Введение к работе
Актуальность темы. В нынешний век развития и глобального распространения мультимедиа технологий, появления и использования новых способов передачи данных, как никогда остро стоит вопрос о безопасности данных, хранящихся в цифровом виде. Данная проблема послужила новым импульсом к модернизации стеганографических методов.
Одним из наиболее перспективных и востребованных направлений в условиях развития компьютерных технологий современности, является внедрение скрытой информации, в некоторый непривлекающий внимание покрывающий объект (ПО). ПО должен оставаться хорошего качества и присутствие дополнительной информации в ПО не может быть обнаружено, такие файлы называются стегосигналами. Далее они хранятся в открытом доступе, либо передаются легитимному пользователю по незащищенным каналам связи. Для вложения и извлечения скрытной информации в различные файлы используются так называемые стегосистемы (СГС). Параллельно с разработкой СГС развивается направление атак на СГС, которыми занимаются так называемые стегоаналитики или атакующие, которые хотят обнаружить скрытую передаваемую информацию. Задача передающей стороны состоит в том, чтобы стегоаналитик, даже в случае перехвата информации, не догадался о присутствии в ней скрытого сообщения.
Проблемам разработки и исследования различных видов СГС посвящены работы J Fridrich, G.S. Simmons, Т. Filler, L. Perez-Freire, A. Wyner, L. Fearnley, R. Anderson, F. Petitcolas, С Cachin, В.И. Коржика, И.В. Котенко, Б.Я. Рябко, В.Г. Грибунина, И.Н. Окова, Г.Ф. Конаховича, И.М. Мараковой и многих других ученых.
Однако до сегодняшнего дня, за исключением работы научного руководителя, не имеется сведений о разработках СГС на основе канала с шумом, а так как естественный шум существует во многих системах связи представляет интерес создать СГС на основе каналов с шумом. Кроме того, в этом случае есть надежда создать необнаруживаемую СГС даже при использовании наилучших статистических методов ее обнаружения.
Область исследований. Область проведенных в диссертационной работе исследований соответствует десятому пункту паспорта научной специальности: «Исследование и разработка новых методов защиты информации и обеспечение информационной безопасности в сетях, системах и устройствах телекоммуникаций».
Объектом исследований в диссертационной работе являются СГС на основе каналов с шумом при использовании информированного и слепого декодеров, обеспечивающих необнаруживаемость таких СГС.
Предмет исследования. Предметом исследования в диссертационной работе являются методы вложения и извлечения информации для СГС на основе каналов с шумом при использовании информированного и слепого декодеров.
Целью работы является повышение эффективности СГС относительно необнаруживаемости при условии присутствия канала с шумом.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе производится решение следующих частных задач:
- нахождение верхней границы пропускной способности для СГС в
каналах с шумом;
разработка метода вложения и извлечения информации в стегосистемы с рассредоточением во времени (СРВ) на основе каналов с шумом, при использовании информированного декодера, обеспечивающего вероятность ошибки обнаружения нелегитимным пользователем стремящейся к случайному угадыванию и достоверное извлечение информации легальным пользователем;
разработка метода вложения и извлечения информации в СРВ на основе каналов с шумом, при использовании информированного кодера и «слепого» декодера, обеспечивающего секретность (необнаруживаемость) СГС при использовании наилучших методов стегоанализа и надежное извлечение бит информации легальным пользователем.
Научная новизна присутствует в следующих результатах работы:
выведена верхняя граница пропускной способности для СГС в каналах с шумом;
предложен метод вложения и извлечения информации для СРВ на основе каналов с шумом при использовании информированного декодера, обеспечивающий достаточный уровень секретности, при использовании подоптимального и оптимального решающего правила обнаружения, и достоверное извлечение информации легальным пользователем;
предложен метод вложения и извлечения информации для СРВ в каналах с шумом при использовании «слепого» декодера, обеспечивающий секретность СРВ при использовании наилучших статистических методов обнаружения, при достоверном извлечении информации.
Теоретическая и практическая значимость работы.
1. Получены потенциальные возможности использования СРВ для каналов
с шумом при использовании информированного и слепого декодеров.
2. Материалы исследований диссертационной работы могут быть
использованы для построения СГС, близких к идеальным, скрытных для
ситуаций, которые предполагают наличие и использование каналов с
естественным шумом, такие как IP-телефония, диктофонные записи, Skype.
Методы исследований. В ходе исследований применялись методы теории вероятности, теории помехоустойчивого кодирования, теории информации, математической статистики, компьютерного имитационного моделирования. При моделировании и разработке программ использовались языки программирования C++, Scilab.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Вывод верхней границы пропускной способности для стегосистем в
каналах с шумом.
2. Метод вложения и извлечения информации для стегосистем с
рассредоточением во времени на основе каналов с шумом, при использовании
информированного декодера, обеспечивающий секретность данной стегосистемы и достоверность извлечения информации.
3. Метод вложения и извлечения информации для стегосистем с рассредоточением во времени в каналах с шумом, при использовании «слепого» декодера, обеспечивающий необнаруживаемость данной стегосистемы и надежное извлечение бит информации.
Достоверность результатов подтверждается корректностью постановок задач, применением строгого математического аппарата, отсутствием противоречия результатов диссертационной работы и сделанных на их основании выводов известным научным данным, результатами компьютерного моделирования, апробацией основных теоретических положений в печатных трудах и докладах на международных научных конференциях.
Внедрение результатов исследований. Результаты работы внедрены в ЗАО «Эврика» и используются в учебном курсе «Основы стеганографии», кафедры «Защищенных систем связи» СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, что подтверждено соответствующими справками о внедрении.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на 4 конференциях, 3 из которых являются международными: Международная мульти-конференция по компьютерным наукам и информационным технологиям (Proceedings of the International Multiconference on Computer Science and Information Technology, 2010); 18-я международная конференция по цифровой обработке сигналов (18th International Conference on Digital Signal Processing, 2013); Международная научно-техническая и научно-методическая конференция «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании» (2012).
Публикации. На тему диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, 2 работы напечатаны в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ, 3 работы - опубликованные материалы международных конференций. Так же 3 статьи опубликованы в научных журналах, 2 из которых - на английском языке в зарубежных изданиях.
Личный вклад. Результаты экспериментов, теоретические и практические выводы, основные научные положения, содержащиеся в диссертационной работе, получены и сформулированы автором самостоятельно.
Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Работа состоит из 176 страниц, включая 46 рисунка, 18 таблиц. В списке литературы 75 наименований источников.
