بخشی از مقاله
خلاصه
جاسازی کمارزشترین بیت - LSB - یک تکنیک پنهاننگاشت در دامنه مکان است که LSB پیکسلهای پوشانه جای خود را به بیتهای اطلاعات مخفی میدهند. در این مقاله روشی برای پنهان سازی اطلاعات بصری براساس جاسازی LSB معرفی میشود. در روش ارائه شده از یک طرح - - n,n - تسهیم راز و یک کلید، که با استفاده از انتگرال فازی چوکت تولید شده، برای جاسازی اطلاعات مخفی در پوشانه استفاده میشود. نتایج پیادهسازی نشان میدهد که مقدار نسبت معروف حداکثر سیگنال به نویز - PSNR - گنجانهها برای جانشینی 1-LSB طبق روش ارائه شده بیشتر از 54 db و برای جانشینی 2-LSB بیشتر از 48 db است.
.1 مقدمه
پنهاننگاری یا استگانوگرافی هنر برقراری ارتباط پنهانی است و هدف آن پنهان کردن ارتباط به وسیله قرار دادن پیام در یک رسانه پوششی است به گونهای که کمترین تغییر قابل کشف را در آن ایجاد نماید و نتوان موجودیت پیام پنهان در رسانه را حتی به صورت احتمالی آشکار ساخت.
در دنیای امروز، جوهر نامرئی و کاغذ که در گذشته برای برقراری ارتباط پنهانی به کار برده میشد به وسیله رسانههای عملیتر مثل تصویر، ویدئو و فایلهای صوتی جایگزین شدهاند. به دلیل اینکه این رسانههای دیجیتال دارای افزونگی اطلاعاتی زیادی هستند میتوانند به عنوان یک پوشش مناسب برای پنهان کردن پیام استفاده شوند.
تصاویر مهمترین رسانه مورد استفاده به خصوص در اینترنت هستند و درک تصویری انسان از تغییرات در تصاویر محدود است. تصاویر نوعی رسانه پوششی مناسب در پنهاننگاری محسوب میشوند و الگوریتمهای پنهاننگاری متعددی برای ساختارهای مختلف تصاویر ارائه شده است. هیچ یک از این الگوریتمها تاکنون امنیت را به طور کامل تأمین نکردهاند.
به طور کلی روشهای پنهاننگاری در تصویر از الگوریتم جاسازی و الگوریتم استخراج بیتها تشکیل شدهاند. به تصویر مورد استفاده برای پنهاننگاری پوشانه و به تصویری که در اثر قرار دادن پیام به وسیله الگوریتم جاسازی به دست میآید گنجانه میگوییم.
الگوریتمهای پنهان نگاری به صورت عمومی از افزونگی در فضای مکانی یا افزونگی در فضای تبدیل استفاده میکنند. در هر کدام از این فضاها به شیوههای گوناگونی میتوان دادهها را پنهان کرد. تکنیکهای پنهاننگاری در تصویر را میتوان براساس دامنهای که داده جاسازی میشود، طبقهبندی کرد. جاسازی یا در دامنه فضایی یا در دامنه تبدیل انجام میشود. پنهاننگاری در دامنه فضایی به طور کلی توسط جاسازی در کم ارزشترین مکان بیت یا حداکثر دو مکان بیتی کمارزش انجام میشود. اکثر تکنیکهای پنهاننگاشت بیتهای کمارزش - LSB - پوشانه را با بیتهای پیام مخفی تغییر میدهند. پنهاننگاری دامنه فضایی از لحاظ اجرا ساده است اما وجود پیام توسط نسخههای خوب تکنیکهای پنهان شکن قابل کشف است.
از جمله تکنیکهای پنهاننگاری در دامنه تبدیل، میتوان به تبدیل کسینوسی گسسته - DCT - اشاره کرد که جاسازی با تغییر ضرایب DCT انجام میشود. تکنیکهای موجود ضرایب DCT را برای جاسازی داده تغییر میدهند. تصاویر JPEG به عنوان محیط پوششی در تکنیکهای پنهاننگاشت در دامنه تبدیل استفاده میشوند.
