Методы и алгоритмы защиты цифровых водяных знаков при JPEG сжатии

• Автор: Михайличенко, Ольга Викторовна
• Шифр специальности: 05.13.19
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ СТЕГАНО АЛГОРИТМОВ К СЖАТИЮ С ПОТЕРЯМИ

1.1 Введение в предметную область

1.1.1 Требования предъявляемые к ЦВЗ.

1.1.2 Типы ЦВЗ.

1.1.3 Типънстеганоконтейнеров.

1.1.4 Область применения ЦВЗ.

1.1.5 Встраивание ЦВЗ

1.1.6 Детектирование ЦВЗ.

1.2 Анализ и выбор алгоритмов встраивания ЦВЗ
1.2.1 Выбор преобразования для скрытия данных
1.2.1 Скрытие данных в коэффициентах матрицы ДКП.
1.2.2 Стеганолгоритмы сокрытия данных в коэффициентах ДКП
1.3 Модель анализа угроз и оценки устойчивости стеганосистем.
1.3.1 Влияние сжатия на целостность ЦВЗ.
1.4 Методика сравнительной.оценки устойчивости стеганоалгоритмов
1.4.1 Управление параметрами стеганоалгоритмов.
1.4.2 Сила встраивания.
1.4.3 Скрытность внедрения
1.4.4 Оценка устойчивости3
1.5 Алгоритм сравнительной оценки устойчивости стеганоалгоритмов
1.5.1 Выбор изображения контейнера.
1.5.2 Задание пользовательских параметров
1.5.3 Генерация встраиваемой информации.
1.5.4 Встраивание информации.
1.5.5 Определение скрытности внедрения и цикл управления данным параметром.
1.5.6 Определение коэффициента качества и сжатие изображения контейнера.
1.5.7 Извлечение встроенной информации вычисление
1.5.8 Построение результируюхцего графика
1.6 Практические результаты анализа устойчивости стеганоалгоритмов к
сжатию
ВЫВОДЫ.
ГЛАВА И. АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ СЖАТИЯ НА ЦВЗ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СТЕГАНОАЛГОРИТМОВ .
2.1 Характеристики коэффициентов матрицы ДКП для естественных
полутоновых изображений
2.2 Анализ деградирующее воздействие сжатия наЦВЗ
2.2.1 Кодирование изображения. Алгоритм .
2.2.1 Потеря информации при трансформации кодирующего
неравенства в равенство
2. 2.2 Потеря информации при изменении знака кодирующего неравенства
2.3 Анализ условий устойчивости ЦВЗ к сжатию
2.4 Теоретический предел устойчивости стеганоалгоритмов к сжатию
ВЫВОДЫ.
ГЛАВА III. МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ
ЦВЗ ПРИ СЖАТИИ
3. 1 Метод повышения устойчивости ЦВЗ путем выбора коэффициентов
встраивания в области низкочастотных компонент
3.2 Практическое повышение устойчивости стеганоалгоритмов ДКП области встраивания
3.3 Разработка однокоэффициентного стеганоалгоритма встраивания
3.3.1 Теоретическая устойчивость однокоэффициентного стеганоалгоритма к сжатию.
3.4 Анализ устойчивости однокоэффициентного стеганоалгоритма к
внешним воздействиям.
3.4.1 Сравнительная устойчивость однокоэффициентного стеганоалгоритма к фильтрации.
3.4.2 Сравнительная устойчивость однокоэффициентного стеганоалгоритма к сжатию с потерями
3.4.3 Устойчивость однокоэффициентного стегано алгоритма к масштабированию
ВЫВОДЫ.
глава IV. методологические основы построения
СТЕГАНОСИСТЕМII ОСНОВЕ ОДНОКОЭФФИЦИЕНТНОГО СТЕГАНОАЛГОРИТМА.
4.1 Использование однокоэффициентного алгоритма для цветных
изображений контейнеров
4.2 Снижение уровня вносимых искажений при внедрении ЦВЗ.
4.2.1 Метод дополнительных интервалов
4.2.2 Метод корреляции битовой последовательности
4.3 Повышение стойкости к детектированию.
4.4 Увеличения пропускной способности стегано канала
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.
ЛИТЕРАТУРА


