بخشی از مقاله
چکیده
امروزه رمزنگاری و پنهاننگاری دادهها در پروندههای پزشکی، ویدیو کنفرانسهای از راه دور، اطلاعات هویتی افراد به طور وسیع صورت میگیرد. پنهاننگاری، در زمره خانواده رمزنگاری در امنیت اطلاعات است که هدف آن گنجاندن یک پیام به صورت مخفی در یک داده است و احتمال وجود پیام انکار میشود، در حالی که هدف رمزنگاری، حفظ محرمانگی و تمامیت پیام است که با رمز کردن آن حاصل میشود و دسترسی به محتوای پیام برای افراد غیر مجاز ناممکن است.
در پنهاننگاری اصل حضور اطلاعات پنهان میشود در حالیکه در رمزنگاری محتوای اطلاعات پنهان میگردد . چالش های مختلف رمزنگاری و پنهان نگاری اطلاعات شامل افزایش کیفیت تصویر خروجی و افزایش ذخیره سازی در تصویر و عدم تشخیص بصری اطلاعات در تصویر می باشد.در این مقاله، با استفاده از تکنیک رمزنگاری RSA1 اطلاعات رمز شده و سپس برای پنهاننگاری اطلاعات در تصویر از الگوریتم ژنتیک استفاده شده و در محیط متلب پیاده سازی شده است. نتایج حاصل کارایی و برتری روش پیشنهادی را نسبت به روشهای مشابه نشان می دهد که در تصاویر انتخابی مقدار PSNR2 نسبت به روشهای پیشین در حدود 13 تا 14 درصد افزایش پیدا میکند.
-1 مقدمه
پنهاننگاری هنر مخفی کردن یک پیام در یک کانال یا معبر ارتباطی است بطوری که نوع خاصی از اطلاعات مورد نظر در سایر انواع اطلاعات نهفته میشود. حاملهای متعددی برای این موضوع همچون متن، موسیقی و ویدیو، تصویرو غیره قابل طرح است لیکن تصاویر دیجیتال به دلیل کثرت استفاده آنها در حوزه اینترنت از عمومیت قابل تاملی برخوردار هستند. روشهای جاری در پنهاننگاری، بر روی افزایش حجم اطلاعات محرمانه قابل تزریق به یک عکس تمرکز دارند.
اخیرا الگوریتمهای جدیدی در زمینه پنهاننگاری مطرح شده است که هدف همهی آنها افزایش امنیت و ظرفیت میباشد، اکثر الگوریتمهای موجود تعدادبیتهای مشخصی را در پیکسلهای تصویر یا ضرایب تبدیل موجک جایگزین میکنند. پنهاننگاری در فضای پیکسلی تصویر، ظرفیت بیشتری نسبت به فضای فرکانسی در اختیار کاربر میگذارد. ظرفیت در فضای پیکسلی بستگی به تعداد بیتهای اختصاص یافته به هر پیکسل جهت نمایش رنگ دارد. در حالیکه در فضای فرکانسی، ظرفیت بستگی به تنوع رنگ تصویر و ویژگیهای ظاهری آن پیدا میکند.
نوع تصویر در دستیابی به نتایج مطلوب در پنهاننگاری بسیار موثر است. با توجه به کم تاثیر بودنLSB1 در ظاهر تصویر، در اکثر شیوههای ارائه شده از جاسازی داده در این دسته بیتها استفاده می-شود. لازم به ذکر است، اگر الگوریتمی بتواند با نرخ موفقیتی بیش از حدس تصادفی فقط حضور پیام را مشخص نماید، سیستم پنهان نگاری شکسته شده است. برای جلوگیری از بازیابی پیام در صورت کشف آن، قبل از قرار دادن پیام در پوشانه، پیام توسط یکی از روشهای رمزنگاری به صورت رمز شده در میآید. سپس پیام رمز شده پنهانگاری میشود. بنابراین برای تامین نیازهای امنیتی در پنهاننگاری، از رمزنگاری استفاده میشود.
روش رمزنگاری RSA یکی از متداولترین الگوریتمها به منظور رمزنگاری اطلاعات است این الگوریتم حدود ربع قرن درمقابل تلاشها برای شکستنش دوام آورده است رمز موفقیت این الگوریتم در استفاده از کلیدهای طولانی میباشد. این راهکار موجب افزایش پیچیدگی محاسبات هم در سمت فرستنده و هم در سمت گیرنده می شود.
-1-1 سیستمهای امنیتی
پنهاننگاری یکی از زیرشاخههای سیستمهای امنیتی میباشد. پارامترهای موثر در روشهای پنهاننگاری عبارتند از شفافیت، مقاومت و ظرفیت. الگوریتم های رمزنگاری برای ایجاد امنیت دادهها مورد استفاده قرار میگیرد .رمزنگاری باید نیازمندهای امنیتی خاصی را تامین نمایدکه عبارتند از : محرمانگی دادهها، تمامیت دادهها،تازگی دادههاو احراز هویت
-2-1 رمزنگاری
روشها و الگوریتمهای بسیاری برای رمزنگاری ارائه شده است ولی هدف اصلی همهی آنها از تولید سایفر، غیر قابل خواندن کردن اطلاعات برای دیگران میباشد - . - Cheddad, A., 2010 در اینجا سه دسته از این الگوریتمها معرفی شده است. اولین دسته، آنهایی هستند که از یک کلید برای تولید سایفر استفاده میکنند که برای بازگرداندن سایفر به اطلاعات اصلی، همان کلید نیاز است.
