uzluga.ru
добавить свой файл
1



Цели исследования

  • Цели исследования

  • Актуальность исследования

  • Научная новизна

  • Описание модели стегоконтейнера

  • Описание методов повышения стойкости или пропускной способности

  • Полученные результаты

  • Апробация работы

  • Публикации



Цели исследования:

  • Цели исследования:

    • Изучение факторов, влияющих на стойкость стегосистем к определенным атакам
    • Постановка задачи оптимального распределения встраиваемой информации
    • Разработка математической модели стеганографического контейнера
    • Разработка метода и соответствующих алгоритмов решения поставленной задачи, обеспечивающих:
      • Повышение стойкости и/или пропускной способности стегосистемы к существующим стегоаналитическим атакам
    • Разработка программного обеспечения, реализующего метод


Развитие сети Интернет открывает широкие возможности использования цифровой стеганографии.

  • Развитие сети Интернет открывает широкие возможности использования цифровой стеганографии.

  • Ключевые характеристики стеганографической системы:

    • Стойкость
    • Пропускная способность
  • Повышение стойкости при малых размерах встроенного сообщения имеет особое значение

  • JPEG – распространенный формат изображений



Существующие способы повышения стойкости или пропускной способности стегосистем:

  • Существующие способы повышения стойкости или пропускной способности стегосистем:

    • Матричное встраивание – способ повышения эффективности встраивания
    • Использование дополнительной информации при встраивании (стеганография с нарушением квантования, метод MME)
  • Пакетная стеганография (А. Кер) исследует оптимальное распределение информации между различными контейнерами. Особенности:

    • Предполагается, что различные контейнеры схожи по своим свойствам
    • Очевидное отсутствие корреляции между контейнерами


На защиту выносятся:

  • На защиту выносятся:

  • Модель стегоконтейнера и метод повышения стойкости и/или пропускной способности стеганографических систем за счет оптимального выбора элементов контейнера в скрывающем преобразовании.

  • Метод выбора элементов контейнера, обеспечивающий абсолютную стойкость к RS-стегоанализу

  • Модификация метода встраивания информации в изображение с использованием комплексного преобразования Адамара, направленная на повышение стойкости к активному стегоанализу



Рассмотрим теоретико-информационное определение стеганографической стойкости, использующее понятие относительной энтропии.

    • Рассмотрим теоретико-информационное определение стеганографической стойкости, использующее понятие относительной энтропии.
    • Пусть c – элемент множества возможных контейнеров/стего.
    • PC(c)вероятность того, что будет выбран контейнер c.
    • PS(c)вероятность того, что будет сгенерировано стего c.
    • Относительная энтропия:


Пусть α и β – вероятности ошибок обнаружения первого и второго рода.

    • Пусть α и β – вероятности ошибок обнаружения первого и второго рода.
    • Тогда
    • Пусть D(PC||PS) = ε. Если α = 0,


Пусть v(c) – вектор характеристик контейнера c.

    • Пусть v(c) – вектор характеристик контейнера c.
    • Тогда D(PC(v(c))||PS(v(c))) характеризует стойкость стегосистемы к атакам, использующим набор характеристик v.


Виды пассивного стегоанализа:

  • Виды пассивного стегоанализа:

  • Универсальный, «слепой» стегоанализ

    • Набор характеристик PEV-274
  • Статистический стегоанализ

    • RS-стегоанализ


PEV-274 включает 274 характеристики, учитывающие:

  • PEV-274 включает 274 характеристики, учитывающие:

    • Общую гистограмму и гистограммы коэффициентов для каждой группы (165 характеристик)
    • Корреляцию между коэффициентами одного блока (81 характеристика)
    • Корреляцию между коэффициентами соседних блоков (26 характеристик)
    • Блочность изображения (2 характеристики)


G = (x1, …, xn) – группа пикселей

  • G = (x1, …, xn) – группа пикселей

  • Мера гладкости:

  • F1: 0 ↔ 1, 2 ↔ 3, 4 ↔ 5, …, 254 ↔ 255.

  • F-1: -1 ↔ 0, 1 ↔ 2, …, 253 ↔ 254, 255 ↔ 256.

  • F0: 0 ↔ 0, 1 ↔ 1, 2 ↔ 2, …, 255 ↔ 255.

  • Маска M = {mi}, i = 1, …, n



RM: g(F(G)) > g(G) – регулярные группы

  • RM: g(F(G)) > g(G) – регулярные группы

  • SM: g(F(G)) < g(G) – сингулярные группы

  • UM: g(F(G)) = g(G) – константные группы

  • Выдвигается гипотеза, что в случае контейнера без встроенной информации выполняется:

  • Справедливость гипотезы подтверждена экспериментально





Базовые критерии выбора пикселей для встраивания информации:

  • Базовые критерии выбора пикселей для встраивания информации:

    • Значение пикселя должно быть выпуклой комбинацией значений соседних пикселей
    • Расстояние от значения пикселя до значений соседних пикселей должно быть не меньше некоторого заданного порога.
  • Базовые критерии выбора диапазона допустимого изменения значения пикселя:

    • После изменения значение пикселя должно удовлетворять базовым критериям выборы пикселей




Объединим элементы стеганографического контейнера, подходящие для встраивания информации, на непересекающиеся группы так, что элементы контейнера, объединенные в одну группу, имеют одинаковые или схожие свойства и, как минимум, имеют одинаковое распределение.