Одной из сфер применения стеганографических алгоритмов является защита авторских прав или прав собственности для продуктов мультимедиа индустрии с использованием цифровых водяных знаков (ЦВЗ). Стеганоалгоритмы, решающие задачи защиты авторских прав, должны обладать повышенной устойчивостью к внешним воздействиям или атакам на защищаемый контейнер. Если в качестве затцищаемого контейнера выступает цифровое изображение, то, помимо устойчивости внедренной информации, стеганоалгоритм должен обеспечивать скрытность. Существует множество внешних воздействий, которым может быть подвергнуто изображение. Часть из этих воздействий имеет специфический характер и вероятность их применения в ходе коммерческого использования изображения не велика. К таким воздействиям можно отнести различного рода зашумления, фильтрации, изменение геометрии, смену палитры и т. Другая же часть воздействий, напротив, очень распространена именно при коммерческом использовании изображения. Это обрезка, фрагментация, перевод в другой цифровой формат, масштабирование и сжатие с потерями. JPEG сжатие является одним из наиболее распространенных алгоритмов сжатия цифровых изображений. Популярность алгоритма обусловлена высокими показателями сжатия и качества изображения. Несмотря на высокое качество сжатого изображения, алгоритм JPEG является алгоритмом сжатия с потерями. Следовательно, при сжатии некоторая, иногда очень значительная, часть информации необратимо теряется. При этом всегда остается вероятность того, что потеря информации изображения-контейнера приведет и к потере встроенного в него ЦВЗ. ЦВЗ при JPEG сжатии, является актуальной. В результате анализа устойчивости современных стеганоалгоритмов к JPEG сжатию был сделан следующий вывод: необходимо разработать алгоритмы и методы, повышающие способность встроенной информации противостоять деградирующему воздействию- JPEG сжатия даже при использовании низкого коэффициента качества JPEG. Внедрение методов реализованных в виде программного комплекса, позволит сократить потери от незаконного использования цифровых изображений, являющихся интеллектуальной собственностью. Целью работы является разработка методов и алгоритмов позволяющих гарантировать целостность информации; внедренной в изображение-контейнер, при воздействии JPEG сжатия с потерями. Разработать методы и алгоритмы повышения устойчивости ЦВЗ к JPEG сжатию с потерями при условии использования низкого коэффициента качества JPEG. Методы исследования. В методах исследования использовались: методы теоретического и эмпирического исследования, аппараты вычислительной математики, методы проектирования и программирования. Научная новизна работы. Разработан метод повышения устойчивости ЦВЗ к JPEG' сжатию путем выбора коэффициентов встраивания в области низкочастотных компонент. Практическая ценность. Проанализирована устойчивость стеганоалгоритмов на основе ДКП к JPEG сжатию с потерями; ? Разработаны рекомендации к практическому построению стеганосистем на основе однокоэффициентного стеганоалгоритма. Внедрение результатов работы. Материалы диссертации использованы при разработке методического пособия для учебного процесса в ВУЗе по дисциплине «Криптографические методы и средства обеспечения информационной безопасности». Основные результаты работы внедрены в Учреждение Российской Академии наук Института Земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН Санкт-Петербургский филиал (СПбФ ИЗМИР АН) и в учебный процесс на кафедре1 «Проектирования компьютерных систем» СПбГУ ИТМО. Публикации. ВАК РФ для защиты кандидатских диссертаций. Также выигран грант. Апробация работы. Интеллектуальные системы (AIS’)” и “Интеллектуальные САПР (CAD-)”. Полученные результаты нашли свое развитие в отчетных материалах по персональному гранту в «Конкурсном отборе для предоставления субсидий в виде грантов для студентов, аспирантов, молодых ученых, молодых кандидатов наук- вузов и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга, в году».