Журнал LinuxFormat - перейти на главную

LXF136:Стеганография

Материал из Linuxformat
(Различия между версиями)
Перейти к: навигация, поиск
(викификация, оформление, иллюстрация)
 
м (ссылка на автора)
 
Строка 5: Строка 5:
 
{{Цикл/Perl}}[[Категория:Учебники]][[Категория:Perl]]
 
{{Цикл/Perl}}[[Категория:Учебники]][[Категория:Perl]]
  
−
: '''Часть 3''': Тот, кто при­ду­мал вы­ра­же­ние «ви­ла­ми на во­де пи­са­но», яв­но не знал про сте­га­но­гра­фию и не чи­тал ста­тьи '''Ми­хаи­ла Смир­но­ва'''.
+
: '''Часть 3''': Тот, кто при­ду­мал вы­ра­же­ние «ви­ла­ми на во­де пи­са­но», яв­но не знал про сте­га­но­гра­фию и не чи­тал ста­тьи [http://www.smirnov.sp.ru/ '''Ми­ха­ил Смир­нов'''].
  
 
В эпо­ху гло­баль­ных ком­пь­ю­тер­ных систем необ­хо­ди­мость за­щи­ты кон­фи­ден­ци­аль­ной и сек­рет­ной ин­фор­ма­ции оче­вид­на и зло­бо­днев­на. Во мно­гих при­ло­жениях – на­при­мер, элек­трон­ном до­ку­мен­то­обо­ро­те – на­ря­ду с шиф­ро­ванием ин­фор­ма­ции возника­ет по­треб­ность сде­лать неза­мет­ным сам факт пе­ре­да­чи или хранения дан­ных. Ак­ту­аль­ность та­ких за­дач на­пря­мую свя­за­на с ростом кон­ку­рент­ной борь­бы, про­мыш­лен­ным шпио­на­жем, воз­растаю­щим кон­тро­лем го­су­дар­ствен­ных струк­тур над элек­трон­ны­ми сред­ства­ми свя­зи, проник­но­вением ха­ке­ров в ба­зы дан­ных. Одним из наи­бо­лее эф­фек­тив­ных спо­со­бов про­ти­во­дей­ствия та­ко­му вме­ша­тель­ству яв­ля­ет­ся со­кры­тие дан­ных (сте­га­но­гра­фия) в мас­си­ве циф­ро­во­го изо­бра­жения.
 
В эпо­ху гло­баль­ных ком­пь­ю­тер­ных систем необ­хо­ди­мость за­щи­ты кон­фи­ден­ци­аль­ной и сек­рет­ной ин­фор­ма­ции оче­вид­на и зло­бо­днев­на. Во мно­гих при­ло­жениях – на­при­мер, элек­трон­ном до­ку­мен­то­обо­ро­те – на­ря­ду с шиф­ро­ванием ин­фор­ма­ции возника­ет по­треб­ность сде­лать неза­мет­ным сам факт пе­ре­да­чи или хранения дан­ных. Ак­ту­аль­ность та­ких за­дач на­пря­мую свя­за­на с ростом кон­ку­рент­ной борь­бы, про­мыш­лен­ным шпио­на­жем, воз­растаю­щим кон­тро­лем го­су­дар­ствен­ных струк­тур над элек­трон­ны­ми сред­ства­ми свя­зи, проник­но­вением ха­ке­ров в ба­зы дан­ных. Одним из наи­бо­лее эф­фек­тив­ных спо­со­бов про­ти­во­дей­ствия та­ко­му вме­ша­тель­ству яв­ля­ет­ся со­кры­тие дан­ных (сте­га­но­гра­фия) в мас­си­ве циф­ро­во­го изо­бра­жения.

Текущая версия на 11:50, 22 апреля 2014

Подписка на печатную версию
Весь 2015 год (12 номеров)
Первое полугодие (6 номеров)
Второе полугодие (6 номеров)
Подписка на электронную версию
Весь 2015 год (12 номеров)
Первое полугодие (6 номеров)
Второе полугодие (6 номеров)
Подшивки старых номеров журнала (печатные версии)
Весь 2014 год (12 номеров)
Первое полугодие (6 номеров)
Второе полугодие (6 номеров)
Сте­га­но­гра­фия Скры­ва­ем цен­ные дан­ные в обыч­ных на вид изо­бра­же­ни­ях

Содержание

[править] Perl: Во­дя­ные зна­ки

Часть 3: Тот, кто при­ду­мал вы­ра­же­ние «ви­ла­ми на во­де пи­са­но», яв­но не знал про сте­га­но­гра­фию и не чи­тал ста­тьи Ми­ха­ил Смир­нов.

