Диссертация 1 (1189900), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Показатели стегосистемы, использующей алгоритм Koch, оказались значительно хуже, нежели у других систем. Однако при невысоком качестве изображения (около 92%) удалось избежать сильно действующих на СЧЗ артефактов. Артефакты, возникающие при встраивании, проявляются в некотором осветлении изображения, что может быть списано на падение естественного или искусственного источника света на поверхность стола на фотографии.

3.1.7 Визуальные искажения в стегосистемах с контейнером MilkyWay

Изображение MilkyWay получено с одного из космических телескопов и сохранено в формате TIFF без сжатия. Имеет разрешение 650 на 487 пикселей. Изображение содержит большое количество контрастных деталей. Доминирующая компонента-красная, синяя выражена слабо и неравномерно, зелёная компонента насыщенная, но также распределена неравномерно. Задний фон насыщенного черного цвета. На таком фоне все искажения, внесенные встраиванием ЦВЗ, особенно заметны. Полученные значения параметров визуального искажения для данного изображения приведены в таблице 3.8.

Таблица 3.8 – Показатели визуального искажения для изображения MilkyWay

Наименьшие искажения при встраивании ЦВЗ внесла предлагаемая в работе схема, незначительно опередив по показателям искажения стегосистему, использующую алгоритм Soheili. Оба алгоритма сохраняют качество изображения близким к идеальному и поддерживают на высоком уровне отношение «сигнал-шум».

Использование алгоритма Sanghavi, несмотря на достигнутые хорошие показатели визуального искажения, привело к возникновению двух проблем. Первой являются небольшое число возникших артефактов на стыке темных и ярких областей. Второй проблемой стало искажение встроенного водяного знака (искажены 2 бита из 256). Как и для изображения Napoleon, это связано с нечетной размерностью контейнера.

Стегосистема с алгоритмом Koch показала приемлемые разностные показатели, отношение «сигнал-шум» и качество изображения выше 99%. Но тем не менее при этом на границе светлых и темных областей возникли заметные артефакты синего цвета и их количество и заметность выше, чем у алгоритма Sanghavi. Кроме того, при извлечении был неверно определен 1 из 256 бит сообщения.

3.1.8 Результаты сравнительного анализа визуальных искажений, возникающих при встраивании ЦВЗ

Для подведения итогов введём шкалу оценок результатов проведенных экспериментов. За лучший результат по критерию качества изображения алгоритму начисляется 4 балла, за второй результат  3 балла, за третий  2, за четвёртый  1, и, если алгоритм вносит слишком серьезные искажения или декодер не способен корректно извлечь ЦВЗ  0 баллов.

Результаты исследования приведём в таблице 3.9.

Таблица 3.9 – Результаты исследования устойчивости к визуальным искажениям

Предлагаемая в рамках диссертации схема позволила свести искажения при встраивании ЦВЗ к минимуму и избежать возникновения артефактов во всех случаях. Качество изображения для всех стегосистем близко к 100%. В 6 из 7 случаев качество изображения оказалось выше, чем при использовании другого показавшего высокие результаты алгоритма  метода Soheili. Особенно заметна выгода использования данного алгоритма при сравнении его результатов с результатами алгоритмов Sanghavi и Koch. Использование данного алгоритма рекомендовано при необходимости скрыть сам факт сокрытия, что крайне важно для систем цифровых водяных знаков.

Алгоритм Soheili также зарекомендовал себя с лучшей стороны и позволил избежать видимых искажений во всех стегосистемах. Таким образом, схемы, основанные на модификации значений коэффициентов ДВП, позволяют при грамотном подборе параметров, избежать серьезных искажений и их эффективность не зависит от формата используемого изображения.

Использование алгоритма Sanghavi в большинстве случаев привело к возникновению артефактов, а в некоторых случаях и к неверной детекции ЦВЗ. Во многом это связано с перестановками коэффициентов ДВП, находящихся на краях изображения. Отказ от изменения позиций таких коэффициентов может привести к сохранению приемлемого качества изображения.

Алгоритм Koch показал приемлемые показатели в стегосистемах с искусственными контейнерами формата JPEG, но вызвал серьезные искажения при встраивании ЦВЗ в изображения других форматов. Данное обстоятельство связано с использованием в нем ДКП, которое применяется лишь при сжатии JPEG.

3.2 Исследование робастности алгоритмов к различным видам атак

Все атаки на системы встраивания ЦВЗ могут быть разделены на четыре группы:

• атаки, направленные на удаление ЦВЗ;

• геометрические атаки, направленные на искажение контейнера и затрудняющие работу стегодетектора;

• криптографические атаки, направленные на оценивание и извлечение ЦВЗ из сообщения, при этом контейнер не подвергается искажениям;

• атаки против протокола встраивания ЦВЗ.

