Моделювання спроб екстракції стеганоконтента при різній довжині стеку вибірки параметрів серій

Размещено на http://www.allbest.ru/

Моделювання спроб екстракції стеганоконтента при різній довжині стеку вибірки параметрів серій

студент факультету комп'ютерних наук (магістрант)

Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, УКРАЇНА

Лєсная Юлія Євгеніївна

студентка факультету комп'ютерних наук (бакалавр)

Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, УКРАЇНА

Малахов Сергій Віталійович

канд. техн. наук, ст. науковий співробітник, доцент кафедри Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, УКРАЇНА

Анотація

Розглянуто деякі результати, які були отримані в рамках моделювання спроб несанкціонованого вилучення (атаки) стеганоконтенту, що «захищається» за допомогою впровадження механізму міжблокового мультиплексування параметрів довжин серій блоків зображень, в умовах використання стеків вибірки серій різної довжини. Наочно продемонстрований взаємозв'язок параметрів обробки контенту (напівтонових зображень) з кількістю серій і комбінаторикою складових елементів отриманих пар параметрів серій, які виступають об'єктами міжблокового мультиплексування.

Ключові слова: кодування довжин серій; стеганографія; контент; злом; стек. кодування довжин серій стеганографія

Вступ

Матеріал даної роботи стисло представляє результати моделювання процедур з адаптації методу кодування довжин серій для забезпечення міжблокового мультиплексу даних стеганоконтента, як основного механізму протидії спробам нелегітимного вилучення даних (у даному випадку зображення-контенту) зі стеганоконтейнера. Дані результати експериментів є складовою частиною циклу досліджень, що проводяться в межах відпрацювання загальної концепції створення малоресурсного гібридного стеганографічного алгоритму [1-2]. Важливо підкреслити що, на даному етапі моделювання, попереднє згладжування вихідних зображень, не проводилося, що в певної мірі, дещо збільшує загальну кількість серій у вихідному (базовому) масиві зображення-контенту. Однак, у діючому прототипі дослідницького алгоритму, на етапі передобробки даних використовуються різні способи згладжування вихідних зображень, що дозволяю отримувати необхідний результат з кількості блоків ідентичного змісту при заданих критеріях візуальної помітності спотворень. В якості тестових зразків даних, були використані напівтонові зображення трьох різних типів, основна відмінність між якими полягає в характерних значеннях ймовірності перепаду яскравості між сусідніми елементами зображень [3].

Основна частина

Для аналізу отриманих ефектів використана спрощена версія міжблокового мультиплексу даних, котра обмежена комбінаторикою тільки 2-х елементів у загальній структурі складового ключа екстрактора даних (кількості блоків і довжин серій). При цьому для імітації наслідків протидії спробам злому контенту реалізовано спрощену версію масок міжблокового мультиплексу даних для двох стеків різної розмірності. Іншими словами, в ході моделювання передбачалося, що атакуючий вірно визначив спосіб організації розгортки серій і параметр довжини стека, що діє (базу вибірки серій), однак припускався помилки в діючих параметрах зміщення опорних блоків (ОБ) і довжини серій. Результати наслідків такої атаки добре ідентифікуються за вертикальними «доріжками» з блоків різної яскравості у фонових областях тестового зображення на рис.1-2. Таким чином, якщо при малій довжині демонстраційного стека, отримуваний ефект буде помітний, то при використанні бази з широкою основою, цей результат стане більш очевидним.

У 1-му випадку використовувався стек завдовжки 4 серії, що зумовлює малу базу взаємних перестановок параметрів серій [4]. У другому випадку, довжина стека вибірки дорівнювала загальної кількості сформованих серій ОБ, а взаємний мультиплекс параметрів серій здійснювався, як між двома його половинами (напівстеками), так і в рамках кожного з них. В обох випадках проводилося «руйнування» вихідних пар параметрів: ОБ - довжина серії [5].

Слід звернути увагу на те, що наведені нижче результати невдалої атаки контенту (тобто неавторизованого вилучення тестового зображення) були отримані при використанні розгортки серій по стовпцях [6].

Під терміном «розгортка», в даному контексті, слід розуміти спосіб обходу, та наступний порядок вилучення поточних параметрів серій ОБ з базового масиву серій зображення-контенту.

Рис. 1. Результати атаки тестового зображення типу «пейзаж» для стеків різної розмірності та різних Pz (для ОБ 8*8 ел.)

Рис. 2. Результати несанкціонованого вилучення тестового зображення для стеків та ОБ різної розмірності (при Pz = 5)

Рис. 3. Результат атаки зображень (а,в,д) та маркування всіх серій ОБ (б,г,е) для різних значень Pz (для ОБ 8*8 ел.)

