Steganography and steganalysis in video files.pdf В настоящее время в связи с ростом объемов информации и увеличением пропускнойспособности каналов связи все большую актуальность приобретает вопрос сокрытияинформации в видеопоследовательностях. Передача цифрового видео в последниегоды является типичным событием и не вызывает подозрения. Например, сервисYouTube насчитывает сотни миллионов видеофайлов, причем один и тот же видеоматериалвстречается в разных форматах и разном качестве. Огромное количествовидеофайлов размещается в Р2Р-сетях.Были рассмотрены некоторые особенности использования форматов видеофайловдля сокрытия информации. Несмотря на то, что существует большое количествовидеоформатов, на практике для сокрытия информации используются форматыMPEG-2 и MPEG-4. На русском языке практически отсутствуют публикации, посвященныевстраиванию информации в другие видеоформаты [1-3].В [2] описаны три способа внедрения информации в файлы формата MPEG-2:встраивание на уровне коэффициентов, на уровне битовой плоскости и за счет энергетическойразницы между коэффициентами. Рассмотрим преимущества и недостаткиэтих способов.Метод встраивания информации на уровне коэффициентов. Биты скрываемойинформации встраиваются в коэффициенты дискретного косинусного преобразования(ДКП). Главной проблемой модификации коэффициентов ДКП в сжатом потокевидео является накопление сдвига или ошибок. Искажения, вызванные изменениемкоэффициентов ДКП, могут распространяться во временной и в пространственной областях.Поэтому для компенсации искажений добавляют специальный сигнал. В силуограничения на битовую скорость, при внедрении изменяются только 10- 20% коэффициентовДКП. При использовании данного метода скрываемая информация сохраняетсяпри фильтровании, зашумлении (аддитивным шумом) и дискретизации.Метод встраивания информации на уровне битовой плоскости. Этот метод отличаетсявысокой пропускной способностью и небольшой вычислительной сложностью.Но есть и существенный недостаток: информация, встроенная таким образом, можетбыть легко удалена. При повторном наложении последовательности бит качество видеоухудшится незначительно, а скрываемая информация будет уничтожена.Метод встраивания информации за счет энергетической разницы между коэффициентами.В основе этого метода лежит дифференциальное встраивание энергии(ДЭВ). Сложность алгоритма ДЭВ незначительно выше сложности методавстраивания на уровне битовой плоскости и значительно ниже сложности метода, основанногона корреляции с компенсацией ошибок предсказания. Метод ДЭВ можетбыть применен не только к видеоданным MPEG, но и к другим алгоритмам сжатиявидео. Информация встраивается путем удаления нескольких коэффициентов ДКП, иэто имеет свои преимущества. Во-первых, в сжатый поток видеоданных не надо ничегодобавлять, можно обойтись без повторного сжатия восстановленного потока видео.Во-вторых, удаление высокочастотных коэффициентов будет уменьшать размер стего-образа потока сжатых видеоданных по сравнению с исходным потоком. Алгоритм ДЭВвносит в видео несколько меньше искажений, чем метод встраивания информации науровне битовой плоскости. Для удаления скрытой информации требуется проведениеболее сложных вычислительных операций, чем встраивание новой произвольной битовойпоследовательности.Если размер скрываемой информации небольшой по сравнению с объемом контейнера,то можно вносить изменения не в каждый кадр, а с некоторым интервалом.Это уменьшит накопление ошибок и может затруднить обнаружение факта сокрытияинформации с помощью методов статистического стегоанализа.Как правило, для сокрытия информации в видеопоследовательностях используютсяметоды, использующие только видеопоток. Практически нет информации о сокрытииинформации в аудиосигнале видеофайлов, хотя это позволило бы скрыватьбольший объем информации. В видеофайлах может быть упаковано различное количествозвуковых дорожек, от 1 до 8 каналов для нескольких языков или несколькихвариантов переводов.При переносе принципов сокрытия информации в неподвижных изображениях ив аудиофайлах нужно учитывать особенности, связанные со способами кодированияцифрового видео. Во время скрытия данных в видеопоследовательностях возникаюттрудности, так как одной из составляющих алгоритмов компрессии видеоинформации(в дополнение к компрессии неподвижного кадра) является кодирование векторовкомпенсации движения.Для исправления возникающих ошибок при восстановлении информации из сжатоговидео можно использовать помехоустойчивое кодирование. Например, использованиесверточного кода с декодером Витерби обеспечивает достаточно высокую вероятностьвосстановления.Применение вейвлет-преобразований и преобразований ДКП лучше подходит в случаенеобходимости защиты информации от активного злоумышленника,так как этиалгоритмы хорошо отделяют существенные детали от второстепенных.Основной задачей стегоанализа является определение факта наличия скрытого сообщенияв предполагаемом контейнере. Решается эта задача путем изучения статистическихсвойств сигнала. Например, распределение младших бит сигналов имеет,как правило, шумовой характер. Стегоаналитик проверяет соответствие реально наблюдаемойстатистики ожидаемой. Обычно для этих целей используется критерийхи-квадрат.Далее контейнер подвергается атакам, которые могут быть направлены на удалениеили подмену скрываемой информации. Атаки применяются и в частотной, ив пространственной областях видеопоследовательностей. Основные типы атак на видеоконтейнерможно разделить на:1) перекодирование видео с использованием алгоритмов сжатия с потерями;2) изменение порядка кадров исходной видеопоследовательности (частный случай- удаление одного или нескольких кадров);3) геометрические преобразования (всевозможные аффинные преобразования).В целях анализа современного развития данного направления стеганографии былпроведен поиск и исследование работы программ, реализующих сокрытие информации.В широком доступе была обнаружена лишь MSU StegoVideo, которая позволяетвстраивать в видеопоследовательность произвольный файл. При создании программыбыли проанализированы популярные кодеки и подобрано преобразование кадра,обеспечивающее наименьшие искажения и потери данных при сжатии видеофайла.Для исправления возникающих ошибок используется помехоустойчивое кодирование(сверточный код с декодером Витерби).В работе рассматриваются основные методы встраивания информации в видеофайлыформата MPEG-2, проводится анализ, сравнение и обобщение этих методовдля других видеоформатов. Рассматриваются особенности хранения аудиосигнала ввидеофайлах и приводятся методы, использующие этот сигнал для сокрытия информации.Исследуются возможности компрометации реализованных алгоритмов с помощьюметодов статистического анализа.

Скачать электронную версию публикации