Структура цифровой стеганографической системы

В настоящем разделе для краткости принято обозначать стеганографическое сообщение, как цифровой водяной знак (ЦВЗ). Рассмотрим структуру цифровой стеганографической системы.

Рис.8. Структурная схема типичной цифровой стегосистемы

Стегосистема, представленная на рис.8, выполняет задачу встраивания и выделения цифровых водяных знаков (ЦВЗ) из изображения-контейнера. Предварительный кодер - устройство, предназначенное для преобразования скрываемого водяного знака к виду, удобному для встраивания в контейнер. Устройство встраивания ЦВЗ предназначено для осуществления встраивания (вложения) скрытого ЦВЗ в изображение-контейнер. В стегосистеме происходит объединение двух типов информации так, чтобы они могли быть различимы двумя принципиально разными детекторами. В качестве одного из детекторов выступает система выделения ЦВЗ, в качестве другого – человек. Предварительная обработка часто выполняется с использованием ключа для повышения секретности встраивания. Далее ЦВЗ «вкладывается» в контейнер, например, путем модификации младших значащих бит коэффициентов. Этот процесс возможен благодаря особенностям системы восприятия человека. Хорошо известно, что изображения обладают большой психовизуальной избыточностью. Глаз человека подобен низкочастотному фильтру, пропускающему мелкие детали. Особенно незаметны искажения в высокочастотной области изображений. В стегодетекторе (Детектор ЦВЗ) происходит обнаружение ЦВЗ в (возможно измененном) защищенном ЦВЗ изображении. Это изменение может быть обусловлено влиянием ошибок в канале связи, операций обработки сигнала, преднамеренных атак нарушителей.

Различают стегодетекторы, предназначенные для обнаружения факта наличия ЦВЗ и устройства, предназначенные для выделения этого ЦВЗ (стегодекодеры, Декодер ЦВЗ). В первом случае возможны детекторы с жесткими (да/нет) или мягкими решениями. Решение о наличии или отсутствии ЦВЗ выносится либо на основании расстояния по Хэммингу, либо на основании взаимной корреляции между имеющимся сигналом и оригиналом (при отсутствии которого, используются статистические методы).

В зависимости от того, какая информация требуется детектору для обнаружения ЦВЗ, стегосистемы ЦВЗ делятся на три класса:

· открытые;

· полузакрытые;

· закрытые системы.

Существуют 2 типа закрытых систем: в первом типе, детектору требуется и исходный контейнер и исходный ЦВЗ, а на выходе система выдает решение о наличии или отсутствии ЦВЗ (такие стегосистемы имеют наибольшую устойчивость по отношению к внешним воздействиям); во втором типе детектору нужен только исходный контейнер, а на выходе система выдает восстановленный ЦВЗ. В полузакрытых системах детектору требуется исходный ЦВЗ, на выходе выдается решение о наличии или отсутствии ЦВЗ. Наибольшее применение имеют открытые стегосистемы ЦВЗ, так как они аналогичны системам скрытой передачи данных, и в них детектору не нужны ни исходный контейнер, ни исходный ЦВЗ, а на выходе система выдает восстановленный из контейнера ЦВЗ.

Встраивание сообщения в контейнер может производиться при помощи ключа, одного или нескольких. Ключ - псевдослучайная последовательность (ПСП) бит, порождаемая генератором, удовлетворяющим определенным требованиям (криптографически безопасный генератор). Числа, порождаемые генератором ПСП, могут определять позиции модифицируемых отсчетов (пикселей на изображении). Скрываемая информация внедряется в соответствии с ключом в те отсчеты, искажение которых не приводит к существенным искажениям контейнера. Эти биты образуют стегопуть. Под существенным искажением можно понимать искажение, приводящее как к неприемлемости для человека-адресата заполненного контейнера, так и к возможности выявления факта наличия скрытого сообщения после стегоанализа.

Встраиваемые ЦВЗ могут быть трех типов:

· робастные;

· хрупкие;

· полухрупкие.

Под робастностью понимается устойчивость ЦВЗ к различного рода воздействиям на стегоконтейнер. Робастные ЦВЗ могут быть 3-х типов. Это ЦВЗ, которые могут быть обнаружены всеми желающими, хотя бы одной стороной, либо это могут быть ЦВЗ которые трудно модифицировать или извлечь контента (контейнера) (ЦВЗ для аутентификации).

Хрупкие ЦВЗ разрушаются при незначительной модификации заполненного контейнера и применяются для аутентификации сигналов (изображений). Отличие от средств электронной цифровой подписи заключается в том, что хрупкие ЦВЗ все же допускают некоторую модификацию контента. Это важно для защиты мультимедийной информации, так как законный пользователь может, например, пожелать сжать изображение. Другое отличие заключается в том, что хрупкие ЦВЗ должны не только отразить факт модификации контейнера, но также вид и местоположение этого изменения.

Полухрупкие ЦВЗ устойчивы по отношению к одним воздействиям и неустойчивы по отношению к другим. Вообще говоря, все ЦВЗ могут быть отнесены к этому типу. Однако полухрупкие ЦВЗ специально проектируются так, чтобы быть неустойчивыми по отношению к определенного рода операциям. Например, они могут позволять выполнять сжатие изображения, но запрещать вырезку из него или вставку в него фрагмента.

Рис.9. Классификация систем цифровой стеганографии

-