تحلیل آشکارپذیری روش MOD4 نهان نگاری اطلاعات در تصاویر JPEG

امروزه امنیت تبادل اطلاعات یکی از مهمترین موضوعاتی است که در کنار مبادله پیامهای محرمانه اینترنتی مطرح می­شود مخفی سازی اطلاعات، هنر جاسازی داده­ها در فایلهای صوتی، تصویری، فیلم یا متن است که می­تواند نیازهای امنیتی را به شکل آشکـار یا پنهان فراهم کند

تحلیل آشکارپذیری روش MOD4 نهان نگاری اطلاعات در تصاویر JPEG

امروزه امنیت تبادل اطلاعات یکی از مهمترین موضوعاتی است که در کنار مبادله پیامهای محرمانه اینترنتی مطرح می­شود. مخفی سازی اطلاعات، هنر جاسازی داده­ها در فایلهای صوتی، تصویری، فیلم یا متن است که می­تواند نیازهای امنیتی را به شکل آشکـار یا پنهان فراهم کند. پنهان­نگاری یکی از شاخه­های علــم مخفی سازی ­اطلاعات است که هدف اصلی آن رسیدن به یک سطح امنیتی مطلوب درتبادل اطلاعات محرمانه به نحوی که تبادل فایلهـای حاوی اطلاعات محرمانه، بـرای دیگران محسـوس و مشخص نباشد. با پیشــرفت علم نهان­نگاری، مهاجمین تلاش می­كنند بوسیله الگوریتم­های جدید نسبت به انتقال و مبادله اطلاعات محرمانه اقدام كنند. با توجه به كاربرد فراگیر تصاویرJPEG  در ارسال و ذخیره تصاویر دیجیتـالی، می­توان آنرا به عنوان یكی از شئ­های پوشش استفاده نمود.

تاکنون روش­ها و الگوریتم­های مختلفی برای نهان­نگاری اطلاعات در تصاویر JPEG ارائه شده است که هر کدام از این الگوریتم­ها به روش­های گوناگونی(براساس سه پارامتر ظرفیت، مقاومت و شفافیت) اطلاعات محرمانه را در تصاویر جاسازی نموده و تصویر مربوطه را تحت تاثیر خود قرار داده که دارای نقاط قوت و ضعفی می­باشند. قابل ذکر است اكثر این الگوریتم­ها توسط یك یا چند روش­ تحلیل موجود شكسته شده است. یکی از روش­های جدید نهان­نگاری, روش نهان­نگاری Mod4 در حوزه تبدیل تصاویر JPEG می­باشد که اطلاعات محرمانه را با استفاده از الگوریتم خاص خود پنهان و جاسازی می­سازد. تحلیل این الگوریتم موضوع تحقیق حاضر می­باشد.

در تحقیق حاضر الگوریتم نهان نگاری Mod4  توسط تعدادی از روش­های تحلیل از جمله هیستـوگـرام كلی(Global histogram)، هیستوگرام مربوط به برخـی از فرکانس­های خاص (Individual histogram)، هیستوگرام مربوط به برخی از مقادیر (Dual histogram)، RS، جفت مقدارها، Chi-square، Blockiness تست و آزمایش گردید و مشخص گردید این الگوریتم در مقابل روش­های تحلیل موجود  از خود مقاومت نشان داده و شكسته نمی­گردد. همچنین مشخص گردید که الگوریتم مورد بحث تحقیق حاضر، آمارگان مرتبه اول ضرایب DCT(Average) و آمارگان مرتبه دوم ضرایب DCT(Autocorrelation) را حفظ می­نماید که گویای امنیت بالای آن است. لذا جهت تحلیل و آشكارسازی این الگوریتم، از ماتریس مورد استفاده در الگوریتم نهان­نگاری Mod4 كمك گرفته شد و براساس آن نرم­افزاری تهیه و بصورت پیشنهادی ارائه گردید كه می­تواند درحدود 70 درصد از تصاویر مشكوك(شناسائی تصویر پاك از تصویر نهان شده) را شناسایی نماید.