В эпо­ху гло­баль­ных ком­пь­ю­тер­ных систем необ­хо­ди­мость за­щи­ты кон­фи­ден­ци­аль­ной и сек­рет­ной ин­фор­ма­ции оче­вид­на и зло­бо­днев­на. Во мно­гих при­ло­жениях – на­при­мер, элек­трон­ном до­ку­мен­то­обо­ро­те – на­ря­ду с шиф­ро­ванием ин­фор­ма­ции возника­ет по­треб­ность сде­лать неза­мет­ным сам факт пе­ре­да­чи или хранения дан­ных. Ак­ту­аль­ность та­ких за­дач на­пря­мую свя­за­на с ростом кон­ку­рент­ной борь­бы, про­мыш­лен­ным шпио­на­жем, воз­растаю­щим кон­тро­лем го­су­дар­ствен­ных струк­тур над элек­трон­ны­ми сред­ства­ми свя­зи, проник­но­вением ха­ке­ров в ба­зы дан­ных. Одним из наи­бо­лее эф­фек­тив­ных спо­со­бов про­ти­во­дей­ствия та­ко­му вме­ша­тель­ству яв­ля­ет­ся со­кры­тие дан­ных (сте­га­но­гра­фия) в мас­си­ве циф­ро­во­го изо­бра­жения.

Исто­ри­че­ски, по­яв­ление ме­то­дов встраи­вания циф­ро­вых во­дя­ных зна­ков в файл изо­бра­жения бы­ло обу­слов­ле­но про­бле­­ма­ми за­щи­ты ин­тел­лек­ту­аль­ной соб­ствен­но­сти – в ча­ст­но­сти, прав вла­дель­цев на фо­то­сним­ки в Интернете. Ре­шение этой зада­чи, в той или иной сте­пени, дости­га­ет­ся с по­мо­щью встраи­вания в за­щи­щае­мое изо­бра­жение ви­ди­мых или скры­тых циф­ро­вых во­дя­ных зна­ков или ме­ток. Досто­ин­ства ме­то­дов за­щи­ты с ис­поль­зо­ванием ви­ди­мых зна­ков из­вест­ны – это пре­ж­де все­го про­сто­та про­це­ду­ры на­ло­жения во­дя­ных зна­ков на за­щи­щае­мое изо­бра­жение и воз­мож­ность со­хранить во­дя­ной знак при пе­ча­ти.

Наи­боль­шей по­пу­ляр­но­стью поль­зу­ет­ся встраи­вание во­дя­ных зна­ков с ре­гу­ли­руе­мой про­зрач­но­стью. С одним из ва­ри­ан­тов та­ко­го встраи­вания мы уже по­зна­ко­ми­лись в пер­вой ста­тье цик­ла (LXF134). Уда­ление ви­ди­мых гра­фи­че­ских зна­ков мо­жет вы­лить­ся в весь­ма слож­ную и тру­до­ем­кую за­да­чу, и это сле­ду­ет от­нести к досто­ин­ствам. Недостат­ки встраи­вания ви­ди­мых во­дя­ных зна­ков, как ни па­ра­док­саль­но, со­сто­ят в их ви­ди­мо­сти. По­следнее об­стоя­тель­ство ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся в под­поль­ной ин­ду­ст­рии кон­тра­факт­ной про­дук­ции для ти­ра­жи­ро­вания под­де­лок изо­бра­жений из­вест­ных тор­го­вых брен­дов.

Про­ти­во­дей­ствие под­дел­кам мож­но осу­ще­ствить с по­мо­щью ме­то­дов встраи­вания скры­тых циф­ро­вых во­дя­ных зна­ков или ме­ток в файл изо­бра­жения-но­си­те­ля. В сфе­ре за­щи­ты ав­тор­ских прав основ­ной недоста­ток сте­но­гра­фи­че­ских ме­то­дов обу­слов­лен неустой­чи­во­стью скры­тых во­дя­ных зна­ков к раз­лич­ным ви­дам пре­об­ра­зо­ваний за­щи­щае­мо­го изо­бра­жения. Вме­сте с тем, в сфе­ре за­щи­ты кон­фи­ден­ци­аль­ной ин­фор­ма­ции этот ми­ нус ста­но­вит­ся плю­сом, обес­пе­чи­ваю­щим раз­ру­шение дан­ных при несанк­циониро­ван­ном вме­ша­тель­стве. Имен­но о реа­ли­за­ции этих ме­то­дов за­щи­ты кон­фи­ден­ци­аль­ной ин­фор­ма­ции с по­мо­щью про­грамм­но­го обес­пе­чения на язы­ке Perl и пой­дет речь ниже.

