Спектральный анализ стеганограмм

Abstract

RU: Для повышения стойкости стеганоалгоритмов к известным методам стегоанализа широко применяются методы скрытия сообщений в области преобразования цифровых изображений. Использование при формировании стеганограмм стандартных методов обработки изображений-контейнеров и стегоданных – двумерных дискретных косинусного и вейвлет преобразований – позволяет минимизировать искажения скрытых сообщений при компрессии изображений. В работе для выявления факта встраивания стегоданных с применением стандартных преобразований контейнера и стегоданных предложено использовать методы спектрального анализа изображений: анализ спектра сингулярностей и мультифрактальный анализ. Преимуществом данного подхода, по сравнению со статистическими методами стегоанализа, является возможность исследования одновременно нескольких компонент изображения-контейнера, что позволяет локализировать область встраивания. Анализ эффективности применения методов спектрального анализа был проведен для случая использвания одноэтапных и двухэтапных методов формирования стеганограмм. Показано, что скрытие данных приводит к изменениям всех компонент сингулярного разложения изображения-контейнера, а также появлению характерных искажений мультифрактальных характеристик стеганограмм – увеличения мощности множества монофрактальных компонент изображений. Выявленные демаскирующие признаки наличия встроенных сообщений являются устойчивыми в широком диапазоне степеней заполнения контейнера стегоданными, что упрощает задачу обнаружения сообщений, скрытых в области преобразования изображений. UK: Для підвищення стійкості стеганоалгоритмів до відомих методів стегоаналізу широко використовуються методи приховання повідомлень в області перетворення цифрових зображень. Використання при формуванні стеганограм стандартних методів обробки зображень-контейнерів та стегоданих – двовимірних дискретних косинусного та вейвет перетворень – дозволяє мінімізувати спотворення вбудованих повідомлень при стисненні зображень. В роботі для виявлення факту вбудовування стегоданих з використанням стандартних перетворень контейнеру та стегоданих запропоновано використовувати методи спектрального аналізу зображень: аналіз спектру сингулярностей та мультифрактальний аналіз. Перевагою даного підходу у порівнянні зі статистичними методами стегоаналізу є можливість дослідження одночасно декількох компонент зображення-контейнеру, що дозволяю локалізувати область приховання повідомлень. Аналіз ефективності застосування методів спектрального аналізу був проведений для випадку використання одноетапних та багатоетапних методів формування стеганограм. Показано, що вбудовування повідомлень призводить до змін усіх компонент сингулярного розкладу зображення-контейнеру, а також появі характерних спотворень мультифрактальних характеристик стеганограм – підвищення потужності множини монофрактальних компонент зображень. Виявлені демаскуючі ознаки наявності прихованих повідомлень є стійкими в широкому діапазоні змін ступеня заповнення контейнеру стегоданими, що спрощує задачу виявлення повідомлень, прихованих в області перетворення зображень. EN: The data embedding algorithms in transformation domain of digital images are widely used for increasing the robustness of stegoalgorithms to known steganalysis methods. Applying of standard transformations the digital images by steganograms forming – two-dimensional discrete cosine and wavelet transforms – allows minimizing the garbling the hidden messages by image compression. We propose to use the spectral analysis methods – singular spectrum analysis and multifractal analysis – for revealing the fact of message embedding with usage of standard transform of cover image and stegodata. The advantage of such approach in comparison with statistical steganalysis methods is possibility to simultaneously investigation of several components the cover image, which allows localizing the domain of data hiding. Research of effectiveness of the spectral analysis methods was provided for the case of usage the one-stage and multi-stage embedding methods. It is shown that stegodata embedding leads to alteration the all components of singular value decomposition of cover images as well as appearance the peculiar alteration of multifractal features the steganograms – increasing the cardinality of monofractal components the image. Revealed distinctive features of steganograms are stable in wide range of cover image payloads, which is simplifying of task of stegodata revealing, hidden in transformation domain of digital images.