Оценка пропускной способности и скрытности стеганографических каналов, использующих звуковые файлы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка пропускной способности и скрытности стеганографических каналов, использующих звуковые файлы

Кирюхин Д.А.

Подавляющее большинство стеганографических методов, разработанных к настоящему времени, ориентировано на использование файловых форматов графических изображений и несжатых звуковых данных. Их применение к файлам формата MP3 ограничивается процедурой сжатия. Единственным запатентованным методом встраивания дополнительной информации в звуковые файлы MP3 является метод, предложенный в работе [1]. Место процедуры встраивания информации в блок-схеме основных компонентов кодера звука MPEG показано на рис. 1.

Встраивание информации осуществляется посредством модификации квантованных значений коэффициентов дискретно-косинусного преобразования (ДКП). В работе [1] предлагается менять младшие биты коэффициентов ДКП на биты скрываемой информации. При этом, для повышения скрытности внедряемой информации не все коэффициенты ДКП подвергаются модификации. Рекомендацией [2] предусмотрено разбиение коэффициентов ДКП на три области. Первая область включает низкочастотные (НЧ) коэффициенты, абсолютные значения которых не превышают 8191. Вторая область состоит из высокочастотных (ВЧ) коэффициентов, абсолютные значения которых не превышают 1. Последняя область содержит нулевые коэффициенты. Вследствие того, что в работе [1] не указан конкретный способ модификации коэффициентов, авторами были проведены эксперименты по моделированию процесса встраивания информации в НЧ и ВЧ коэффициентах ДКП. Целью проведенных экспериментов являлась оценка скрытности и пропускной способности стеганографических каналов, организованных на основе НЧ и ВЧ коэффициентов. Скрытность оценивалась средним значением энергии шума, возникающим вследствие модификации коэффициентов ДКП.

квантованный дискретный звук стеганографический

Рисунок 1 - Блок-схема основных компонентов кодера звука MPEG

Средние значения пропускных способностей стеганографических каналов при использовании НЧ и ВЧ коэффициентов составляют 54 и 9 кбит/с соответственно. Данное соотношение между пропускными способностями объясняется тем, что среднее число НЧ коэффициентов в файле MP3 превышает число ВЧ коэффициентов в 6 раз.

Оценка шума, возникающего вследствие модификации коэффициентов ДКП, производилась во временной области и в области вейвлет-преобразования (ВП). На рисунках 2, 3 представлены гистограммы распределений средних значений энергий шумов, возникающих вследствие модификации НЧ и ВЧ коэффициентов, а также шума, возникающего в результате преобразования файла в формат MP3. Энергия шума, возникающего во временной области при модификации 10% НЧ коэффициентов, на порядок меньше энергии шума MP3 преобразования. Модификация 30% НЧ коэффициентов порождает шум, энергия которого соизмерима с энергией шума MP3 преобразования, а при модификации 50% НЧ коэффициентов и более превосходит ее. Энергия шума, возникающего вследствие модификации ВЧ коэффициентов, на порядок меньше энергии шума MP3 преобразования, а при увеличении числа модификаций незначительно возрастает.

Выбор четвертого уровня ВП для оценки шума обусловлен тем, что на данном уровне его энергия максимальна. Энергия шума, возникающего в области ВП при модификации 30% НЧ коэффициентов и более, превосходит энергию шума MP3 преобразования. Модификация ВЧ коэффициентов порождает шум в области ВП, энергия которого меньше энергии шума MP3 преобразования. При этом, как и во временной области, с увеличением числа модификаций энергия шума возрастает незначительно.

Рисунок 2 - Гистограмма распределений средних значений энергий шумов, возникающих вследствие модификации НЧ и ВЧ коэффициентов во временной области

Рисунок 3 - Гистограмма распределений средних значений энергий шумов, возникающих вследствие модификации НЧ и ВЧ коэффициентов на четвертом уровне ВП

В заключение следует отметить, что повышение пропускной способности стеганографического канала приводит к снижению его скрытности.

Рисунок 4 - Гистограмма распределений средних значений энергий шумов, возникающих вследствие модификации НЧ и ВЧ коэффициентов во временной области (пропускная способность - 5,14 кбит/с)

Рисунок 5 - Гистограмма распределений средних значений энергий шумов, возникающих вследствие модификации НЧ и ВЧ коэффициентов на четвертом уровне ВП (пропускная способность - 5,14 кбит/с)

Стеганографические каналы, организованные на основе модификации ВЧ коэффициентов ДКП, обладают более высокой скрытностью по сравнению с каналами, использующими НЧ коэффициенты при равных значениях пропускной способности (рис. 4, 5). Поэтому на практике целесообразно использовать для встраивания информации ВЧ коэффициенты ДКП.

Литература

1. Meyer T., Meyer J. Process, System, and Apparatus for Embedding Data in compressed Audio, Image Video and other Media Files and the like. United States Patent № 6,748,362, Jun. 8, 2004, US Patent & Trademark Office.

2. ISO/IEC (1993) International Standard IS 11172-3 “Information Technology - Coding of Moving Pictures and Associated Audio for Digital Storage Media at up about 1.5 Mbit/s - Part 3: Audio”.

Размещено на Allbest.ru