[править] Дво­ич­ные во­дя­ные зна­ки

Изо­бра­жения, ис­поль­зуе­мые для встраи­вания скры­тых дан­ных, бу­дут пред­став­лять со­бой кон­тейнеры (но­си­те­ли) для пе­ре­да­чи или хранения сек­рет­ной ин­фор­ма­ции. При этом доступ для про­смот­ра изо­бра­жений мо­жет быть от­кры­тым и не вы­зы­вать по­доз­рений. Для хранения дан­ных в этом слу­чае мо­гут ис­поль­зо­вать­ся не толь­ко спе­циа­ли­зи­ро­ван­ные цен­тры дан­ных, но и обыч­ные HTTP-сер­ве­ры. Пе­ре­да­вае­мое со­об­щение пред­ва­ри­тель­но шиф­ру­ет­ся и пре­об­ра­зу­ет­ся в дво­ич­ную по­сле­до­ва­тель­ность. На сле­дую­щем эта­пе дво­ич­ная по­сле­до­ва­тель­ность встраи­ва­ет­ся в мас­сив дан­ных фай­ла изо­бра­жения. Раз­мер­ность встраи­вае­мых дан­ных за­ви­сит от спо­со­ба встраи­вания, объ­е­ма и яр­ко­ст­ных ха­рак­те­ри­стик изо­бра­жения-кон­тейнера. По­пыт­ки несанк­циониро­ван­но­го пре­об­ра­зо­вания изо­бра­жения-кон­тейнера при­во­дят к частич­ной или пол­ной по­те­ре скры­вае­мых дан­ных.

Важней­шим эле­мен­том лю­бой ин­фор­ма­ци­он­ной систе­мы яв­ля­ет­ся шиф­ро­вание кон­фи­ден­ци­аль­ной ин­фор­ма­ции. Рас­смат­ри­вае­мая ме­то­до­ло­гия – не исклю­чение: дву­мер­ные крип­то­грам­мы ор­ганиче­ски встраи­ва­ют­ся в дву­мер­ные изо­бра­жения-кон­тейнеры. Со­вме­ст­ное ис­поль­зо­вание стегано­гра­фи­че­ско­го под­хо­да и крип­то­си­стем обес­пе­чи­ва­ет прак­ти­че­ски непре­одо­ли­мый барь­ер взло­му. При этом стой­кость шиф­ра к взло­му оп­ре­де­ля­ет­ся исклю­чи­тель­но стой­ко­стью (дли­ной) сек­рет­но­го клю­ча.

[править] Ме­тод би­то­вых плоско­стей

Одним из наи­бо­лее из­вест­ных спо­со­бов со­кры­тия дан­ных (во­дя­ных зна­ков) в циф­ро­вом изо­бра­жении яв­ля­ет­ся ме­тод встраи­вания в би­то­вые плоско­сти изо­бра­жения. Би­то­вые плоско­сти или сре­зы – это про­сто раз­ря­ды циф­ро­во­го изо­бра­жения, на­хо­дя­щие­ся в одних и тех же по­ло­жениях в со­от­вет­ствую­щих дво­ич­ных чис­лах, пред­став­ляю­щих со­бой дан­ные изо­бра­жения. Их «ве­са» рав­ны 2M, где M = 0,1,2, … – но­мер по­зи­ции. Ал­го­ритм встраи­вания осно­вы­ва­ет­ся на свой­ствах зри­тель­но­го воспри­ятия и реа­ли­зу­ет­ся та­ким об­ра­зом, что­бы внедряе­мые би­ты оста­ва­лись бы неза­мет­ны­ми при ви­зу­аль­ном рас­смот­рении циф­ро­во­го изо­бра­жения. Обыч­но для вы­полнения это­го усло­вия дан­ные встраи­ва­ют­ся в би­то­вую плоскость с наи­мень­шим ве­сом, рав­ным 20 (млад­ший бит). Чем мень­ше вес вы­бран­ной би­то­вой плоско­сти для встраи­вания, тем мень­шее влияние ока­зы­ва­ет­ся на ка­че­ство изо­бра­жения-кон­тейнера, и тем менее за­мет­ны из­менения. На рис.1 пред­став­лен при­мер дву­мер­ной дво­ич­ной по­сле­до­ва­тель­но­сти дан­ных для со­кры­тия.