مشکلی که این دسته از روشها با آن مواجه هستند این است که نیاز به ارسال سرّی خود کلید به گیرنده وجود دارد؛ درواقع امنیت کلید به معنی امنیت اطلاعات کد شده میباشد. دسته دوم آن دسته از الگوریتمها هستند که از دو کلید استفاده میکنند؛ یکی برای کد کردن اطلاعات و یکی برای دیکد کردن سایفر. مزیتی که این روش دارد این است که کلید مربوط به کد کردن اطلاعات را به راحتی میتوان در اختیار همه قرار داد.
-3-1 پنهاننگاری
تکنیک پنهان نگاری به منظور امنیت استفاده میشود. مخفی کردن اطلاعات، علاوه بر کاربرد آن در پنهان نگاری بهمنظور حفظ حق مالکیت، وسیلهای برای ایجاد یک ارتباط پنهان بهشمار میرود. بسته به نوع استفاده، محققان روشهای مختلفی در حوزهی مکان و تبدیل برای پنهاننگاری تصاویر پیشنهاد دادهاند. بنابراین یک سیستم پنهاننگاری باید به گونهای پیام محرمانه را در یک حامل رسانهای - صوت، تصویر، ویدئو و غیره - پنهان کند که هیچ تغییر محسوسی در رسانه ایجاد نشده و شنود کننده غیر مجاز کانال - حمله کننده - نتواند به وجود اطلاعات سری پیببرد. با این حال، تشخیص وجود پیام محرمانه در حامل با استفاده از الگوریتمهای آشکارسازی امکان پذیر است.
لازم به ذکر است، اگر الگوریتمی بتواند با نرخ موفقیتی بیش از حدس تصادفی فقط حضور پیام را مشخص نماید سیستم پنهان نگاری شکسته شده است. پنهاننگاری روشی است که میتوان اطلاعات مورد نظر را در قالب یک عامل پوشاننده و با بیشترین میزان دقت به امنیت، بین نقاط موردنظر جابجا نمود، به گونهای که حتی اگر در طی مسیر، اطلاعات از طریق افراد غیرمجاز مورد دسترسی قرار گرفت امکان دستیابی به دادههای پنهان شده وجود نداشته باشند.
-2 مروری بر کارهای پیشین
کومار و همکاران در تحقیقی - - Kumar, R., 2014، یک پنهاننگاری متن با ظرفیت بالا مبتنی بر ایمیل با استفاده از فشردهسازی ترکیبی ارائه شده است. روش ارائه شده استفاده از پلت فرم ایمیل رو جلو برای مخفی کردن اطلاعات سری در آدرس ایمیل باعث میشود. این روش از ترکیب الگوریتم کدگذاریBWT + MTF + LZW برای افزایش ظرفیت مخفی-سازی استفاده میکند. ثابت شده که این ترکیب نرخ تراکم را افزایش میدهد. برای افزایش بیشتر ظرفیت، تعداد کاراکتر ایمیل نیز برای اشاره بیتهای داده سری استفاده میشود. علاوه براین، این روش برخی کارکترهای تصادفی درست قبل از نماد "@" از ایمیل برای افزایش کارایی میافزاید. نتایج تجربی این روش نشان میدهد که روش ارائه شده از لحاظ ظرفیت پنهان کردن نسبت به برخی از روشهای مهم موجود بهتر عمل میکند.
گابا و کومار یک تکنیک برای پنهاننگاری به نام فشرده سازی تصاویر رمز شده و پنهان شده که پیشپردازش متن، قبل از پنهان کردن آن پشت یک تصویر پوشش انجام میشود، ارائه دادهاند . - Gaba, J.,2013 - در پیش پردازش، متن برای اولین بار فشرده شده و پس از آن با استفاه از یک کلید اصلاح شده است. متن پردازش شده در پشت تصویر پوشش با استفاده از تبدیل دامنه براساس پنهاننگاری پنهان میشود. تبدیل کسینوسی گسسته برای تبدیل تصویر پوشش به حوزه فرکانس استفاده می-شود. تکنیک برای تصاویر پوشش مختلف و برای مقادیر مختلف از متن ساده و کلیدها با استفاده از نرم افزار متلب اجرا شده است. روش ارائه شده با تغییر دادن تعداد بیتها استفاده شده برای مخفی کردن داده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
شن و همکاران - Wang, SH ., 2010 - یک الگوریتم پنهان نگاری امن براساس الگوریتم ژنتیک ارائه دادهاند. در این تحقیق، برای اطمینان از امنیت در برابر تجزیه و تحلیل RS پس از جاسازی پیام مخفی در پوشش تصویر در LSB مقادیر پیکسل توسط الگوریتم ژنتیک انجام پذیرفته است. بنابراین، وجود پیام مخفی به سختی توسط تجزیه و تحلیل RS قابل شناسایی است. روش پیشنهادی، کیفیت تصویر بهتری را نشان داده و نتایج تجربی نیز نشان میدهد که اثر الگوریتم پیشنهادی مقاوت در برابر پنهانشکن با کیفیت بهتر و تعادل خوبی بین امنیت و کیفیت تصویر به دست آمده است.
در مطالعهای که چن و همکاران ارائه دادهاند - Chen, W.J , 2010 - علاوه بر استفاده از تکنیک جانشانی LSB به عنوان مرحله اساسی، از روش تشخیص لبه نیز استفاده کردهاند. نتایج تجربی در این تحقیق نشان داده است که طرح پیشنهادی نه تنها دستیابی به ظرفیت تعبیه بالا بلکه افزایش کیفیت نهاننگاری تصویر از سیستم بینایی انسان توسط تکنیک تشخیص لبه است. علاوه براین، روش فوق مقاومت در برابر حملات نهان نگار تصویر است.
در تحقیقی که توسط جیوتی پیشنهاد شده - Jyoti, Md., 2013 - یک روش پنهاننگاری امن با استفاده از الگوریتم ژنتیک برای محافظت در برابر حمله RS در تصاویر رنگی است.
