ponieważ te nie przenoszące żadnych informacji bity nośnika są po prostu zapisem szumu. Eliminacja lub podmiana tej części danych nie powoduje zmian zauważalnych przez człowieka, a jednocześnie umożliwia ukrycie dużej ilości danych [12].
Metoda LSB
Metoda najmniej znaczącego bitu - LSB (ang. Least Significant Bit) polega na podmianie najmniej znaczącego bitu (lub kilku bitów) zapisanej cyfrowo próbki sygnału bitem (lub kilkoma bitami) informacji ukrywanej [2,4,6,12-16]. W metodzie tej jako nośnika równie dobrze można użyć sygnału dźwiękowego jak i obrazu. W przypadku obrazu odpowiednikiem próbki sygnału jest bitowo zapisana wartość odcienia szarości lub barwy punktu.

Wiadomość poufna w najprostszym przypadku może być ukrywana we wszystkich próbkach sygnału lub tylko w określonych, wtedy odbiorca wiadomości musi znać klucz, według którego wybierane były indeksy próbek. Jeżeli wiadomość zapisana bitowo jest krótsza niż nośnik, tzn. pozostają próbki niezmodyfikowane, konieczne jest jej uzupełnienie ze względu na bezpieczeństwo danych. Analiza statystyczna sygnału wykazałaby różnice właściwości obszaru z danymi i bez nich co spowodowałoby wykrycie tajnej wiadomości [2].

Przykład zastosowania metody LSB z nośnikiem i sekretną wiadomością w postaci obrazu przedstawia rys. 23.

Tą metodą dane mogą być umieszczane w obrazach rastrowych o kolorach nieindeksowanych zapisanych za pomocą kilku składowych koloru, np. trzech w przypadku kodowania koloru RGB (ang. Red Green Blue). Każda składowa koloru obrazu to pewna wartość rzeczywista zapisana na określonej liczbie bitów. Jeden punkt 24-ro bitowego obrazu RGB zapisany jest w postaci trzech 8-mio bitowych składowych: czerwonej, zielonej i niebieskiej. Dane cyfrowe można umieścić w takim obrazie zastępując pewną część bitów składowych kolorów bitami ukrywanej informacji.



Rys. 23. Schemat działania metody LSB dla obrazu RGB.
Zaletą metody jest to, że umożliwia ukrycie w obrazie dużej ilości danych. Wykorzystując 3 najmniej znaczące bity każdego bajtu 24 bitowego obrazu o rozdzielczości 1 024 x 768 punktów można ukryć 2 359 296 bitów danych. Jeżeli wykorzystane zostaną 4 najmniej znaczące bity każdej składowej koloru RGB, to w jednym punkcie obrazu można zapisać 12 bitów danych. Oznacza to, że w jednym obrazie można umieścić drugi o takiej samej liczbie kolorów, w przypadku obrazu 24 bitowego zredukowanej do 4096 kolorów. Obraz ukrywany musi być odpowiednio przygotowany. Przygotowanie obrazu do ukrycia polega na wykonaniu przesunięcia bitowego w prawo na wszystkich liczbach binarnych będących składowymi koloru. W jego wyniku najbardziej znaczące bity obrazu ukrywanego stają się bitami najmniej znaczącymi i mogą być wstawione w miejsce najmniej znaczących bitów obrazu opakowującego.

Niestety metoda LSB ma poważne wady, które wynikają z tego, że informacja umieszczana jest w poszczególnych punktach obrazu. Każde przekształcenie powodujące przesunięcie, zmianę koloru lub utratę pewnych punktów obrazu powoduje utratę części ukrytej informacji [12]. Bardziej skomplikowane przypadki zastosowania metody LSB wykorzystują dodatkowo kompresję tajnej wiadomości w celu podniesienia poziomu bezpieczeństwa. Krótszą wiadomość można lepiej ukryć.