Объ­ем Q сим­во­лов встраи­вае­мых дан­ных в по­лу­то­но­вое [grayscale] изображение мож­но под­счи­тать по фор­му­ле: Q=P*W*H/B, где P – чис­ло би­то­вых плоско­стей, ис­поль­зуе­мых для встраи­вания, W и H – ши­ри­на и вы­со­та изо­бра­жения в пик­се­лях, со­от­вет­ствен­но, В — чис­ло бит на сим­вол. На рис. 2 по­ка­за­ны при­ме­ры встраи­вания дан­ных в би­то­вые плоско­сти цвет­но­го (RGB) изо­бра­жения.


В пер­вом слу­чае, на рис. 2а, для встраи­вания ис­поль­зу­ет­ся од­на би­то­вая плоскость наи­мень­ше­го ну­ле­во­го раз­ря­да 20 толь­ко синей (Blue) ком­понен­ты изо­бра­жения. Фраг­мент про­грамм­ной реа­ли­за­ции для это­го слу­чая по­ка­зан ниже: 

 $Width3 = $Width * $nbyte;
 $wt = int($Width3/4);
 $wt = $wt*4;
 $ut = $Width3 - $wt;
 if($ut!=0){$ut = 4 - $ut;}
 for($j=0;$j<$Height; $j++){
 for($i=0;$i<$Width; $i++){
   bin[$i][$j] = int(rand(2));
 }}
 $bit_plan = 1;
 $rgb=0;
 for($j=0;$j<$Height; $j++){
   $y1=$j*($Width3 + $ut);
   $k=0;
   for($i=$rgb;$i<$Width3; $i+=3){		
     $tmp = ($BMP_IMG[$i + $y1]>> $bit_plan)<< $bit_plan;
   $BMP_IMG[$i + $y1] = $tmp + $bin[$k][$j];
   $k++;
  }
 }

Ис­ход­ное изо­бра­жение-кон­тейнер ши­ри­ной $Width и вы­со­той $Height пик­се­лей со­дер­жит­ся в мас­си­ве @BMP_IMG. В мас­си­ве @bin соз­да­ет­ся слу­чай­ная по­сле­до­ва­тель­ность дво­ич­ных чи­сел [0,1], ими­ти­рую­щих шиф­ро­ван­ную по­сле­до­ва­тель­ность скры­вае­мых дан­ных. Па­ра­метр $nbyte ра­вен 3 для цвет­но­го RGB-изо­бра­жения. В пе­ре­мен­ной $wt за­да­ет­ся ко­ли­че­ство слов в стро­ке изо­бра­жения фор­ма­та BITMAP. В пе­ре­мен­ную $tmp запи­сы­ва­ет­ся ре­зуль­тат об­ну­ления би­то­вой плоско­сти 20 синей ком­понен­ты ($rgb=0).

Во вто­ром при­ме­ре, на рис.2б, для встраи­вания ис­поль­зу­ют­ся че­ты­ре би­то­вых плоско­сти млад­ших раз­ря­дов ка­ж­дой из RGB-ком­понент со­от­вет­ствен­но. Из сравнения изо­бра­жений на рис. 2а и рис. 2б вид­но, что чем боль­ше би­то­вых плоско­стей за­нима­ют встраи­вае­мые дан­ные, тем вы­ше сте­пень иска­жений, ви­ди­мых гла­зу. При­чем, кро­ме от­дель­ных шу­мо­вых вы­бро­сов, по­яв­ля­ют­ся лож­ные кон­ту­ры на уча­ст­ках изо­бра­жения с рав­но­мер­ным фо­ном (на­при­мер, на го­лу­бом небе). Фраг­мент про­грам­мы для это­го слу­чая по­ка­зан ниже. 

 $bit_plan=4;
 @BMP_IMG=map($_ >> $bit_plan, @BMP_IMG);
 @BMP_IMG=map($_ << $bit_plan, @BMP_IMG);
 for($plan=0;$plan<$bit_plan;$plan++){
 for($rgb = 0;$rgb<$nbyte; $rgb++){
 for($j=0;$j<$Height; $j++){
   $y1=$j*($Width3 + $ut);
   $k=0;
   for($i=$rgb;$i<$Width3; $i+=3){		
     $BMP_IMG[$i + $y1] += $bin[$k][$j]*(1<<$plan);
   $k++;
 }}}}

Об­ну­ление би­то­вых плоско­стей осу­ще­ств­ля­ет­ся вне основ­ных цик­лов с по­мо­щью функ­ции map().

