Steganografia digikuvissa

Steganografia digikuvissa

Mika AhoDIGI2004 / TITE

28.4.2006

Sisällys

• Mitä steganografia on?• Taustaa steganografialle• Steganografia ympärillämme - nykypäivää• Toimintamenetelmät visuaalisessa mediassa• Analyysi – havaitseminen ja poistaminen• Vesileima • Johtopäätökset

Mitä steganografia on?

• Johdettu kreikan kielen sanoista ”stegos” ja ”graphia”, tarkoittaa peitettyä kirjoitustapaa

• Steganografian tavoitteena on piilottaa viestit toisten, harmittomilta näyttävien viestien sisään"Since everyone can read, encoding text in neutral sentences is doubtfully effective” …Secret inside

• Perinteisiä menetelmiä mm.– näkymättömät musteet

– mikropistetekniikka

• Voidaan lisäksi myös suojata

Taustaa steganografialle

• Taustat yleensä aina sidottu sodankäyntiin tai politiikkaan• Käytetty vuosituhansien ajan, esim. Kreikan pelastuminen

Persian valtaukselta– viestit tatuoitu orjien päähän

• Toinen maailmansota ja kylmä sota oli steganografian kulta-aikaa– saksalaisten mikropistetekniikka

– postishakki, ristisanatehtävät, neulontaohjeet

– radiolähetykset, kukkalähetykset

– Iso-Britannian tekstinkäsittelylaitteet ja vakoojat

Steaganografia ympärillämme - nykypäivää

• Piratismin estäminen/tekijänoikeus• Mainonta• Seuranta/osoitus: esim. röntgenkuvaus• Käyttämämme dokumentit, esim. word dokumentit ja

digikameran kuvat• Rikollisjärjestöt, terrorismi ja huumekauppa• Populaarikulttuuri

– Da Vinci -koodi

Kuvien tallennuksesta

• Taulukko joka kuvaa RGB-arvoja jokaiselle pikselille• Yleensä 8- tai 24-bittisiä• 24-bittisissä kuvissa on paljon tilaa tiedon

tallennukseen, mutta ovat suuria ja yleensä pakattuja• 8-bittiset ovat parempia piilotetun tiedon tallennukseen• Kansikuvan (cover image) valinta on tärkeää• Paras vaihtoehto harmaasävykuvat• Ihmisen näkökyvyn hyväksikäyttö

Toimintamenetelmät visuaalisessa mediassa

– vähiten merkitsevien bittien korvaaminen– maskaus ja filtteröinti– muuntokoodaukseen perustuvat menetelmät

LSB – Vähiten merkitsevien bittien korvaaminen

• Esimerkkinä 24-bittinen kuva• Lisättävä data: kirjain ‘A’: (10000011)• Tarvitaan 3 pikseliä tallentamaan yksi 8 bittinen kirjain• Pikselit valitaan perustuen avaimella alustettavaan pseudogeneraattoriin 00100111 11101001 11001000

00100111 11001000 11101001 11001000 00100111 11101001

Lisätään ‘A’ 

00100111 11101000 1100100000100110 11001000 1110100011001001 00100111 11101001

• Tutkimusten mukaan keskimäärin 50% vähiten merkitsevistä pikseleistä muuttuu• Ihmissilmä ei huomaa muutosta vaikka data piilotettaisiin 2. vähiten merkitsevään• Data ei ole kuitenkaan tilastollisesti enää samanlaista• Kohinan lisääntyminen• Väripaletin uudelleenjärjestäminen (esim. GIF)

LSB:n aiheuttamat muutokset kuvaan

4 LSB muutos aiheuttaarengastumia

6 bittiä

7 bittä

8 bittä

Maskaus ja filtteröinti

• Data piilotetaan eniten merkitseviin bitteihin• Piilodatan sisältävät pikselit on valittu kuvan analysoinnin avulla• Esim. Luminanssin käyttö• Data paremmin suojassa pakkaamiselta ja muokkaukselta