با توجه به استفاده گسترده تصاویر در شبکههای ارتباطی، حفظ امنیت آنها در برابر دسترسیهای غیرمجاز امری ضروری است. دو راه برای تامین امنیت تصاویر وجود دارد که عبارتند از رمزنگاری تصویر و پنهاننگاری تصویر. در حالت اول تصویر رمز شده برای هر شخصی که از الگوریتم رمزگشایی یا کلید اطلاعی ندارد نامفهوم به نظر میرسد در حالی که در پنهاننگاری تصویر، تصویرسرّی در یک رسانه میزبان جاسازی شده به طوری که کاربران غیر مجاز نمیتوانند وجود تصویر جا داده شده در گنجانه را تشخیص دهند.
روشهای مختلفی برای پنهاننگاری تصویر ارائه شده است .[1-11] با توجه به حجم زیادی که تصاویر دارند، برای پنهان کردن آنها به یک فضای بزرگ نیاز است. یک روش مناسب برای پنهان کردن تصویسرّی، استفاده یک طرح تسهیم راز - SS - است. مفهوم طرح تسهیم راز - k,n - توسط شامیر [12] پیشنهاد شد. ایده اصلی طرح تسهیم راز - k,n - ، تقسیم کردن راز به n سهم است به طوری که هر سهم به تنهایی اطلاعاتی درباره راز اصلی فاش نکند. بنابراین هر k سهم یا بیشتر میتوانند راز را بازیابی کنند و هر k-1 سهم یا کمتر نمیتواند راز را آشکار کند حتی اگر توان محاسباتی نامحدود در دسترس باشد.
تسهیم راز بصری - VSS - ، که رمزنگاری بصری [13] - VC - نیز گفته میشود، یک تصویر دودویی را به n سهم رمز میکند و رمزگشایی مستقیما با حضور k سهم یا بیشتر اجرا میشود. VSSبه طور گستردهای در سالهای اخیر مطالعه شده است. اکثر تحقیقات قبلی بر حل مشکلات توسیع پیکسلی بزرگ و کنتراست پایین بازسازی راز تمرکز کردهاند و تنها روش تسهیم راز تصویر دودویی را به تسهیم تصاویر خاکستری و رنگی بسط دادهاند . از جمله ضعفهایی که طرحهای VSSسنتی دارند این است که سهمها مانند تصاویر تصادفی هستند. یک مزاحم ممکن است مجذوب چنین سهمهای بی-معنی ارسال شده در کانال ناامن شود. رمزنگاری بصری توسعه یافته - EVC - ضعفهایی از قبیل ساختن سهمهای بی-معنی [14-15] یا جاسازی تصادفی سهمها در پوشانههای بیمعنی [16] را نداشت اما همچنان در بازسازی دقیق راز تصویری اصلی با مشکل روبرو بود.
در سالهای اخیر، مطالعات زیادی به بررسی تسهیم راز با پنهاننگاری اختصاص داده شده است. براساس طرح تسهیم راز - k,n - شامیر، لین و همکارانش [17] یک روش SS با قابلیتهای افزوده پنهاننگاری پیشنهاد میدهند که گنجانهها با قرار دادن سهمها در LSB تصاویر پوششی به دست میآیند. در [18] یک روش اصلاح شده ارائه میدهند که با دوباره چیدن بیتهای جاسازی شده - طبق جانشینی - LSB کیفیت بصری گنجانه را بهبود دادند و توانستند راز تصویری را به طور دقیق بازسازی کنند.
هایی دونگ یان در [19] تسهیم راز با پنهاننگاری تطبیقی چندپوشانهای ارائه داده است. در روش ارائه شده [19] برای تعیین مکان قرار گرفتن بیتهایسرّی ماتریس مقدار گرادیان پوشانهها محاسبه میشود و پوشانهای انتخاب میشود که بزرگترین مقدار گرادیان را داشته باشد. برای انجام عملیات استخراج LSB همه گنجانهها با هم XoR میشوند.