Умень­шить иска­жения от­части по­мо­га­ет при­менение в ка­че­стве кон­тейнеров тек­стур­ных изо­бра­жений. Ста­ти­сти­че­ские ха­рак­те­ри­сти­ки тек­стур по­зво­ля­ют оп­ти­ми­зи­ро­вать со­от­но­шение ме­ж­ду ко­ли­че­ством встраи­вае­мых дан­ных и ка­че­ством ви­зу­аль­но­го воспри­ятия. При­мер тек­стур­но­го кон­тейнера при встраи­вании дан­ных в че­ты­ре би­то­вые плоско­сти всех RGB-ком­понент по­ка­зан на рис. 3.


Объ­ем встраи­вае­мых дан­ных в при­ме­ре на рис. 3 при­близительно со­став­ля­ет Q = 1,18 МБ. Объ­ем ис­ход­но­го изо­бра­жения-кон­тейнера ра­вен 2,4 МБ. Ко­эф­фи­ци­ент ис­поль­зо­вания равен око­ло 49 %.

Как мож­но су­дить из на­звания спо­со­ба, для встраи­вания дан­ных без по­терь необ­хо­ди­мо ис­поль­зо­вать гра­фи­че­ские BITMAP-фор­ма­ты ти­па BMP, TIFF и т. п. С этим свя­зан основ­ной недоста­ток дан­но­го спо­со­ба, обу­слов­лен­ный зна­чи­тель­ным объ­е­мом фай­лов изо­бра­жений в фор­ма­те BITMAP. Ес­ли этот фак­тор ока­жет­ся су­ще­ствен­ным, то мож­но восполь­зо­вать­ся струк­тур­ным спо­со­бом, пред­став­лен­ным ниже.

[править] Струк­тур­ный спо­соб

На­стоя­щий спо­соб осно­вы­ва­ет­ся на ис­поль­зо­вании внут­ренней струк­ту­ры гра­фи­че­ских фор­ма­тов. По­след­няя пред­став­ля­ет со­бой неко­то­рую ор­ганиза­цию функ­цио­наль­ных и ин­фор­ма­ци­он­ных сег­мен­тов (по­лей) циф­ро­во­го изо­бра­жения. Имен­но в эти по­ля и встраи­ва­ют­ся сек­рет­ные дан­ные. Объ­ем встраи­вае­мых дан­ных мо­жет быть не свя­зан с раз­мер­но­стью изо­бра­жения-кон­тейнера. Основ­ное досто­ин­ство спо­со­ба со­сто­ит в том, что в ка­че­стве кон­тейнера мо­гут ис­поль­зо­вать­ся прак­ти­че­ски лю­бые струк­ту­ри­ро­ван­ные дан­ные, вклю­чая ме­диа­-фай­лы, до­ку­мен­ты PDF, ZIP и др. При­менение гра­фи­че­ских фор­ма­тов, до­пускаю­щих сжа­тие, по­зво­ля­ет зна­чи­тель­но по­вы­сить ко­эф­фи­ци­ент ис­поль­зо­вания фай­ла-кон­тейнера.

Рас­смот­рим про­грамм­ную реа­ли­за­цию струк­тур­но­го встраи­вания на при­ме­ре фор­ма­та JPEG. Де­ление на сег­мен­ты в этом слу­чае осу­ще­ств­ля­ет­ся с по­мо­щью мар­ке­ров, ко­то­рые при­ня­то запи­сы­вать в ше­ст­на­дца­те­рич­ном ви­де 0xFF 0xnn, где ше­ст­на­дца­те­рич­ное чис­ло nn ука­зы­ва­ет на то, ка­кую функ­цио­наль­ную на­груз­ку несет тот или иной сег­мент. Лю­бой мар­кер на­чи­на­ет­ся бай­том 0xFF. На­при­мер, значения 0xFF 0xD8, рас­по­ло­жен­ные в ну­ле­вом и пер­вом бай­тах фай­ла изо­бра­жения, обо­зна­ча­ют на­ча­ло изо­бра­жения (SOI) JPEG-фор­ма­та. 0xFF 0xD9 со­от­вет­ству­ет при­зна­ку кон­ца изо­бра­жения (EOI). Далее пред­став­лен ва­ри­ант про­грам­мы для встраи­вания сек­рет­ных дан­ных в по­ле пе­ред при­зна­ком на­ча­ла ин­фор­ма­ци­он­но­го бло­ка 0xFF 0xС4: 

 open FIMG, “images/filein.jpg”;
 binmode(FIMG );
 @FILE_IMG=<FIMG>;
 close FIMG;
 $data=join(“”, @FILE_IMG);
 @JPG = unpack(“C*”, $data);
 $marker=”\xff\xc4”;
 $pos =index($data, $marker);
 $message=”сек­рет­ное со­об­ще­ние”;
 @C1 = unpack(“C*”, $message);
 @BEGIN=@JPG[0..$pos - 1];
 @END=@JPG[$pos..scalar(@JPG)];
 @UNIT=(@BEGIN,@C1,@END);
 $out = pack(“C*”, @UNIT);
 open JPEG, “>images/fileout.jpg”;
 binmode(JPEG);
 print JPEG $out;
 close JPEG;

