بخشی از مقاله
ارائه قالبي جهت افزايش امنيت و شفافيت تصاوير براي روش هاي استگانوگرافي در حوزه ي مکان (STET)
چکيده
امروزه استگانوگرافي به عنوان يکي از راه هاي موثر جهت انتقال اطلاعات محرمانه شناخته شده است ؛ در اين زمينه تکنيـکهـاي متفاوتي ارائه شده است که هرکدام قصد بهبود مسئله ي مورد مطالعه ي خود را داشته اند. در اين مقاله روشي ارائه شده است که با بلاک بندي بيت هايي از تصوير که قصد پنهان سازي بيت هاي پيام در آنها را داريم ، و انتخاب بهترين چينش براي چيدن بيـت هـاي پيام، درون هر بلاک به طوريکه سبب ايجاد کمترين تغييرات در هر بلاک شود، اقدام به پنهان سازي بيت هاي پيام مـي کنـد، ايـن راهکار به دليل قراردادن بيت هاي پيام به روش هاي غير مشابه ، سبب افزايش امنيت و همچنين به دليل پيدا کردن چينشـي کـه کمترين تغيير را در هر بلاک ايجاد مي کند سبب کاهش تغيير در بيت هاي اصلي تصاوير و بالا رفتن شفافيت تصـاوير خواهـد شـد؛ بسياري از روش هايي که در حوزهي مکان ارائه شده اند، مي توانند با استفاده از روش ارائه شده، به امنيت و شفافيت بالاتري دسـت يابند.
کلمات کليدي استگانوگرافي ، رمزنگاري، شفافيت ، امنيت
١- مقدمه
همان طور که شاهد هستيم ، امروزه با گسترش شبکه هاي کامپيوتري، روابط انساني نيز توسعه يافته اند و افراد از اين شبکه ها به عنوان ابزاري جهت ارسـال انـواع اطلاعـات بهـره مـي برنـد. اسـتفاده از شـبکه هـاي کامپيوتري به عنوان بستري جهت ارسال اطلاعـات محرمانـه نيازمنـد راهي است تا در صورتي که حتي اگر شخصي موفق به شنود اطلاعـات رد و بدل شده بشود، قادر بـه درک اطلاعـات محرمانـه نباشـد و فقـط طرفهاي فرستنده و گيرنده بتوانند به اطلاعـات محرمانـه پـي ببرنـد.
براي اين منظور روش هاي مختلف رمزگذاري اطلاعات وجود دارند که مي توانند اطلاعات را به رمز در آورند؛ با اين حال اطلاعـات رمزگـذاري شده به دليل شکل غير قابل فهم و کد شده ي خود اعلام مي نماينـد که حاوي پيامي محرمانه هستند[١,٢]. ما به دنبـال راهـي هسـتيم تـا علاوه بر اينکه اقدام به انتقال اطلاعات محرمانـه مـي نمـاييم ، شـخص بيگانه نيز نسبت به اطلاعات رد و بـدل شـده بـدگمان نشـود، در ايـن زمينه روش هاي استگانوگرافي مي توانند بسيار مفيد باشند. روش هاي استگانوگرافي با پنهان سازي اطلاعات مخفـي در يـک حامـل (عکـس ، صوت، فيلم و ...) که يک پيام عادي و قابل توجيه است ، سـعي در رد و بدل اطلاعات سري به گونه اي دارند که فرد بيگانه فقط شي حامل ، که يک پيام ظاهري و عادي است را ببيند و يا درک کند و از وجـود پيـام مخفي مطلع نشود.
اصل اساسي در استگانوگرافي اين است که هيچ شخص بيگانـه اي نبايد از وجـود اطلاعـات مخفـي در درون حامـل مطلـع باشـد و فقـط فرستنده و گيرنده از وجود آن مطلع هستند.
