K004515 Дипломная работа Основные понятия стеганографии

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 12

1 Анализ предметной области 14

1.1 Основные понятия стеганографии 14

1.2 Виды стеганографии 16

1.2.1 Цифровые отпечатки (ЦО) (Digital Fingerpring) 16

1.2.2 Цифровые водяные знаки (ЦВЗ) (Watermaking) 17

1.2.3 Скрытая передача данных 18

1.3 Практическое применение стеганографии 18

1.4 Свойства системы человеческого зрения 21

1.5 Обзор существующих методов встраивания информации в изображение 24

1.5.1 Методы замены 25

1.5.2 Методы скрытия в частотной области изображения 25

1.5.3 Широкополосные методы 26

1.5.4 Статистические методы 27

1.5.5 Методы искажения 28

1.5.6 Структурные методы 29

2 Разработка программной модели скрытой передачи данных 32

2.1 Метод замены наименее значащего бита (НЗБ) 32

2.2 Алгоритм встраивания закладки методом НЗБ 36

2.3 Цветовые пространства, используемые для передачи изображений 40

2.3.1 Цветовая модель RGB 40

2.3.2 Цветовое пространство YCbCr 41

2.4 Усовершенствование метода НЗБ 44

2.4.1 Дискретное косинусное преобразование 44

2.4.2 Квантование 46

2.4.3 Алгоритм метода LSB&DCT 48

3 Архитектура программной модели скрытой передачи данных 52

3.1 Структура приложения 52

3.1.1 Ядро программы 52

3.1.2 Классы утилиты 53

3.1.3 Набор классов, реализующих стеганографические алгоритмы 56

4 Проведение испытаний программной модели 60

4.1 Испытания при отсутствии помех в канале 60

4.1.1 Алгоритм замены НЗБ 60

4.1.2 Алгоритм DCT&LSB 63

4.2 Испытания при наличии помех в канале 65

5 Охрана труда 71

5.1 Параметры микроклимата 72

5.2 Площадь рабочих помещений 72

5.3 Освещение 73

5.4 Планировка и оснащение рабочего места 74

5.5 Электромагнитные излучения 76

5.6 Шум 77

5.7 Аэроионный состав воздуха рабочей зоны 79

5.8 Специальная оценка условий труда 80

6 Технико-экономическое обоснование 87

6.1 Расчет трудоемкости разработки программного обеспечения 89

6.2 Расчет затрат на разработку программного обеспечения 93

6.4 Результирующая таблица себестоимости 97

6.5 Расчет цены программного продукта 97

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 102

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 103

ВВЕДЕНИЕ

С древних времен человек стремился поделиться своей информацией с другими людьми и найти надежные способы для ее передачи.Поэтому задача защиты информации решалась во все времена на протяжении истории человечества. За последние десятилетия ценность информации сильно возросла, так как большой объем информации передается в цифровом виде. Стремительное развитие мультимедийных технологий и компьютерных сетей позволило упростить доступ к информации, что привело к повышению угрозы несанкционированного доступа к данным.Поэтому в наши дни вопросинформационной безопасности встает достаточно острои является чрезвычайноактуальным.

Существует множество задач, решаемых в рамках защиты информации.Особое место среди них занимает задача скрытой передачи данных, называемая задачей стеганографии. Стеганография - (от греческого скрытый, дословно «тайнопись») - это наукао скрытой передаче информации путём содержания в тайне самого факта передачи. Скрытую передачу информацииможно осуществить различными способами. Общей чертой этих способов является то, что информация встраивается в некоторый объект,так называемый контейнер. Так какинформация в настоящее время в большинстве случаев передается в цифровом виде, одним из стремительно развивающихся направлений стеганографии является цифровая стеганография.В этом направлении в качестве объекта для встраивания используется компьютерный файл. Современные методы стеганографии позволяют внедрять информацию в изображения,аудиофайлы, текстовые документы и видеофайлы. Большинствометодов стеганографии используютв качестве контейнеров изображения. Этоможно объяснить следующими причинами:

– необходимость защиты изображений, фотографий, аудиофайлов и видеофайловот незаконногокопирования и распространения;

– относительно большим размером цифрового представления изображений, что позволяет встраивать цифровые водяные знаки большогообъема либоувеличивать робастность изображения;

– заранее известными размерами контейнеров;

– наличием в большинстве изображений областей, содержащих шумы и хорошо подходящих для встраивания данных;

– слабой чувствительностью человеческого глаза к небольшим изменениям цветов изображения, егоконтрастности и яркости, шумов и искажениям контуров;

– огромным количеством методов цифровой обработки изображений.