• Käytetään laajalti digitaalisessa vesileimauksessa ja sormenjälkitunnistuksessa

• Lisäksi käytetään piilotettaessa kuva toisen sisään

Maskaus ja filtteröinti

• Peittopikseli : 01011100

• Salaisen kuvan pikseli: 11101010

• Resultanttipikseli: 01011101 (3+5)

• Jokaisen pikselin osuus voi vaihdella halutun vaikutuksen aikaansaamiseksi

+

=

SALAISTA

8-bittinen harmaasävykuva (256 väriä)

Maskaus ja filtteröinti

Alkuperäinen kuva Irroitettu kuva

• Uhrataan 2 bittiä peittokuvasta sisältämään 2 bittiä salaista kuvaa

Maskaus ja filtteröinti

• Uhrataan 5 bittiä peittokuvasta sisältämään 5 bittiä salaista kuvaa

Alkuperäinen kuva Irroitettu kuva

Muunnoskoodausmenetelmät

• Matemaattinen operaatio, joka muuntaa tietyssä sarjassa olevat luvut toiseen, ominaisuuksiltaan edullisempaan sarjaan säilyttäen alkuperäisen informaation

• Kasvatetaan pakkaussuhdetta koodaamalla dataa kuvaavia kertoimia erillisten pikselien pakkaamisen sijaan

• Tavoitteena saada kertoimet riittävän pieniksi– Voidaan jättää pakkauksesta pois

8x8 Pixel Block

Discrete Cosine Transformation Quantizer

Binary Encoder 100100…

Diskreetti..mikä??

• Diskreetti kosinimuunnos

• Muuntaa 8x8 blokit 64 DCT kertoimiksi• ENSIMMÄINEN kerroin on kaikkein tärkein

• Diskreetit kertoimet piilottavat datan vähiten merkitseviin bitteihin• DCT-muunnoksessa tieto leviää laajalle kuvan tilatasossa salaisen datan

havaitseminen vaikeaa• Kestää hyvin prosessointia vastaan• Yleensä tarvitaan kuitenkin myös alkuperäinen kuva

122

cos122

cos),(4),(2

21

0

1

0 1

121

1 2

jN

ki

N

kjiAkkB

N

i

N

j

41 30

1826

98 -6

24

Kvantisointi

• Hukkaava tiivistys• Arvot kasvavat alaspäin mentäessä

• Kvantisoitu arvo = Round ( DCT / QUA )• JPEG = Ei välitetä nollista

98 -6

24

3 11

179

DCT QUA

33 -1

00

VALUE

33 -1

JPG

Binääriksi

• Muunnos binaariksi siksakkissa

33 -1

0 0

0100001000000010000010000000

Kuvien analysointi, steganografian havaitseminen

• Paras tapa uudelleenkirjoittaa tai uudelleenmääritellä• Kuvat

– Käytetään häviöllistä pakkausta

– Rajataan kuva uudelleen, muutetaan palettia, värejä, kirkkautta...

Piilotetun viestin havaitseminen

Vesileimat

• Kuvan vesileima =– Digitaalinen signaali

– Kuvaan sijoitettu kuvio

• On sekä näkyviä että näkymättömiä vesileimoja• Ehkä paras tekniikka on naamiotiedoston käyttö

– Mielellään samat värialueet

Digimarc

• Vesileimateknologioiden johtava toimittaja• Plugneita mm. Windowsiin, PhotoShopiin• Vesileima kertoo:

– Omistajuuden

– Kuvan ID:n

– Kuvan sisällön – p0rnoo yms.

Yhteenveto

• Paljon kehitystä ja rajattomat mahdollisuudet– Varsinkin yksityisyyden säilyttämisessä verkon yli

– Digitaalisten teosten tekijänoikeudet

• Väärinkäyttö• Sovellettuna kryptografiaan erittäin tehokas työkalu

– Mallory ei edes tiedä, että on olemassa jonkinlaista kommunikaatiota

• Tulevaisuuden sovellukset todennäköisesti digitaalisissa vesileimoissa