МОДИФИЦИРОВАННЫЙ СТЕГАНОГРАФИЧЕСКИЙ АЛГОРИТМ ДЛЯ СКРЫТИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ В ФАЙЛЕ ФОРМАТА PDF

Введение

Современное развитие и распространение информационных технологий привело к тому, что вопрос защиты информации стал достаточно востребованным. Более того, если раньше защита информации подразумевала защиту государственной тайны, то сейчас в это понятие включены такие понятия, как коммерческая тайна и частная тайна. Таким образом, на современном этапе наблюдается не только совершенствование средств защиты информации, но и расширение сферы применения и доступности этих средств. Для обеспечения защищенности информации, как правило, применяют криптографические методы, например, шифрование или же электронные подписи. Однако криптографические методы не позволяют скрыть сам факт наличия защищаемой информации. Если есть такая необходимость, то, как правило, используется стеганография.

Стеганография (от греч. στεγανός «скрытый» + γράφω «пишу»; букв. «тайнопись») – наука о скрытной передаче (или хранении) защищаемой информации [1], при этом, другая информация, которая для стороннего наблюдателя выглядит безобидной, служит контейнером для защищаемой информации. Информация (например, изображение или звук), которая служит контейнером, в процессе его заполнения претерпевает искажения. Одной из задач стеганографии является минимизация этих искажений ниже порога, при котором они будут не заметны для среднестатистического человека.

Данная исследование посвящено изучению особенностей цифрового метода стеганографии LSB и способов противодействия стеганоанализу.

1. Основы метода LSB

Метод LSB (англ., Least Significant Bit – наименьший значащий бит) заключавшейся в замене младших битов в контейнере (изображения, аудио или видеозаписи) на биты скрываемого сообщения. В случае скрытия информации в изображении используется тот факт, что стандартное 24-битное RGB представление цвета позволяет закодировать 2²⁴ = 16777216 цветов, что гораздо выше способности среднестатистического человека различать их. Это позволяет вносить изменения в младшие биты, не вызывая при этом видимых искажений (Рис. 1).

Рисунок 1. Сравнение двух цветов, различающимися младшими битами

В результате мы получим новый оттенок, очень похожий на исходный. Эти цвета трудно различить даже на большой по площади заливке. Как показывает практика, замена младшего бита не воспринимается человеческим глазом.

2. Реализация разработанного алгоритма скрытия изображения

Для подтверждения работы разработанного метода и исследования его надежности на языках программирования C# и HLSL [2, 3] с использованием возможностей движка Unity3D была разработана программное приложение и интерфейс к ней (рис. 2а, 2б), позволяющее внедрить скрываемое растровое изображение в контейнер формата PNG.

Опишем принцип ее работы. Скрываемое изображение преобразуется в черно-белое с глубиной цвета в 3 бита. Это позволяет каждый пиксель скрываемого изображения скрыть в соответствующем пикселе открытого изображения, модифицируя младший бит каждого основного цвета (красный, зелёный и синий). Результат работы алгоритма представлен на рис. 3а, 3б, 3в, 3г.

Рисунок 2а. Интерфейс программы для извлечения скрываемого изображения

Рисунок 2б. Интерфейс программы для скрытия изображения

Рисунок 3а. Изображение, служащее контейнером

Рисунок 3б. Скрываемое изображение

Рисунок 3в. Заполненный контейнер

Рисунок 3г. Изображение, извлеченное из контейнера

3. Модификация алгоритма скрытия изображения

Хотя видимые изменения между пустым и заполненным контейнерами отсутствуют, но такое кодирование «в лоб» не обеспечивает защиту от визуального анализа среза младших бит (Рис. 4). В связи с этим была разработана модификация алгоритма LSB кодирования, которая противодействует данной атаке.

Рисунок 4. Срез младших битов

Модификация вносит следующие изменения в алгоритм. Три бита, которые используются для кодирования скрываемого изображения, представляются в виде целого числа (от 0 до 7). Старшие семь битов каждого цвета открытого изображения (итого 21 бит на пиксель) используются для вычисления трехбитной хэш-суммы. Затем результат хеширования и трехбитный код складывают по модулю 8, получая новый трехбитный код, который записывается в младшие биты пикселя.

Для извлечения скрываемого изображения вычисляется хэш-сумма как и при скрытии, но после этого полученное число вычитают из 8 и затем результат складывают по модулю 8 с кодом, извлеченным из младших бит.

Сравнение среза младших бит пустого и заполненного контейнеров модифицированным алгоритмом, соответственно, представлено на рис. 5а, 5б.

Рисунок 5а. Срез младших бит пустого контейнера

Рисунок 5а. Срез младших бит контейнера, заполненного модифицированным алгоритмом

Заключение

В данной статье предложена и исследована модификация алгоритма стеганографии для скрытия графической информации, основанного на методе LSB, позволяющая противодействовать визуальному анализу среза младших битов. Для этой цели разработана программа на языках программирования C# и HLSL с использованием движка Unity3D, позволяющая внедрить изображение в контейнер формата PNG.

В перспективе разработанный алгоритм будет модифицироваться для обеспечения защиты от статистических методов стеганоанализа.

Список литературы:

1. Шелухин О. И., Канаев С. Д. Стеганография. Алгоритмы и программная реализация. – М.: Горячая линия – Телеком. 2017. – 616 с.
2. Троелсен Эндрю, Джепикс Филипп. Язык программирования C# 7 и платформы .NET и .NET Core – Москва, 2018. – 1328 с.
3. MicroSoft. Руководство по программированию для HLSL [Электронный ресурс] – Режим доступа: URL: https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/direct3dhlsl/dx-graphics-hlsl (дата обращения 12.07.2019)