Существует также задача обратная стеганографии – задача стегоанализа, которая состоит в том, чтобы обнаружить факт скрытой передачи информации. Для любого метода стеганографии может быть разработан метод стегоанализа, которыйв большинстве случаев накладывает ограничения на схему встраивания данных в контейнер. Например, уменьшается допустимый объем передаваемой информации.Можно сделать вывод о том, что стеганография и стегоанализ – дваодновремен-но развивающихся направления науки.

В целом задача стеганографии, т.е. задача скрытой передачи данных, и противоположная ей задача стегоанализа, т.е. задача обнаружения факта скрытой передачи информации, являются одними из основных проблем в информационной безопасности, поэтому их решение является актуальным и в наши дни.

1 Анализ предметной области

1.1 Основные понятия стеганографии

Стеганография – это наука о способах передачи или хранения информации путем сохранения в тайне самого факта передачи или хранения. Стеганографию, как правило, используют вместе с криптографией, таким образом, расширяя её. Криптография – это наука о методах обеспечения конфиденциальности и целостности информации. Однако, при криптографии наличие шифрованного сообщения само по себе привлекает внимание злоумышленников, при стеганографии же наличие скрытой связи остается незаметным.  

Цифровая стеганография, а именно стеганографические программные продукты основываются на двух основных принципах:

• Аудио, видео или изображение могут быть в незначительной степени изменены без потери своей функциональности, в отличие от других типов данных, требующих абсолютной точности;

• Органы чувств человека неспособны разобрать малозначительные изменения в яркости или контрастности изображения или в качестве видео или звука.

Так как цифровой стеганографией занимаются по всему миру, в  1996 году на конференции Information Hiding: First Information Workshop была принята единая терминология:

Стеганографическая система (стегосистема) — совокупность методов и средств, необходимых для создания скрытого канала передачи данных. При построении такой системы договорились о том, что:

1) Злоумышленник ознакомлен с работой стеганографической системы, но не знает ключ, с помощью которого можно обнаружить скрытое сообщение.

2) Если злоумышленник обнаружит секретное сообщение, он не сможет извлечь из него информацию до тех пор, пока не узнает ключ.

3) Злоумышленник не имеет технических преимуществ.

Обобщенная модель стегосистемы представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 –Обобщенная модель стегосистемы

Сообщение — информация, которую необходимо скрыть.

Контейнер — файл, в котором будет храниться или передаваться сообщение. Пустой контейнер — контейнер, не содержащий информации. Заполненный контейнер (стегоконтейнер) — контейнер, содержащий сообщение.

Ключ (стегоключ) — секретный элемент, который определяет порядок того, как сообщения будут заноситься в контейнер. Различают ключи в стегосистемах двух типов: закрытые (секретные) и открытые. В стегосистеме с секретным ключом используется один ключ. Он создается до начала обмена секретными сообщениями, либо должен быть передан по защищенному каналу. В стегосистеме с открытым ключом для встраивания и извлечения сообщения используются разные ключи. Особенность ключей состоит в том, что с помощью вычислений невозможно вывести один ключ из другого. Поэтому один ключ (открытый) может свободно передаваться по незащищенному каналу связи. Кроме того, данная схема хорошо работает и при взаимном недоверии отправителя и получателя.

1.2 Виды стеганографии

1.2.1 Цифровые отпечатки (ЦО) (Digital Fingerpring)

Данный вид стеганографии подразумевает наличие различных стеганографических меток-сообщений для каждой копии контейнера.

Задачи и область применения:

1) Корректность использования контента;

2) Контроль появления контента в интернете;

3) Защита от плагиата;

4) Выявление копирования информации, которая является конфиденциальной.

Основные достоинства:

1) Устойчивость к таким модификациям, как редактирование, копирование, объединение с другим объектами;

2) Скорость работы;

3) Сохранение оригинального файла;

4) Надежность;

5) Неизменность оригинального файла.

В качестве примера применения цифровых отпечатков можно привести продажу электронных книг. При оплате книги и отправки её получателю можно в файлвнедрять информацию, которая позволяит идентифицировать отправителя.