  • Объединим элементы стеганографического контейнера, подходящие для встраивания информации, на непересекающиеся группы так, что элементы контейнера, объединенные в одну группу, имеют одинаковые или схожие свойства и, как минимум, имеют одинаковое распределение.

  • Пример: 63 группы AC-коэффициентов JPEG-преобразования.



Стеганографический контейнер рассматривается нами как m групп своих элементов, каждая из которых описывается:

    • Стеганографический контейнер рассматривается нами как m групп своих элементов, каждая из которых описывается:
      • функцией распределения
      • количеством элементов
      • количеством элементов, которые могут быть модифицированы.
    • При определении стойкости стегосистемы и вычислениии относительной энтропии, мы будем рассматривать свойства цифрового объекта, которые лежат в основе стегоаналитических атак:
      • Распределение элементов в группе
      • Корреляция между элементами одной группы
      • Корреляция между элементами разных групп


fu(c) – функция плотности распределения элементов

    • fu(c) – функция плотности распределения элементов
    • u-ой группы.
    • xuколичество элементов u-ой группы, модифицируемых скрывающим преобразованием.
    • – функция плотности распределения элементов u-ой группы после модификации xu элементов.
    • Мы предполагаем, что встраиваемое сообщение имеет максимальную энтропию, так как оно сжато и/или зашифровано.


Если в качестве контейнера используется изображение в формате JPEG (c 0) :

    • Если в качестве контейнера используется изображение в формате JPEG (c 0) :
    • Относительная энтропия:


    • - матрица переходных вероятностей цепи Маркова для неизмененного контейнера.
    • Относительная энтропия:




    • - матрица переходных вероятностей цепи Маркова для неизмененного контейнера.
    • - матрица переходных вероятностей для стего
    • Относительная энтропия:


Для заданного n, векторов k, k* и функций D1, D2 и D3 найти вектор x = {xu} такой, что

    • Для заданного n, векторов k, k* и функций D1, D2 и D3 найти вектор x = {xu} такой, что


Поставленная задача обладает следующими свойствами:

    • Поставленная задача обладает следующими свойствами:
    • 1. Пусть x – решение задачи с параметрами (n, k, k*). Тогда γx – решение аналогичной задачи с параметрами (γn, γk, γk*).
      • 2. Пусть x – решение задачи встраивания n бит, а x* - решение аналогичной задачи для n + α бит, и
      • Тогда




Использование разработанного метода выбора элементов контейнера позволяет:

    • Использование разработанного метода выбора элементов контейнера позволяет:
    • - строить абсолютно стойкие к RS-стегоанализу стегосистемы
    • - увеличить пропускную способность метода LSB, так как в пиксели на границах объектов можно встраивать больший объем информации
    • - построить JPEG-стегосистему при использовании WP-кодов (wet paper codes, коды «мокрой бумаги»)


Использование предложенного подхода позволяет:

    • Использование предложенного подхода позволяет:
    • - анализировать стойкость стеганографических систем к существующим стегоаналитическим атакам
    • - оптимизировать скрывающее преобразовании при встраивании информации в цифровые объекты различных форматов
    • - модифицировать существующие стегоаналитические атаки с учетом полученной информации о более подходящих и менее подходящих для встраивании группах элементов контейнера


Использование разработанной модели стегоконтейнера и метода выбора коэффициентов JPEG-изображения для встраивания информации позволяет:

    • Использование разработанной модели стегоконтейнера и метода выбора коэффициентов JPEG-изображения для встраивания информации позволяет:
    • повысить стойкость стегосистемы при сохранении пропускной способности
    • повысить пропускную способность в среднем на 72,2% при встраивании сообщений до 0,01 bpac
    • повысить пропускную способность в среднем на 15,7% при встраивании сообщений от 0,01 bpac до 0,05 bpac.
    • совмещать оптимизацию скрывающего преобразования с другими методами повышения эффективности встраивания, в частности, с матричным встраиванием


Разделы диссертационной работы были опубликованы в виде тезисов докладов научных конференций:

  • Разделы диссертационной работы были опубликованы в виде тезисов докладов научных конференций:

    • Научная школа-семинар с международным участием «Компьютерная безопасность и криптография» SIBECRYPT’10, ТюмГУ, г. Тюмень.
    • Научная школа-семинар международным участием «Компьютерная безопасность и криптография» SIBECRYPT’09, ОмГУ, г. Омск.
    • IEEE 6th Conference on Cybernetic Systems, 2007, UCD, Dublin.
    • «Математика и безопасность информационных технологий» MaBIT’06, МГУ, Москва.


Список опубликованных работ по теме диссертации:

  • Список опубликованных работ по теме диссертации:

    • Разинков Е.В., Латыпов Р.Х. О правиле выбора элементов стеганографического контейнера в скрывающем преобразовании // Прикладная дискретная математика (Приложение), №3, 2010.
    • Разинков Е.В., Латыпов Р.Х. Стойкость стеганографических систем // Ученые записки Казанского государственного университета, №2, 2009 (перечень ВАК).
    • Разинков Е.В., Латыпов Р.Х. Скрытая передача информации с использованием границ объектов // Ученые записки Казанского государственного университета, №2, 2007 (перечень ВАК)
    • Razinkov E.V., Latypov R.Kh. Image Steganograpghy Technique Using Objects Outlines // Proc. of IEEE Conference on Cybernetic Systems, 2007.
    • Разинков Е.В., Латыпов Р.Х. Встраивание цифрового водяного знака в изображение с использованием комплексного преобразования Адамара // Тезисы докладов MaBIT’06, 2006.


  • Спасибо за внимание!