کلید واژه : استگانوگرافی، آشکار­پذیری، ظرفیت، مقاومت، شفافیت

فهرست مطالب

فصل اول: كلیات تحقیق   2

1-1- مقدمه. 3

2-1- مساله تحقیق.. 3

3-1- ضرورت تحقیق.. 5

4-1- اهداف تحقیق.. 5

5-1- روش تحقیق.. 6

6-1- سابقه تحقیق.. 6

7-1- جنبه‌های نوآوری تحقیق.. 6

8-1- محدودیت‌های تحقیق.. 7

9-1- داده­های تحقیق.. 7

10-1- نتایج مورد انتظار پس از انجام تحقیق.. 7

11-1- ابزار گردآوری اطلاعات... 8

12-1- قلمرو تحقیق.. 8

13-1- ساختار پایان نامه. 8

فصل دوم: مبانی نظری تحقیق   10

1-2- مقدمه. 11

2-2- نهان­نگاری.. 11

1-2-2- تاریخچه نهان­نگاری.. 12

2-2-2- نهان­نگاری چیست؟. 15

3-2-2- ابزارهای استگانوگرافی.. 18

1-3-2-2- ابزارهای استگانوگرافی تصویر. 19

2-3-2-2- ابزارهای استگانوگرافی صدا 21

4-2-2- تقسیم روشهای نهان­نگاری.. 22

5-2-2- روشهای حوزه مکان.. 23

1- 5-2-2- روشLeast Significant Bit (LSB) 24

2- 5-2-2- روش Random Interval 26

3- 5-2-2- روش Hash function. 28

4- 5-2-2- روش Bitplane 29

6-2-2- روشهای حوزه تبدیل.. 30

1- 6-2-2- JSteg و JSteg-Shell 32

2- 6-2-2- JPHide 32

3- 6-2-2- OutGuess 32

4- 6-2-2- روش Alturki 33

5- 6-2-2- روش طیف گسترده 33

6-6-2-2- روش Patchwork. 33

7-6-2-2- روش استگانوگرافی F5: 34

7-2-2- روشهای پایبند الگو. 36

8-2-2- ارزیابی و مقایسه­ی روشهای نهان­نگاری.. 37

9-2-2- امنیت سیستم نهان­نگاری.. 39

3-2- روش استگانوگرافی MOD4: 41

1-3-2- روش نهان­نگاری MOD4 بر مبنای DCT.. 41

1-1-3-2- نمودار جایگذاری روش MOD4. 41

2-1-3-2- یافتن بلاک­هائی جهت جایگذاری.. 42

3-1-3-2- تخمین ظرفیت جایگذاری.. 42

4-1-3-2- کوتاهترین راه تغییر. 43

2-3-2- نمودار استخراج روش MOD4. 45

4-2- استگانوآنالیز(آشکارپذیری) 46

1-4-2- شفافیت... 46

2-4-2- مقاومت... 47

3-4-2- ظرفیت... 47

4-4-2- آشکار پذیری(Steganalysis): 47

5-4-2- جستجو برای امضاء: کشف اطلاعات مخفی: 49

1-5-4-2-Palette – Based Image  : 50

2-5-4-2- Image Distortion Noise: 51

6-4-2- استخراج پیامهای پنهان شده: 53

7-4-2- غیر فعال سازی اطلاعات پنهان شده: 53

5-2- تصویر JPEG  : 55

1-5-2- فرمتJPEG  چیست... 56

2-5-2- فشرده‌سازی پروندهJPEG 58

3- 5-2- روش ایجاد JPEG.. 59

فصل سوم: بررسی روش­هـای موجـود آشکـارپذیری   61

1-3- مقدمه. 62

2-3- تقسیم­بندی روش­های تحلیل.. 63

1-2-3- روش­های تحلیل خاص برای تکنیکهای خاص.... 63

2-2-3- روش­های تحلیل فراگیر. 64

3-2-3- تحلیل آماری.. 65

4-3- معرفی روش­های تحلیل موجود. 67

1-4-3- روش جفت مقدارها 67

2-4-3- روش  Chi-Square. 68

3-4-3- روش RQP.. 69

4-4-3- روش Extended Chi-Square 70

5-4-3- روش RS 71

6-4-3- روش Provos 74

7-4-3- روش Dumitrescu 2002 74

8-4-3- روش Blockiness 76

9-4-3- روش Avcibas 78

10-4-3- روش Harmsen 79

5-3- مقایسه روش­های تحلیل.. 81

6-3- راههای مقابله با روش­های تحلیل.. 82

فصل چهارم: تحلیل آشكارپذیری روش نهان­نگاری Mod4 در تصاویر Jpeg   84

1-4- مقدمه. 85

2-4- آماده سازی داده­ها 87

