Приховання даних у зображенні й відео

Розвиток мультимедійних засобів супроводжується великим потоком графічної інформації в обчислювальних мережах. При генерації зображення, як правило, використовуються значна кількість елементарних графічних примітивів, що становить особливий інтерес для стеганографічних методів захисту. Візуальне середовище (цифрові зображення й відео) мають велику надмірність різної природи:

• кодовою надмірністю, що виникає при неоптимальному описі зображення;

• міжпіксельною надмірністю, що обумовлена наявністю сильною кореляційною залежністю між пікселями реального зображення;

• психовізуальною залежністю, що виникає через те, що орган зору людини не адаптований для точного сприйняття зображення пікселя за пікселем і сприймає кожну ділянку з різною чутливістю.

Інформаційним відеопотокам, які складаються з послідовності окремих кадрів зображення, крім зазначених вище, властива також надмірність, обумовлена інформаційною, технічною, часовою і функціональною (значеннєвою) залежністю між кадрами.

Останнім часом створена достатня кількість методів приховання інформації в цифрових зображеннях і відео, що дозволило провести їхню систематизацію й виділити наступні групи:

• методи заміни в часовий (просторової) області;

• методи приховання в частотній області зображення;

• широкополосні методи;

• статистичні методи;

• методи перекручування;

• структурні методи.

Розглянемо деякі особливості, які характерні для кожної з виділених груп стеганометодів.

Методи заміни

Загальний принцип даних методів полягає в заміні надлишкової, малозначимої частини зображення бітами секретного повідомлення. Для добування повідомлення необхідно знати місце, де була розміщена приховувана інформація.

Найпоширенішим методом цього класу є метод заміни найменшого значущого біта (НЗБ).

Даний метод працює з растровими зображеннями, які представлені у форматі без стиску (наприклад, GIF і BMP). Основним його недоліком є сильна чутливість до найменших перекручувань контейнера. Для ослаблення цієї чутливості часто застосовують завадостійке кодування.

Суть методу НЗБ полягає в заміні найменш значущих біт пікселей зображення бітами секретного повідомлення. У найпростішому випадку проводиться заміна НЗБ всіх послідовно розташованих пікселей зображення. Однак, так як довжина секретного повідомлення звичайно менше кількості пікселей зображення, то після його впровадження в контейнері будуть присутні дві області з різними статистичними властивостями (область, у якій незначні біти були змінені, і область, у якій вони не мінялися). Це може бути легко виявлене за допомогою статистичних тестів. Для створення еквівалентної зміни ймовірності всього контейнера секретне повідомлення звичайно доповнюють випадковими бітами так, щоб його довжина в бітах була дорівнює кількості пікселей у вихідному зображенні.

Інший підхід, метод випадкового інтервалу, полягає у випадковому розподілі біт секретного повідомлення по контейнері, у результаті чого відстань між двома убудованими бітами визначається псевдовипадково. Ця методика найбільш ефективна при використанні потокових контейнерів (відео).

Методи заміни палітри. Для приховання даних можна також скористатися палітрою кольорів, що є присутньою у форматі зображення.

Палітра з N кольорів визначається як список пар індексів (i, c_i), що визначає відповідність між індексом i і його вектором кольоровості c_i. У зображенні кожному пікселю привласнюється індекс у палітрі. Так як кольори в палітрі не завжди впорядковані, то приховувану інформацію можна кодувати послідовністю зберігання кольорів у палітрі. Існує N! різних способів перестановки N-кольорової палітри, що цілком достатньо для приховання невеликого повідомлення. Однак методи приховання, в основі яких лежить порядок формування палітри, також нестійкі: будь-яка атака, пов'язана зі змінами палітри, знищує секретне повідомлення.

До методів заміни можна також віднести метод квантування зображень. Даний метод заснований на міжпіксельній залежності, яку можна описати деякою функцією Q. У найпростішому випадку, можна розрахувати різницю e_i між суміжними пікселями x_i і x_i+1 і задати її як параметр для функції Q: Δ_i = Q(x_i – x_i – 1), де Δ_i — дискретна апроксимація різниці сигналів x_i – x_i – 1. Так як Δ_i є цілим числом, а реальна різниця x_i – x_i – 1 — речовинним, то з'являється помилка квантування _i = Δ_i – e_i. Для сильно корельованих сигналів ця помилка близька до нуля: _i  0. У даному методі приховання інформації проводиться шляхом коректування різницевого сигналу Δ_i. Стегоключ являє собою таблицю, яка кожному можливому значенню Δ_i ставить у відповідність певний біт, наприклад:

Δi	–4	–3	–2	–1	0	1	2	3	4
	0	1	0	1	1	1	0	0	1

Для приховання i-го біта повідомлення обчислюється Δ_i. Якщо Δ_i не відповідає секретному біту, якому необхідно сховати, то його значення Δ_i заміняється найближчим Δ_j, для якого ця умова виконується. Добування секретного повідомлення проводиться відповідно до різниці між Δ_i і стегоключом.