Основными методами защиты мультимедиа информации являются алгоритмы, основанные на стеганографии. Стеганография является наукой, обеспечивающей обмен информацией таким образом, что скрывается сам факт существования секретной связи. Она не заменяет криптографию (шифрование данных), а дополняет ее еще одним уровнем безопасности. При обработке данных стеганографическими методами происходит скрытие передаваемой информации в других объектах (файлах, дисках и т. п.) таким образом, чтобы постороннее лицо не догадывалось о существовании скрытого секретного сообщения. Кроме скрытой передачи сообщений, стеганография является одним из самых перспективных направлений, применяемых для аутентификации и маркировки авторской продукции. Эта информация обычно внедряется как в графические и аудио произведения, так и в защищаемые программные продукты.

В современной компьютерной стеганографии существует два основных типа файлов: сообщение – файл, который предназначен для скрытия, и контейнер – файл, который может быть использован для скрытия в нем сообщения. При этом контейнеры бывают двух типов. Контейнер-оригинал (или “пустой” контейнер) – это контейнер, который не содержит скрытой информации. Контейнер-результат (или “заполненный” контейнер) – это контейнер, который содержит скрытую информацию. Под ключом понимается секретный элемент, который определяет порядок (алгоритм) занесения сообщения в контейнер.

Используя в качестве контейнера графические файлы, можно встраивать не только текстовую информацию, но и изображения, и другие файлы.

Единственным условием является то, что объем спрятанного рисунка не должен превышать размер изображения-хранилища. Для достижения этой цели каждая программа использует свою технологию, но все они сводятся к замене определенных пикселей в изображении.

Цифровое изображение представляет собой матрицу пикселей. Чаще всего секретное сообщение или ЦВЗ первоначально шифруется с использованием криптографического метода на базе секретного ключа.

Необходимо избегать фотографий с большими областями очень ярких и черного цветов. На таких картинках большие области в исходном файле имеют цветовые составляющие 255 и 0, соответственно и стегобайты будут характерно выделяться при просмотре файла в кодах своими 254 и 1. 73 При использовании стеганографических систем следует помнить, что чем больше информации встраивается в файл-контейнер, тем меньше надежность системы.

Одним из методов современной стеганографии является прием стохастической модуляции. На примере графического файла он представляется следующим образом.

Сообщение, которое необходимо передать, обозначим m, состоящее из последовательных 1 и -1(логический 0).

Сначала определяется вероятностная функция P(x,s) {-1,1}, равная 0 только при s=0. Она также должна удовлетворять свойству антисимметричности для всех x: P(x+s,s)=-P(xs,s). Это свойство полезно в тех случаях, когда значения x+s или x-s выходят за допустимыйдиапазон значений.

При наложении секретной информации пикселы проходятся в псевдослучайной последовательности, построенной с помощью генератора случайных чисел с распределением, совпадающим с распределением шума, который будет наложен на картинку. Такая последовательность называется стегошумом. При генерации используется специальный стегоключ.

Для каждой точки x генерируется случайной число s. Если s отлично от нуля, то если

P(x+s,s)=m,

то значение пикселя заменяется на x+s, если

P(x+s,s)=-m,

то значение заменяется на x-s. Формально процесс сокрытия есть

x'i=xi+miP(xi+si,si)si

Так как само изображение и стегошум si не зависят от секретного сообщения, то сигнал

vi=miP(xi+si,si)

является псевдослучайной последовательностью 1 и -1. Таким образом, vi имеет такие же статистические свойства, что и стегошум.

Для извлечения закодированного сообщения генерируется стегошум по тому же стегоключу, что и при кодировании. Применяя вероятностную функцию P к пикселам изображения, получаем секретное сообщение, формируемое из ненулевых значений

mi=P(xi,si).

В рассмотренном выше методе используется только один стегошум si, который добавляется или вычитается из значений пикселя в соответствии с вероятностной функцией.

Возможно получить больший объем скрываемой информации с теми же шумовыми характеристиками. Улучшенный метод стохастической модуляции использует сразу два стегошума, добавляя к значениям пикселей изображения всегда либо один стегошум, либо другой, основываясь опять на совпадении бит сообщения u1080 и вероятностной функции. Этот метод работает для стегошума с произвольным вероятностным распределением.

Метод стохастической модуляции можно также применять для изображений, полученных с помощью устройств, шум которых зависит от содержания изображения.

Существует довольно много программных продуктов, которые применяются для целей стеганографии и реализующих, как правило средства внедрения секретных данных в графические, звуковые и видео файлы. Многие из них бесплатны или условно-бесплатны. Наиболее популярные из них EZStego, DiSi-Steganograph, Steganos и др. Пользование большинством из них сводится к нажатию нескольких кнопок в окнах диалога – достаточно выбрать файл сообщения, который нужно скрыть, затем файл – приемник данных, в котором предполагается скрыть данные (его емкость должна быть достаточна для хранения внедренных данных) и нажать на кнопку OK.

Литература

1. https://www.pgpru.com/biblioteka/steganografija

2 Digital image steganography using stochastic modulation, Jessica Fridrich and Miroslav Goljan,2003

3. Быков Р.Е., Фрайер Р., Иванов К.В., Манцветов А.А. Цифровое преобразование изображений: Учебное пособие для вузов. – М., 2003. – 228с.

© Ларионова К.Е. 2009