1-2-4- داده‌ها و محدودیتهای تصاویر. 87

2-2-4- اطلاعات تصاویر. 87

3-2-4- تولید تصاویر نهان­شده 87

3-4- تحلیل آشكارپذیری.. 88

1-3-4- ایجاد پایگاه داده 88

2-3-4- تحلیل آشكارپذیری.. 88

3-3-4- ارزیابی و مقایسه­ی روشهای تحلیل.. 99

4-3-4- بلوك دیاگرام نرم­افزار شبیه­سازی شده 101

5-4- نتیجه گیری.. 102

فصل پنجم: جمع­بندی، نتیجه­گیری و كارهای آتی   103

1-5- جمع بندی.. 104

2-5- محاسن و معایب... 106

3-5- تجزیه و تحلیل.. 106

4-5- پیشنهاد كارهای آتی.. 107

ضمائم و پیوست‌ها 108

فهرست منابع و ماخذ  109

فهرست جداول

جدول (2-1): ابزارهای استگانوگرافی منبع باز………………………………………………….20

جدول (2-2): ابزارهای استگانوگرافی غیر منبع باز، رایگان و استفاده با مجوز………….….……….21

جدول (2-3): ابزارهای استگانوگرافی صدا منبع باز، رایگان و استفاده با مجوز و تجاری…………….22

جدول (2-4): مقایسه­ی الگوریتمهای نهان­نگاری……………..……...………………………….38

جدول (2-5): طرح تغییرات - کوتاهترین مسیر برای …...…………..…………………. xy_i =0044

جدول (2-6): طرح تغییرات کوتاهترین مسیر برای اختلاف دو…………….….………………….45

جدول(3-1): نتایج روش …………….…….……………………………….……….Harmsen82

جدول(3-2): مقایسه روشهای تحلیل در یک نگاه……………………………………………….83

جدول(4-1): مقایسه روشهای تحلیل پیاده­سازی شده و روش پیشنهادی…..…………………….100

فهرست اشکال 

شکل(2-1): پنهان­سازی اطلاعات در لابلای نتهای موسیقی[8]………………………………….13

شکل(2-2): هرم مخفی سازی اطلاعات……………….……………………………………….14

شکل(2-3): نمایش رمز نگاری و نهان نگاری[16] ………………..…………………………….23

شکل(2-4): طرح نهان­نگاری در مدل ………………………………………………….Cachin39

شکل(2-5): مؤلفه ­های اساسی در نهان­سازی اطلاعات………………...…..……..………………

43 شکل(2-6): نمایش نمودار جایگدازی روش ……………………..……………………….Mod446

شکل(2-7): نمایش نمودار استخراج روش ……………………………………………….Mod447

شکل(3-1): فراوانی ضرایـب DCT تصویـر پیش از جایگذاری پیام(چپ) و پس از عمل جایگذاری(راست) ………. 69

شکل(3-2): احتمـال حضور پیـام مخفی شـده در تصویـر برحسب طـول نمونه­ی مورد آزمایش در روش تحلیل ……. Chi-Square 70

شکل(3-3): نمودار RS برای تصویر گرفته شده با دوربین دیجیتال و ……M = [0 1 1 0]33

شکل(3-4): تغییرات در عضویت زوج پیکسلها در مجموعه­های اولیه……………….77

شکل(3-5): نمودار موقعیت تصاویر آزمایش شده در فضای سه بعدی مربوط به سه مقیاس کیفیت تصویر……………….80

شکل(3-6): مدل نهان­نگاری به صورت نویز جمعی……………………………….80

شکل(4-1): فراوانی ضرایب DCT تصویر پوشش(چپ) و تصویر استگانو (راست)……….….91

شکل(4-2): احتمال حضور پیام مخفی شده در تصویر ……………….92

شکل(4-3): بلوك دیاگرام نرم­افزار تهیه شده جهت آشكارسازی…………………….101

برچسب ها : تحلیل آشکارپذیری روش MOD4 نهان نگاری اطلاعات در تصاویر JPEG , آشکارپذیری , روش MOD4 , نهان نگاری اطلاعات , استگانوگرافی , ظرفیت , مقاومت , شفافیت , تصاویر JPEG , تحقیق , پژوهش , مقاله , پروژه , دانلود تحقیق , دانلود پژوهش , دانلود مقاله , دانلود پروژه