پنج نوع مختلف استگانوگرافي عبارتاند از استگانوگرافي در متن ، صــوت، ويــديو، پروتکــل و تصــوير، اســتگانوگرافي در مــتن يکــي از مشهورترين نوعهاي استگانوگرافي مورد اسـتفاده در زمـانهـاي قـديم است ، يکي از روشها در اين زمينه ، رمزگذاري پوچ نام داشـت کـه در آن nامين حرف هر کلمه ، يک حرف از پيام سري بود و خواننده بايـد با کنار هم قرار دادن اين حروف به پيام سري مي رسـيد[٣]. در دنيـاي ديجيتال، استگانوگرافي از طريق تغيير در اندازه متن ، نوع فونت ، فاصله بين خطوط، ضخيم کردن و يـا سـاير توابـع مربـوط بـه فرمـت انجـام مي پذيرد. مثلاً وجود فاصله خالي در انتهاي خط نشان دهنده ي "١" و عدم وجود آن نشان دهنده ي "٠" است [٤]. در استگانوگرافي در صوت، از ويژگي هاي گوش انسان بـراي پنهـان نمـودن پيـام سـري اسـتفاده مي شود، به عنوان مثال گوش انسان صداهاي ضعيف در کنار صـداهاي بلند را نخواهـد شـنيد و يـا ٢ سـيگنال صـوتي کـه در يـک دامنـه ي فرکانسي باشند، سيگنال ضعيف تر توسط گوش انسان غيرقابل شنيدن است ، بنابراين مي توان با شناسايي اين سيگنالها اقـدام بـه قـرار دادن بيت هاي پيام درون آنها نمـود[٤]. ويـديو چـون ترکيبـي از صـوت و تصوير است ، اکثر روشهايي که براي اين دو زمينه به کار مـي رود، در ويديو نيز قابل استفاده خواهند بود[٥]. استگانوگرافي در پروتکـل ، بـه تکنيک جاسازي اطلاعات درون داده هـايي کـه در ارتباطـات شـبکه اي ايجاد مي شود اشاره دارد[٣]. در مرجع [٦] يک مثال ارائه شـده اسـت که در آن مي توان اطلاعات سري را در سرايند مربـوط بـه پکـت هـاي Tcp.ip جاسـازي نمـود. فيلـدهايي کـه معمـولاً مـورد اسـتفاده قـرار نمي گيرند و يا به صورت optional (دلخواه) وجود دارنـد، گزينـه هـاي خوبي براي مخفي سازي اطلاعات به شمار خواهند رفـت . در زمينـه ي استگانوگرافي در تصوير، از خواص تصوير و ضعف هاي سيسـتم بينـايي انسان استفاده مي شـود تـا اطلاعـات محرمانـه درون تصـوير جاسـازي گردند. تکنيک هاي موجود در اين نوع از اسـتگانوگرافي معمـولاً در دو دسته ي در حوزهي مکان و در حوزهي فرکانس ارائه مي شوند. تکنيـک هاي در حوزهي مکان معمولاً از طريق تغييـر در بيـت هـاي کـم ارزش پيکسل ها اقدام به جاسازي بيت هاي پيام مـي نماينـد، در صـورتي کـه تکنيک هاي در حوزهي فرکانس از طريق تغييـر در ضـرايب تبـديلات رياضي گرفته شده از تصوير اقدام بـه جاسـازي بيـت هـاي پيـام درون تصوير مي نمايند.
١-١- کارهاي گذشته
۱-۱-۱- روش بيت کم ارزش (LSB)
اين روش يکي از مهم ترين و متداولترين روشها در ميـان روشهـاي مختلــف پنهــان نگــاري اســت . در ايــن روش از بيــت کــم ارزش هــر پيکسل (در تصاوير سياه و سفيد) يا هر رنـگ (در تصـاوير رنگـي ) بـراي جاسازي بيت هاي پيام سري استفاده مي شـود و از آنجـا کـه تغييـر در بيت کم ارزش، تغييرات بسيار اندکي در تصوير ايجاد مي نمايد بنابراين راهکار خوبي براي پنهان نگاري اسـت . بـه عنـوان مثـال فـرض کنيـد مي خواهيم حرف G که معادل ASCII آن، "٠١٠٠٠١١١" است را در پيکسل هايي با مقادير زير جاي گذاري نماييم ،(بيت هايي که زيـر آنهـا خط کشيده شده است ، بيت هاي جاسازي شده را نشان مي دهند):
روش هاي LSB به دو دسته ي با اندازهي ثابـت و انـدازهي متغيـر تقسيم بندي مي شوند[٧]، در روشهاي با انـدازهي ثابـت ، تعـداد بيـت ثابتي از کم ارزشترين بيت هاي، بايت مورد نظر براي جاسازي انتخـاب مي شود، درحالي که در روشهاي با اندازهي متغير با توجه بـه شـرايط ، تعداد متفاوتي از کم ارزشتـرين بيـت هـاي بايـت مـورد نظـر انتخـاب مي شوند[٨]. از مزاياي اين روش ساده بودن و تغييرات اندک در تصوير است و از معايب آن مي توان به کشف شدن سريع آن اشاره نمود.