В при­ве­ден­ном при­ме­ре встраи­вание дан­ных осу­ще­ств­ля­ет­ся во внут­ренний сег­мент фай­ла фор­ма­та JPEG, и по­это­му про­грам­ма долж­на от­сле­жи­вать воз­мож­ность по­яв­ления бай­тов 0xFF, пре­об­ра­зо­вы­вать их или уда­лять. Мож­но реа­ли­зо­вать бо­лее про­стой ва­ри­ант про­грам­мы, не тре­бую­щий ана­ли­за бай­тов 0xFF, ес­ли про­из­во­дить встраи­вание дан­ных в конец фай­ла. Ниже пред­став­лен при­мер встраи­вания в файл ар­хи­ва в фор­ма­те ZIP. 

 open FILE, “$PATH/example.zip”;
 binmode(FILE);
 @FILE_ZIP=<FILE_ZIP>;
 close FILE;
 $zip=join(“”, @FILE_ZIP);
 @ZIP = unpack(“C*”, $zip);
 @UNIT=(@ZIP,0xff,0xd9);
 $out = $data.pack(“C*”, @UNIT);

За­вер­шаю­щи­ми бай­та­ми встро­ен­ных дан­ных бу­дет при­знак кон­ца фай­ла: 0xFF 0xD9. От­ме­тим, что объ­ем встраи­вае­мых дан­ных при ис­поль­зо­вании струк­тур­но­го спо­со­ба мо­жет быть про­из­воль­ным и зна­чи­тель­но пре­вы­шать раз­мер фай­ла изо­бра­жения-кон­тейнера, и не соз­да­вать при этом ника­ких ви­зу­аль­ных иска­жений. Недостат­ком рас­смот­рен­но­го под­хо­да бу­дет пред­ска­зуе­мость мест для встраи­вания скры­вае­мых дан­ных. При­менение об­лач­ных web-тех­но­ло­гий по­зво­ля­ет уст­ранить этот недоста­ток, ес­ли мы ра­зо­бьем скры­вае­мые дан­ные на N частей, встро­им их в N*L изо­бра­жений-кон­тейнеров и раз­местим на L HTTP-сер­ве­рах в Ин­тернете. С уче­том раз­ви­тия со­вре­мен­ных web-тех­но­ло­гий реа­ли­зо­вать по­доб­ное со­всем не слож­но.

[править] Го­ло­гра­фи­че­ский под­ход

Счи­та­ет­ся, что с точ­ки зрения устой­чи­во­сти скры­тых во­дя­ных зна­ков к раз­лич­ным пре­об­ра­зо­ваниям (ата­кам) це­ле­со­об­раз­но встраи­вать дан­ные в сег­мент ви­део­дан­ных, то есть непо­сред­ствен­но в кар­тин­ку фай­ла изо­бра­жения. Одним из ин­те­рес­ных спо­со­бов, обес­пе­чи­ваю­щим, кро­ме все­го, со­хранение дан­ных при пе­ча­ти, яв­ля­ет­ся го­ло­гра­фи­че­ский под­ход. Про­цесс фо­то­-­пе­ча­ти пред­став­ля­ет со­бой каскад циф­ро-ана­ло­го­вых пре­об­ра­зо­ваний, ко­то­рые мо­гут оценивать­ся как экстре­маль­ные ата­ки. Фо­то­гра­фи­че­ское изо­бра­жение фор­ми­ру­ет­ся (ес­ли го­во­рить крат­ко) в про­цес­се вы­мы­вания и кри­стал­ли­за­ции га­ло­ид­но­го се­реб­ра в фо­то­но­си­те­ле. Ви­зуа­ли­за­ция и сте­пень по­темнения кар­тин­ки при этом обес­пе­чи­ва­ет­ся за счет раз­лич­ной плот­но­сти зе­рен кри­стал­ли­че­ско­го се­реб­ра. В циф­ро­вом изо­бра­жении, пик­се­лям, со­дер­жа­щим толь­ко млад­шие би­ты, бу­дут со­от­вет­ство­вать тем­ные уча­ст­ки изо­бра­жения, а пик­се­лям, имею­щим и стар­шие би­ты – свет­лые уча­ст­ки. Циф­ро­вое пред­став­ление изо­бра­жений име­ет де­ло с пик­се­ля­ми и би­та­ми, ана­ло­го­вое фо­то­гра­фи­че­ское ха­рак­те­ри­зу­ет­ся зер­на­ми и оп­ти­че­ской плот­но­стью. Оче­вид­но, что ме­то­ды, по­доб­ные ме­то­дам би­то­вых плоско­стей, не в со­стоянии обес­пе­чить со­хранение во­дя­ных зна­ков при пе­ча­ти изо­бра­жения-кон­тейнера.