Недостаток цифровых отпечатков состоит в том, что если злоумышленник сможет извлечь их из контейнера, то идентифицировать его невозможно, до тех пор, пока он не подделаетцифровой отпечаток.

Таким образом, при извлечении цифровых отпечатков третья сторона может преследовать две цели:

1) извлечение цифровых отпечатков из контейнера («слабая цель»)

2) подмена одного цифрового отпечатка другим цифровым отпечатком («сильная цель»)

1.2.2 Цифровые водяные знаки (ЦВЗ) (Watermaking)

Цифровые водяные знаки представляют собой специальные метки, которые внедряются в файл или в изображение с целью контроля их правоерного использования.

В отличие от цифровых отпечатков, цифровые водяные знаки подразумевают наличие одинаковых меток для каждой копии контейнера.

Цифровые водяные знаки можно разделить на два типа — видимые и невидимые. Видимые водяные знаки довольно просто изменить или удалить.  Невидимые – представляют собой вставки, встраиваемые в файл и, которые   не воспринимаются человеческим глазом или ухом. Поэтому цифровые водяные знаки должны отвечать следующим требованиям:

1) незаметность для пользователей;

2) индивидуальность алгоритма нанесения;

3) возможность обнаружения несанкционированного использования файла;

4) невозможность удаления посторонними лицами;

5) устойчивость к изменениям параметров носителя-контейнера (Например, формата и размеров, сжатию и т.д).

1.2.3 Скрытая передача данных

Скрытая передача данных – классический вид стеганографии. Основное отличие скрытой передачи данных от встраивания цифровых водяных знаков состоит в том, что в первом случае злоумышленник должен обнаружить скрытое сообщение, а во втором случае о его существовании знают все. Так же у злоумышленника на законных основаниях может находиться устройство обнаружения цифровых водяных знаков.

1.3 Практическое применение стеганографии

Можно выделить 15 задач, для которых актуальна стеганография.

1) Незаметная передача информации

Данное применение является классическим практическим применением стеганографии, поэтому оно стоит на первом месте.

2) Скрытое хранение информации

Данное применение стеганографии во многом схожес предыдущим. Однако, в данном случае стеганография используется не для передачи, а для хранения каких-либо данных, обнаружение которых пользователю нежелательно. Данную задачу можно реализоватьтолько на носителях данных.

3) Защита авторского права

Для реализации данной задачи необходимо защищать каждую копию контента. В качестве примера можно привести фотографию. В том случае,когда фотографию публикуют без разрешения на то фотографа, опровергнув его авторство, фотограф может доказать,что он является автором, использовав стеганографию. В данном случае в каждую фотографию необходимо внедритькакие-либо данные, которые позволят доказать принадлежность фотографии к фотоаппарату или фотографу.

4) Защита подлинности документов

Для защиты подлинности документа можно применить ту же технологию,что и для защиты авторского права. Только в данном случае стеганография будет использоваться не для подтверждения авторства, а для подтверждения подлинности документа. Документ, который не содержит цифровых водяных знаков, будет считаться поддельным.

5) Индивидуальный отпечаток в СЭДО

В системах электронного документооборота можно использовать индивидуальный отпечаток, который будет расположен внутри документа и позволит определить, кто работал с документом, а кто нет.

6) Водяной знак в DLP системах

Стеганография может быть использована для предотвращения утечек информации (Data Leak Prevention, DLP). В данном случае при создании документа с конфиденциальной информацией в него встраивается определенная метка. При этом метка не изменится, вне зависимости от количества копий и ревизий документа. Для того, чтобы извлечь метку необходимо иметь стегоключ, который содержится в тайне. DLP-система перед отправкой документа проверяет наличие или отсутствие водяного знака. При его наличии система не разрешает отправлять документ за пределы системы.

7) Скрытая передача управляющего сигнала

Если имеется система, которая является получателем, а отправителем является оператор, то стеганография может быть применима для доставки управляющего сигнала этой системе. Если система способна находится в различных состояниях, и есть необходимость скрытия факта перехода в другое состояние, то можно также воспользоваться стеганографией.

8) Подтверждение достоверности переданной информации

Стегосообщение в данном случае содержит данные, которые подтверждают корректность тех данных, которые передает контейнер.