3.2.1 Атаки, направленные на удаление ЦВЗ

К этой группе относятся фильтрация контейнеров, перемодуляция, сжатие с потерями, усреднение и создание коллизий [21]. При создании этих атак цифровой водяной знак рассматривается как шум.

Использование фильтров направлено на удаление шумов (в том числе и цифрового водяного знака) из контейнера. Такие фильтры часто используют критерии максимального правдоподобия или максимальной апостериорной вероятности. Все фильтры можно разделить на линейные и нелинейные. К линейным фильтрам относят: сглаживающий гауссовский, контрастоповышающие, яркостные, разностные (заданы дискретными аппроксимациями дифференциальных уравнений) фильтры; к нелинейным  медианная фильтрация и морфологические операторы.

Сжатие с потерями и очистка сигналов от шумов значительно снижают скрытую пропускную способность стегоканала, особенно для гладких областей изображения, коэффициенты преобразований (дискретного вейвлетного или косинусного) которых могут быть удалены без заметного снижения качества изображения.

Перемодуляция – сравнительно новый метод, который был создан именно для атак на ЦВЗ [37]. Существует несколько модификаций данного метода, но все они используют сходную схему. Атака подразумевает, что ЦВЗ внедрен в изображение с применением широкополосных сигналов и размножен на все изображение. Так как оцениваемый декодером ЦВЗ коррелирован с истинным, появляется возможность обмана декодера. Вначале ЦВЗ «предсказывается» путем вычитания версии изображения, полученной после применения медианной фильтрации, из исходного контейнера. «Предсказанный» ЦВЗ подвергается высокочастотной фильтрации, усекается, умножается на два и вычитается из исходного изображения. Кроме того, если известно, что при внедрении ЦВЗ использовалась некоторая маска для уменьшения заметности встраивания, то атакующий умножает на нее ЦВЗ. Атака перемодуляции эффективна только против высокочастотного ЦВЗ, поэтому реальные ЦВЗ строятся так, чтобы их спектр был максимально коррелирован со спектром исходного изображения. Также для противодействия этой атаке используется предварительная низкочастотная фильтрация изображения.

В случае наличия большого числа копий стего с разными ЦВЗ или с разными ключами внедрения можно выполнить их усреднение. Если множество цифровых водяных знаков имеет нулевое среднее значение, после усреднения можно удалить ЦВЗ из изображения. Атака путем статистического усреднения представлена в работе [37].

Нарушитель может попытаться оценить ЦВЗ и вычесть его из изображения. Такой вид атак особенно опасен в случае, когда атакующий может получить некоторый обобщенный ЦВЗ, например, некоторый независящий от исходного изображения .

Атакующий может обнаружить ЦВЗ путем усреднения нескольких изображений. Например, у него имеется набор из стегоизображений, содержащих одинаковый ЦВЗ .

Тогда их сумма будет стремиться к с ростом , при условии, что используемые изображения статистически независимы.

Противопоставить этой атаке можно случайное использование одного из двух ЦВЗ с вероятностями и . Тогда атака даст лишь

При атаке сговора имеется несколько одинаковых копий, содержащих различные ЦВЗ, и для атаки из каждой копии выбираются какие-то части, которые в совокупности и образуют атакуемое множество. Чем больше копий имеется у нарушителя, тем выше вероятность того, что близкое к исходному восстановленное изображение не будет содержать стего. Робастность к этой атаке можно резко увеличить за счет использования стегосистем с закрытым ключом.

Мозаичная атака направлена на поисковые системы, отслеживающие распространение изображений. Метод заключается в разбиении изображения на несколько частей, которые поисковая система не идентифицирует как защищенное изображение. При этом эти части плотно подогнаны друг к другу и воспринимаются СЧЗ как единое изображение. Этой атаке можно противопоставить дублирование небольшого ЦВЗ по всей площади изображения с расчетом его нахождения даже в отдельных частях изображения.

Существуют атаки нахождения ЦВЗ по гистограмме изображения. Алгоритм атаки принимает во внимание скачки в гистограмме значений пикселей или цветовых компонент. Атакующий, найдя изолированные значения на гистограмме, устанавливает факт наличия ЦВЗ.

3.2.2 Геометрические атаки

Геометрические атаки изменяют ЦВЗ, внося пространственные искажения в контейнер. Геометрические атаки представляют собой аффинные преобразования с неизвестным декодеру параметром. Всего имеется пять аффинных преобразований: масштабирование, изменение пропорций, поворот, сдвиг и усечение. Эти атаки приводят к обнаружению значительно искаженного ЦВЗ.

Характеристики

Список файлов ВКР