В го­ло­гра­фи­че­ском под­хо­де, в изо­бра­жение-кон­тейнер встраи­ва­ет­ся не сам во­дя­ной знак, а его циф­ро­вая го­ло­грам­ма.

Фор­му­ла для встраи­вания циф­ро­вых го­ло­грамм h(x,y) в изо­бра­жение-кон­тейнер g(x,y) име­ет вид: 

s(x,y) = g(x,y) + h(x,y),

где s(x,y) – ре­зуль­ти­рую­щее изо­бра­же­ние со встро­ен­ной го­ло­грам­мой во­дя­но­го зна­ка W(u,v). По­лу­че­ние го­ло­грам­мы осу­ще­ст­в­ля­ет­ся с по­мо­щью об­рат­но­го пре­об­ра­зо­ва­ния Фу­рье 

h(x,y) = F-1{W1(u,v)}, (1)

где F-1 – опе­ра­тор об­рат­но­го пре­об­ра­зо­вания Фу­рье, W1(u,v) = W(u-m,v-N) + W(-u-m,-v-N) – сум­ма изо­бра­жений во­дяно­го зна­ка и его зеркаль­но­го от­ра­жения, m и N – сме­щение от­но­си­тель­но на­ча­ла ко­ор­ди­нат в частот­ной плоско­сти u,v. Па­ра­мет­ры m и N яв­ля­ют­ся клю­ча­ми го­ло­грам­мы. Рас­смот­рим фраг­мент ко­да для вы­чис­ления го­ло­грам­мы: 

 for($y=0;$y<$NN; $y++){
  for($x=0;$x<$NN; $x++){
   $wx[$x][$y]=0;
   $wy[$x][$y]=0;
 }}
 for($y=0;$y<$Yh; $y++){
  for($x=0;$x<$Xw; $x++){
   $wx[$x+$M][$y+$N] = $W[$x][$y];
   $wx[$NN ­ $x ­ $M ­1][$NN ­ $y ­ $N ­1] = $W[$x][$y];
 }}
 &d2cdfti(\@wx,\@wy,\$NN,\$PI);
 for($y=0;$y<$NN; $y++){
  for($x=0;$x<$NN; $x++){
   $h[$x][$y]=$wx[$x][$y];
 }}

Дву­мер­ное об­рат­ное пре­об­ра­зо­вание Фу­рье вы­пол­ня­ет­ся с по­мо­щью под­про­грам­мы d2cdfti(), код ко­то­рой был пред­став­лен в пре­ды­ду­щей ста­тье это­го цик­ла. Раз­мер квад­рат­ной мат­ри­цы изо­бра­жения контейнера g(x,y) за­да­ет­ся па­ра­мет­ром $NN, а раз­ме­ры мас­си­ва @W во­дя­но­го зна­ка W(u,v) за­да­ют­ся пе­ре­мен­ны­ми $Yh и $Xw. Па­ра­мет­ры сме­щения $N и $M не долж­ны пре­вы­шать по­ло­ви­ны $NN за вы­че­том $Yh и $Xw, со­от­вет­ствен­но.