۱-۱-۲- روش پيکسل شاخص (Pixel Indicator)
گوتوب و همکاران روشي ارائه دادهانـد کـه در آن، از بـين ٣ رنـگ هـر پيکسل ، يک رنگ به عنوان شاخص در نظر گرفته مي شود، به اين معنا که اين رنگ مشخص مي کند که بيت هاي سـري پيـام در کـداميک از رنگ هاي پيکسل ذخيره شدهاند. مقدار شاخص بـراي هـر پيکسـل بـه صورت تصادفي انتخاب مي شود و بر اساس آن بيت هاي پيـام در سـاير رنگ هاي آن پيکسل جاسازي مي شوند. شاخص ، ٢ بيت است که اين ٢ بيت در ٢ بيت کم ارزش رنگي که به عنوان شاخص در نظر گرفته شده است ، ذخيره مي شود. براي افزايش امنيت در اين روش رنگـي کـه بـه عنوان شاخص در هر پيکسل انتخاب مي شود، متغيـر اسـت و بـه ايـن صورت است که در پيکسل اول رنگ قرمز شاخص و رنگ سـبز و آبـي به ترتيب کانال ١ و کانال ٢ تعيين مي شود، در پيکسل دوم رنگ سبز، شاخص ، رنگ قرمز، کانال ١ و رنگ آبي ، کانال ٢ در نظر گرفته مي شود و در پيکسل سوم رنگ آبي ، شاخص ، رنگ قرمز، کانال ١ و رنگ سـبز، کانال ٢ در نظر گرفته مي شود. فلوچارت زير نحـوهي جاسـازي پيـام در اين روش را نشان مي دهد.
اين روش به دليل ذخيرهي شـاخص ، فضـاي زيـادي را از دسـت مي دهد و بديهي است که به دليل ثبت اين اطلاعـات، کيفيـت تصـوير نيز تحت تأثير قرار خواهد گرفت .
٢- روش پيشنهادي(STET)
در روش STET، توصـيه مـي کنـيم کـه روشهـاي اسـتگانوگرافي در حوزهي مکان، پس از اينکه بيت هايي از تصوير را که قصد پنهان سازي بيت هاي پيام به درون آنها را دارند مشخص نمودند، آنها را با ترتيبي مشخص به درون بلاکهايي با قالب زير منتقل نمايند، عرض بلاکهـا، ٢ بيتي و طول بلاک، B است ؛ اندازهي B مي تواند دلخـواه باشـد ولـي اين مقدار بايد در مکاني از تصوير ذخيره شود تا در هنگام بازيابي مـتن نيز بدانيم که در هنگام پنهان سازي، مقدار B چند بوده اسـت . شـکل زير قالب هر بلاک را نشان داده است (بيت هاي درون جدول به صـورت تصادفي مقدار داده شدهاند و فقط براي ارائه ي مثال است ).
شکل (۲) : قالب بلاک
لازم به ذکر است که بيت هاي موجود در بلاک شکل (٣)، بيت هاي تصوير اصلي هستند و براي پنهان نگاري کافي است تا بيت هاي پيام را به جاي اين بيت ها جايگزين نمـاييم ، مـا بـه دنبـال راهـي هسـتيم تـا هنگامي که بيت هاي پيام را به درون اين بلاکها قرار مي دهيم ، ميـزان تغييرات بسيار اندک باشد؛ بهترين حالت اين جايگزيني ، اين است کـه بيت هاي پيامي که قصد پنهان سـازي در هـر را بـلاک داريـم ، دقيقـاً مشابه بيت هاي موجود در بلاک باشند تا ميزان تغييرات به صفر برسـد و در نتيجه شفافيت تصوير به بالاترين ميزان خود خواهـد رسـيد، امـا بديهي است که تطبيق ١٠٠ درصد بيت هـاي پيـام و بيـت هـاي درون بلاک ها تقريباً غيرممکن اسـت ، بنـابراين بـه دنبـال راهـي هسـتيم تـا تغييرات را حداقل نماييم ؛ براي اين منظـور بـه دنبـال چينشـي بـراي جايگزيني بيت هاي پيام درون بيت هاي موجود در بلاکهـا هسـتيم تـا کمترين تغييرات را در هر بلاک ايجاد نمايد.
براي چيدن بيت هاي پيام در مکانهاي سـتون اول و سـتون دوم هر بلاک با در نظر گرفتن ٤ جهت بالا، پايين ، چپ و راست ، ١٦ حالت مختلف وجود دارد. به عنوان مثال حالتي که به ترتيب از راست به چپ و چپ به راست در جهت بال به پايين اقدام بـه درج بيـت هـاي پيـام درون بلاک مي نمايد به صورت زير است .