В даному циклі моделювання було вимкнуто функцію внутрішньоблокового мультиплексування даних [ 1], що добре видно по практично неспотвореним високодетальним областям тестового зображення на рис.1-3 (частина зображення з міською забудовою). Інакше кажучи, взаємна обфускація значимих елементів між різними ОБ не проводилася. Крім того, для наочного представлення загальної кількості серій, підданих процедурі міжблокового мультиплексування, всі серії ОБ були промарковані білим кольором (див. рис.3 (б,в,г)).

Важливо підкреслити, що у випадку рис.3, використовувався стек вибірки з малою розмірністю (4 серії), що не впливає на розміри областей тестових зображень, в рамках яких, при заданих обмеженнях величини Pz (де Pz < 14), реалізовано процедуру міжблокового мультиплексу діючих параметрів серій.

Висновки

1. Збільшення довжини стека вибірки серій розширює комбінаторику міжблокового мультиплексування для обох параметрів сформованих серій, що значно більшою мірою руйнує кореляційні зв'язки елементів вихідного масиву серій контенту. Цей ефект виразно підтверджується значним збільшенням щільності розміщення серій різного відтінку у фонових областях атакованого тестового зображення, що використовує широку базу перестановок (див. порівняння рис 1(в) та рис.1(г)).

2. Збільшення значення порога загрублення Pz, незалежно від довжини стека вибірки серій, що використовується, призводить до збільшення довжини формованих серій ОБ (див. порівняння стовпців зображень (а,в,д) та (б,г,е) на рис. 1). Для переважної більшості зображень прийнятним слід вважати P_z < 7.

3. Незалежно від використовуваної довжини стека вибірки серій, збільшення розмірності ОБ призводить до одночасного зменшення кількості самих серій і зменшення їх середньої довжини (добре видно на зразках (д) та (е) на рис.3). Це призводить до зменшення комбінаторики перестановок для діючих параметрів серій в межах прийнятих масок мультиплексування.

4. При рівних значеннях Pz, використання стека більшої довжини дає незаперечні переваги, з точки зору можливості протистояти спробам нелегітимного вилучення (підбору діючих параметрів мультиплексу) контенту (див. порівняння мініатюр (а-б), (в-г) та (д-е), на рис. 2).

5. Зі збільшенням порогового значення допустимої різниці яскравості елементів сусідніх блоків зображення (тобто значення Pz) загальна кількість серій скорочується, а їх довжина збільшується, що добре видно по динаміці розширення «білої області» на рис. 3(а,в,д). Це дозволяє забезпечити необхідну диспропорцію у співвідношенні кількості блоків контейнера і контенту, в умовах використання блоків однієї розмірності, що покращує вихідні умови для подальшої інкапсуляції контенту.

6. Зі збільшенням значення P_z понад 7 градацій яскравості (при квантуванні елементів 8 біт/ел.), у фонових областях тестових зображень спостерігається помилкове «закидання» блоків з не характерною для них яскравістю складових елементів (див. ланцюжки чорних серій на рис. 3(в) та рис.

3(д)). Цей процес є небажаним, з погляду прийнятного рівня спотворень контенту, перш за все в його малоінформативних - фонових областях.

Список використаних джерел:

[1] Лесная, Ю., Гончаров, Н., & Малахов, С. (2021). Отработка концепта многоуровневого мультиплекса данных гибридного стеганоалгоритма.

ЗбірникнауковихпрацьSCIENTIA.Вилученоіз

https://ojs.ukrlogos.in.Ua/index.php/sdentia/artide/view/17666

[2] Гончаров, М., Лєсная, Ю., & Малахов, С. (2021). Дослідження властивостей прототипу гібридного стеганоалгоритму. Комп'ютерні науки та кібербезпека, (2),

45-56. https://doi.org/10.26565/2519-2310-2021 -2-05

[3] Прэтт У. (1985). Цифровая обработка изображений (Д. С. Лебедева, пер. с англ.). т. 1,2. Москва: Мир.

[4] Гончаров, Н., & Малахов, С. (2022). Использование параметра длин серий, как элемента межблочного мультиплекса данных стеганоалгоритма. Збірник наукових праць ЛОГОІ, 180-187. https://doi.org/10.36074/logos-08.07.2022.050

[5] Бутаков Е. А., Островский В. И., & Фадеев И. Л. (1987). Обработка изображений на ЭВМ. Москва: Радио и связь.

[6] Гончаров, Н., Лесная, Ю., & Малахов, С. (2022). Адаптация принципа кодирования длин серий для противодействия попыткам неавторизованной экстракции стеганоконтента. Grail of Science, (17), 241-247. https://doi.org/10.36074/grail-of- science.22.07.2022.042

Размещено на Allbest.ru