Структурная схема стеганосистемы

В общем случае стеганосистема может быть рассмотрена как система связи [21]. Обобщенная структурная схема стеганосистемы изображена на рисунке 11.2

Рисунок 11.2 - Структурная схема стеганосистемы как системы связи.

Основными стеганографическими понятиями являются сообщение и контейнер. Сообщение – это секретная информация, наличие которой необходимо скрыть, – множество всех сообщений.

Контейнером называется несекретная информация, которую можно использовать для скрытия сообщения, С = {c₁, с₂,..., c_q} – множество всех контейнеров, причем q » n. В качестве сообщения и контейнера могут выступать как обычный текст, так и файлы мультимедийного формата.

Пустой контейнер (или так называемый контейнер-оригинал)– это контейнер с, который не содержит скрытой информации. Заполненный контейнер {контейнер-результат)– контейнер с, который содержит скрытую информацию m (с_m). Одно из требований, которое при это ставится: контейнер-результат не должен быть визуально отличим от контейнера-оригинала. Выделяют два основных типа контейнера: потоковый и фиксированный.

Потоковый контейнер представляет собой последовательность битов, которая непрерывно изменяется. Сообщение встраивается в него в реальном масштабе времени, поэтому в кодере заранее неизвестно, хватит ли размеров контейнера для передачи всего сообщения. В один контейнер большого размера может быть встроено несколько сообщений. Интервалы между встроенными битами определяются генератором ПСП с равномерным распределением интервалов между отсчетами.

Основная проблема заключается в выполнении синхронизации, определении начала и конца последовательности. Если в данных контейнера существуют биты синхронизации, заголовки пакетов и т.д., то скрытая информация может следовать сразу же после них. Сложность организации синхронизации является преимуществом с точки зрения обеспечения скрытости передачи. К сожалению, на сегодняшний день практически отсутствуют работы, посвященные разработке стеганосистем с потоковым контейнером.

В качестве примера перспективной реализации потокового контейнера можно привести стеганоприставку к обычному телефону. При этом под прикрытием заурядного, несущественного телефонного разговора можно передавать другой разговор, данные и т.д. Не зная секретного ключа, нельзя не только узнать о содержании скрытой передачи, но и о самом факте ее существования.

В фиксированном контейнере размеры и характеристики последнего заранее известны. Это позволяет выполнять вложение данных оптимальным (в определенном смысле) образом. Далее будут рассматриваться преимущественно фиксированные контейнеры (в дальнейшем – просто "контейнеры").

Контейнер может быть избранным, случайным или навязанным. Избранный контейнер зависит от встроенного сообщения, а в предельном случае является его функцией. Такой тип контейнера больше характерен именно для стеганографии. Навязанный контейнер появляется, когда лицо, которое предоставляет контейнер, подозревает о возможной скрытой переписке и желает предотвратить ее. На практике же чаще всего имеют дело со случайным контейнером [5].

Скрытие информации, которая преимущественно имеет большой объем, выдвигает существенные требования к контейнеру, размер которого должен по меньшей мере в несколько раз превышать размер встраиваемых данных. Понятно, что для увеличения скрытости указанное соотношение должно быть как можно большим.

Перед тем как выполнить вложение сообщения в контейнер, его необходимо преобразовать в определенный удобный для упаковки вид. Кроме того, перед упаковкой в контейнер, для повышения защищенности секретной информации последнюю можно зашифровать достаточно устойчивым криптографическим кодом [14].

Во многих случаях также желательна устойчивость полученного стеганосообщения к искажениям (в том числе и злоумышленным) [21].

В процессе передачи звук, изображение или какая-либо другая информация, используемая в качестве контейнера, может подвергаться разным трансформациям (в том числе с использованием алгоритмов с потерей данных): изменение объема, преобразование в другой формат и т.п.. – поэтому для сохранения целостности встроенного сообщения может понадобиться использование кода с исправлением ошибок (помехоустойчивое кодирование).

Начальную обработку скрываемой информации выполняет изображенный на рисунке 11.2 прекодер. В качестве одной из важнейших предварительных обработок сообщения (а также и контейнера) можно назвать вычисление его обобщенного преобразования Фурье. Это позволяет осуществить встраивание данных в спектральной области, что значительно повышает их устойчивость к искажениям.

Следует отметить, что для увеличения секретности встраивания, предварительная обработка довольно часто выполняется с использованием ключа.

Упаковка сообщения в контейнер (с учетом формата данных, представляющих контейнер) выполняется с помощью стеганокодера. Вложение происходит, например, путем модификации наименьших значащих битов контейнера. Вообще, именно алгоритм (стратегия) внесения элементов сообщения в контейнер определяет методы стеганографии, которые в свою очередь делятся на определенные группы, например, в зависимости от того, файл какого формата был выбран в качестве контейнера.

В большинстве стеганосистем для упаковки и извлечения сообщений используется ключ, который предопределяет секретный алгоритм, определяющий порядок внесения сообщения в контейнер. По аналогии с криптографией, тип ключа обуславливает существование двух типов стеганосистем:

-с секретным ключом – используется один ключ, который определяется до начала обмена стеганограммой или передается защищенным каналом;

-с открытым ключом – для упаковки и распаковки сообщения используются разные ключи, которые отличаются таким образом, что с помощью вычислений невозможно получить один ключ из другого, поэтому один из ключей (открытый) может свободно передаваться по незащищенному каналу.

В качестве секретного алгоритма может быть использован генератор псевдослучайной последовательности (ПСП) битов.

Скрываемая информация заносится в соответствии с ключом в те биты, модификация которых не приводит к существенным искажениям контейнера. Эти биты образуют так называемый стеганопуть. Под "существенным" подразумевается искажение, которое приводит к росту вероятности выявления факта наличия скрытого сообщения после проведения стеганоанализа.

Стеганографический канал – канал передачи контейнера-результата (вообще, существование канала как, собственно говоря, и получателя – наиболее обобщенный случай, поскольку заполненный контейнер может, например, храниться у "отправителя", который поставил перед собой цель ограничить неавторизованный доступ к определенной информации. В данном случае отправитель выступает в роли получателя). Во время пребывания в стегано графическом канале контейнер, содержащий скрытое сообщении, может подвергаться умышленным атакам или случайным помехам.

В стеганодетекторе определяется наличие в контейнере (возможно уже измененном) скрытых данных. Это изменение может быть обусловлено влиянием ошибок в канале связи, операций обработки сигнала, намеренных атак нарушителей.

Различают стеганодетекторы, предназначенные только для обнаружения факта наличия встроенного сообщения, и устройства, предназначенные для выделения этого сообщения из контейнера, – стеганодекодеры.