Model stegosystemu zaproponowany przez Lee i Chena [13] w celu zmniejszenia możliwości wykrycia przekazu wykorzystuje kompresję i dodatkowo permutację danych tajnej wiadomości. Do permutacji wykorzystany jest generator pseudolosowy. Informacja poufna jest dodatkowo rozpraszana dzięki umieszczaniu poszczególnych jej bitów modyfikując wartości średnie większych obszarów obrazu. Wyznaczany jest najpierw przedział zmienności wartości średnich wybranych obszarów, a następnie jest on dzielony na podprzedziały. Następnie każdy obszar jest modyfikowany tak, aby jego wartość średnia znajdowała się dokładnie w środku podprzedziału w którym się pierwotnie znalazła. Ukrycie bitu wiadomości o wartości 0 lub 1 następuje poprzez odpowiednie odchylenie wartości średniej. Użycie obszaru zamiast punktu zmniejsza pojemność nośnika, ale zmniejsza się także możliwość wykrycia przekazu, ponieważ większa ilość punktów obrazu jest proporcjonalnie modyfikowana. Metoda ta zapewnia także większą odporność przekazu na zniszczenia spowodowane modyfikacją obrazu nośnika.


Metody modyfikacji kolorów indeksowanych


Niektóre formaty plików graficznych wykorzystujące kompresję bezstratną, np. GIF, posługują się indeksowaniem kolorów. Nie wszystkie obrazy potrzebują palety barw o wielkości 16 milionów kolorów. Mimo tego, że punkt obrazu zapisywany jest z 24-ro bitową głębią koloru tak naprawdę może składać z kilku lub kilkuset kolorów.

a)





b)





Rys.24. Palety kolorów obrazu o kolorze indeksowanym.

a) – nieuporządkowana paleta kolorów, b) – paleta uporządkowana.
W związku z tym można zredukować liczbę kolorów obrazu przy zachowaniu zbliżonej jakości. Przy zapisie wszystkich kolorów do tablicy i zastąpieniu danych barwy dla każdego punktu indeksem koloru można uzyskać znaczną oszczędność wielkości pliku. Przykładowe palety kolorów przedstawia rys. 24. Do obrazów tego typu nie można bezpośrednio zastosować metody LSB i metody substytucji muszą być trochę bardziej wyrafinowane. W tego typu obrazach dane można ukrywać na dwa sposoby modyfikując dane w palecie kolorów lub indeksy w danych obrazowych.

Modyfikacja palety może odbyć się poprzez zastosowanie metody LSB do kolorów zawartych w palecie. Jednak nie ma żadnego standardu w sortowaniu palety, więc dane dołączone w ten sposób mogłyby być łatwo zniszczone poprzez inne posortowanie palety. Odpowiednie posortowanie palety może być również wykorzystane do ukrycia informacji.



Ukrycie wiadomości w danych obrazowych wymaga posortowania palety w taki sposób, aby podobne kolory występowały obok siebie (patrz rys. 24b). Wtedy można modyfikować wartości punktów obrazu poprzez przesunięcia indeksu kolorów nie obawiając się, że zmiana w znaczący sposób wpłynie na kolor punktu, co miałoby miejsce w przypadku przedstawionym na rys 4a. Do porządkowania kolorów wylicza się najmniejszą różnicę wektorów koloru (5) albo najmniejszą różnicę luminancji (jasności) [2,6] ze względu na to, że aparat człowieka bardziej reaguje na zmiany jasności niż barwy punktów obrazu.

Innym rozwiązaniem jest redukcja ilości barw w palecie, np. o połowę z 256 na 128. Kolor obrazu reprezentowany jest przez 128 próbek w palecie kolorów, które są zdublowane. W tym przypadku dołączanie bitu poufnej wiadomości poprzez modyfikację najmniej znaczących bitów wartości indeksu (przesunięcie o 1 pozycję w palecie) nie powoduje zmian faktycznej barwy punktu.

Ciekawe rozwiązanie nie wymagające sortowania palety zaproponował Fridrich [17]. Polega ono na wyszukaniu w palecie najbardziej zbliżonych kolorów do koloru bieżącego punktu według wzoru (5). Począwszy od najbardziej zbliżonego koloru dla wszystkich podobnych wyliczane są bity parzystości według formuły (6).

Kolor bieżącego punktu zastępowany jest najbardziej podobnym kolorem posiadającym bit parzystości zgodny z wartością ukrywanego bitu poufnej wiadomości.


1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12


©absta.pl 2016
wyślij wiadomość

    Strona główna