Разработка устойчивого к сжатию стеганопреобразования цифрового изображения на основе метода модификации наименьшего значащего бита

Abstract

Стеганографическая система является составной частью любой современной комплексной системы защиты информации. Основой стеганосистемы, определяющей ее свойства, является используемый в ней стеганографический алгоритм. Работа посвящена повышению устойчивости стеганографической системы к атакам против встроенного сообщения путем разработки на основе метода модификации наименьшего значащего бита стеганографического алгоритма, устойчивого к сжатию с потерями. Обосновывается выбор области стеганопреобразования - области сингулярного разложения блоков матрицы цифрового изображения-контейнера. Из множества параметров, определяемых сингулярным разложением, процесс стеганопреобразования локализуется в максимальных сингулярных числах блоков матрицы, полученных путем ее стандартного разбиения. Выбор области для погружения дополнительной информации, в качестве которой в работе выступает бинарная последовательность, сформированная случайным образом, позволил обеспечить устойчивость разработанного стеганоалгоритма не только к сжатию с потерями, но и к другим атакам против встроенного сообщения: гауссовскому шуму, мультипликативному шуму. Показано, что эффективность разработанного алгоритма в условиях атаки сжатием сравнима с эффективностью современных аналогов, а для наиболее распространенных значений коэффициента качества, используемого при сжатии цифрового изображения (QF=70,75), превосходит их. Полученный результат является следствием выбора области изображения для стеганопреобразования (максимальные сингулярные числа блоков), которая при сжатии испытывает незначительные возмущения, по сравнению с другими составными области сингулярного разложения соответствующих матриц. Разработанный стеганографический алгоритм является полиномиальным степени 2, что делает его перспективным для использования в условиях потокового контейнера.

Стеганографічна система є складовою частиною будь-якої сучасної комплексної системи захисту інформації. Основою стеганосистеми, що визначає її властивості, є використовуваний у ній стеганографічний алгоритм. Робота присвячена підвищенню стійкості стеганографічної системи до атак проти вбудованого повідомлення шляхом розробки на основі методу модифікації найменшого значущого біта стеганографічного алгоритму, стійкого до стиску із втратами. Обґрунтовується вибір області стеганоперетворення - області сингулярного розкладання блоків матриці цифрового зображення-контейнера. З множини параметрів, що визначаються сингулярним розкладанням, процес стеганоперетворення локалізується в максимальних сингулярних числах блоків матриці, отриманих шляхом її стандартної розбивки. Вибір області для вбудови додаткової інформації, у якості якої в роботі виступає бінарна послідовність, сформована випадковим чином, дозволив забезпечити стійкість розробленого стеганоалгоритму не тільки до стиску із втратами, але й до інших атак проти вбудованого повідомлення: гауссівського шуму, мультиплікативного шуму. Показано, що ефективність розробленого алгоритму в умовах атаки стиском порівнянна з ефективністю сучасних аналогів, а для найпоширеніших значень коефіцієнта якості, використовуваного при стиску цифрового зображення (QF=70,75), перевищує їх. Отриманий результат є наслідком вибору області зображення для стеганоперетворення (максимальні сингулярні числа блоків), яка при стиску зазнає незначні збурення, у порівнянні з іншими складовими області сингулярного розкладання відповідних матриць. Розроблений стеганографічний алгоритм є поліноміальним ступеня 2, що робить його перспективним для використання в умовах потокового контейнера.

The steganographic system is an integral part of any modern complex information security system. The basis of the steganosystem, which determines its properties, is the steganographic algorithm used in it. The selection of the stegano-transformation domain based on the domain of singular value decomposition of the matrix blocks of the digital cover image. The stegano-transformation process uses, from the set of singular value decomposition parameters, the largest singular values of matrix blocks, obtained by standard partitioning. The choice of the area for immersion of additional information, which is a randomly generated binary sequence, allowed to provide resistance of the developed steganoalgorithm not only to lossy compression, but also to other attacks against the built-in message: Gaussian noise, multiplicative noise. It is shown that the efficiency of the developed algorithm under the conditions of compression attack is comparable with the efficiency of modern analogs, and for the most common values of the quality factor used in the compression of DI (QF = 70, 75), exceeds them. The obtained result is a consequence of the choice of the DI domain for stegano-transformation (the largest singular values of blocks), which experiences insignificant perturbations in compression in comparison with other components of the singular value decomposition of corresponding matrices. The developed steganographic algorithm is a polynomial degree 2 algorithm, which makes it promising for use in the conditions of the stream container.