غضنفری و همکارانش در [20] یک روش پنهاننگاری جدید بر اساس LSB معرفی میکنند که هیستوگرام پوشانه را حفظ میکند . در واقع روشی که آنها ارائه داده اند تعمیم LSB++ است. آنها برای حفظ ضرایب DCT هیستوگرام تصاویر jpeg، LSB++ را توسعه دادند. روش آنها برای موردی است که بیشتر از یک بیت عناصر پوشانه استفاده شود.
در زمینه پنهاننگاری دیجیتال استفاده از بیتهای کمارزش برای مخفی کردن بیتهایسرّی خیلی مرسوم است. روشهای پنهاننگاشت مبتنی بر LSB به طور گستردهای در دامنه مکان [21-23] استفاده میشود. یکی از پرکاربردترین تکنیکهای پنهاننگاشت جانشینی LSB میباشد زیرا بسیار ساده و از نظر دیداری غیر قابل مشاهده است. جانشینی LSB به طور مستقیم بیتهای پیام را جانشین LSBهای پوشانه میکند، به عبارت دیگر مقادیر پیکسلهای زوج را به اندازه 1 افزایش یا مقادیر پیکسلهای فرد را به اندازه 1 کاهش میدهد یا آنها را تغییر نمیدهد. در نتیجه جاسازی پیام مخفی در هیستوگرام پوشانه تغییر ایجاد میکند حتی اگر نرخ جاسازی کم باشد.
تطبیق LSB، که اغلب جاسازی 1 گفته میشود، هم پیامسرّی را در LSB پوشانه مخفی میکند. اگر بیتسرّ ی با LSB منطبق نباشد آنگاه +1 یا -1 به طور تصادفی به مقدار پیکسل اضافه میشود. کشف تطبیق LSB در مقایسه با جانشینی LSB سختتر است.
در بسیاری از روشهای مبتنی بر LSB انتخاب پیکسلهای پوشانه و ترتیب جاسازی با یک کلید انجام میشود که این کلید توسط یک مولد اعداد شبه تصادفی - PRNG - تولید میشود. کلید، که کلید مخفی گفته میشود، بین دو طرف برقرار کننده ارتباط به اشتراک گذاشته میشود؛ بنابراین آنها میتوانند پیکسلهای گنجانه را بازیابی و پیام رمز شده را از LSBهای پیکسلهای گنجانه استخراج کنند.
در این مقاله الگوریتمی برای پنهان کردن یک تصویر خاکستریسرّی در یک رسانه میزبان ارائه میدهیم. این الگوریتم از یک طرح تسهیم راز - n,n - تبعیت میکند، یعنی راز تصویری به n بخش تقسیم و هر بخش در یک پوشانه قرار میگیرد. جاسازی بیتهای راز تصویری به روش جانشینی LSB انجام میشود. براساس انتگرال فازی چوکت - CFI - یک کلید تولید میشود که با استفاده از این کلید مکان قرار گرفتن بیتهای مخفی در پوشانهها را تعیین میکنیم.
.2 طرح تسهیم راز با پنهاننگاری چند پوشانهای بر اساس انتگرال فازی چوکت
تصاویر مهمترین رسانه مورد استفاده به خصوص در اینترنت هستند که هم میتوانند به عنوان یک پیامسرّی و هم به عنوان پوششی برای یک پیامسرّی استفاده شوند. بنابراین باید به دنبال روشهایی برای حفظ امنیت آنها باشیم.
اگر تصویر به عنوان پیامسرّی در نظر گرفته شود دو راه برای تامین امنیت آن وجود دارد: رمزنگاری و پنهاننگاری. در این مقاله به معرفی روشی برای پنهان کردن تصویر میپردازیم که از طرح تسهیم راز - n,n - استفاده میکند. در این روش از یک کلید مخفی تولید شده توسط CFI برای تعیین مکان بیتهای مخفی در پوشانه استفاده میکنیم. دیاگرام تسهیم راز - n,n - در شکل 1-2 نشان داده شده است.