Основ­ной недоста­ток это­го спо­со­ба свя­зан с ог­раничен­ным объ­е­мом встраи­вае­мых дан­ных. Наи­бо­лее це­ле­со­об­раз­но при­ме­нять го­ло­гра­фи­че­ский под­ход для со­кры­тия неболь­ших изо­бра­жений, восста­нов­ление ко­то­рых до­пуска­ет неко­то­рую по­те­рю ка­че­ства (по­доб­но JPEG): об­раз­цов подпи­сей, от­пе­чат­ков паль­цев, но­ме­ра и се­рии пас­пор­та и т. п. На рис. 4а пред­став­ле­но изо­бра­жение-кон­тейнер в фор­ма­те JPEG со встро­ен­ным фак­си­миль­ным об­раз­чиком подпи­си. Ка­че­ство JPEG-изо­бра­жения наи­выс­шее – 100 %. На рис. 4б по­ка­зан ре­зуль­тат восста­нов­ления об­раз­ца подпи­си; па­ра­мет­ры сме­щения N и m со­став­ля­ли 118 и 120 пик­се­лей, со­от­вет­ствен­но. Ва­ри­ант для со­кры­тия дак­ти­ло­ско­пи­че­ско­го от­пе­чат­ка ил­лю­ст­ри­ру­ет­ся на рис. 5а. Дво­ич­ное изо­бра­жение во­дя­но­го зна­ка встраи­ва­лось во все три RGB-ком­понен­ты. Ка­че­ство JPEG-изо­бра­жения бы­ло средним и рав­ня­лось 50 %, а сжа­тие по сравнению со 100 % ка­че­ством со­ста­ви­ло 75 %. На рис. 5б пред­став­лен ре­зуль­тат восста­нов­ления об­раз­ца от­пе­чат­ка с па­ра­мет­ра­ми сме­щения N и m рав­ны­ми 199 и 204 пик­се­лей, со­от­вет­ствен­но.


На рис. 4б и рис. 5б восста­нов­лен­ные об­раз­цы во­дя­ных зна­ков име­ют зеркаль­ное ото­бра­жение, что обу­слов­ле­но по­яв­лением мнимо­го изо­бра­жения при восста­нов­лении го­ло­грам­мы Фу­рье. Про­цесс восста­нов­ления го­ло­грам­мы яв­ля­ет­ся про­це­ду­рой, об­рат­ной встраи­ванию во­дя­ных зна­ков, и по­это­му, в со­от­вет­ствии с фор­му­лой (1), по­тре­бу­ет­ся вы­полнить пря­мое пре­об­ра­зо­вание Фу­рье изо­бра­жения-кон­тейнера. От­ме­тим, что для об­на­ру­жения и восста­нов­ления сек­рет­ных дан­ных тре­бу­ет­ся ап­ри­ор­ное знание па­ра­мет­ров N и m, при ко­то­рых соз­да­ва­лась го­ло­грам­ма.

В слу­чае, ес­ли изо­бра­жение со встро­ен­ным во­дя­ным зна­ком бы­ло со­хранено в ви­де твер­дой ко­пии – на­при­мер, нанесе­но на кре­дит­ную кар­ту (рис. 6) – то пе­ред восста­нов­лением по­тре­бу­ет­ся сна­ча­ла отсканиро­вать фо­то­изо­бра­жение с кар­точ­ки, а за­тем уже при­менить про­грамм­ное обес­пе­чение для из­вле­чения об­раз­ца во­дя­но­го зна­ка.


Фо­то­изо­бра­жение на рис. 6 счи­ты­ва­ет­ся с по­мо­щью сканера на ПЗС-мат­ри­це, под­вер­га­ет­ся пре­об­ра­зо­ваниям с це­лью восста­нов­ления скры­то­го во­дя­но­го зна­ка, и за­тем скры­тая ин­фор­ма­ция вы­во­дит­ся на дис­плей. На схе­ме, скры­тые дан­ные пред­став­ля­ют со­бой гра­фи­че­ское изо­бра­жение зна­ка ко­пи­рай­та ©.

Мы по­зна­ко­ми­лись с весь­ма неболь­шим пред­ста­ви­тель­ством спо­со­бов для встраи­вания циф­ро­вых во­дя­ных зна­ков в фай­лы изо­бра­жений. Вме­сте с тем, мы за­тро­ну­ли важ­ные ас­пек­ты встраи­вания как скры­тых, так и ви­ди­мых во­дя­ных зна­ков. Уз­на­ли, как восполь­зо­вать­ся об­лач­ной web-тех­но­ло­ги­ей при встраи­вании скры­вае­мой ин­фор­ма­ции во мно­же­стве изо­бра­жений и раз­ме­щении этих изо­бра­жений на мно­же­стве сер­ве­ров. Рас­смот­ре­ли спо­соб, по­зво­ляю­щий вос­ста­но­вить скры­тый во­дя­ной знак из изо­бра­же­ния, ко­то­рое бы­ло пред­ва­ри­тель­но на­пе­ча­та­но на твер­дом но­си­те­ле. По-мо­ему, для че­ты­рех стра­ниц – весь­ма не­пло­хо.

Источник — «http://wiki.linuxformat.ru/wiki/index.php?title=LXF136:%D0%A1%D1%82%D0%B5%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B8%D1%8F&oldid=15057»
Персональные инструменты
купить
подписаться
Яндекс.Метрика