Steganografia digikuvissa Mika Aho DIGI2004 / TITE 28.4.2006

Sisällys Mitä steganografia on? Taustaa steganografialle Steganografia ympärillämme - nykypäivää Toimintamenetelmät visuaalisessa mediassa Analyysi – havaitseminen ja poistaminen Vesileima Johtopäätökset

Mitä steganografia on?

Taustaa steganografialle

Steganografia ympärillämme - nykypäivää

Toimintamenetelmät visuaalisessa mediassa

Analyysi – havaitseminen ja poistaminen

Vesileima

Johtopäätökset

Mitä steganografia on? Johdettu kreikan kielen sanoista ”stegos” ja ”graphia”, tarkoittaa peitettyä kirjoitustapaa Steganografian tavoitteena on piilottaa viestit toisten, harmittomilta näyttävien viestien sisään " S ince e veryone c an r ead, e ncoding t ext i n n eutral s entences i s d oubtfully e ffective” … Secret inside Perinteisiä menetelmiä mm. näkymättömät musteet mikropistetekniikka Voidaan lisäksi myös suojata

Johdettu kreikan kielen sanoista ”stegos” ja ”graphia”, tarkoittaa peitettyä kirjoitustapaa

Steganografian tavoitteena on piilottaa viestit toisten, harmittomilta näyttävien viestien sisään

" S ince e veryone c an r ead, e ncoding t ext i n n eutral s entences i s d oubtfully e ffective” … Secret inside

Perinteisiä menetelmiä mm.

näkymättömät musteet

mikropistetekniikka

Voidaan lisäksi myös suojata

Taustaa steganografialle Taustat yleensä aina sidottu sodankäyntiin tai politiikkaan Käytetty vuosituhansien ajan, esim. Kreikan pelastuminen Persian valtaukselta viestit tatuoitu orjien päähän Toinen maailmansota ja kylmä sota oli steganografian kulta-aikaa saksalaisten mikropistetekniikka postishakki, ristisanatehtävät, neulontaohjeet radiolähetykset, kukkalähetykset Iso-Britannian tekstinkäsittelylaitteet ja vakoojat

Taustat yleensä aina sidottu sodankäyntiin tai politiikkaan

Käytetty vuosituhansien ajan, esim. Kreikan pelastuminen Persian valtaukselta

viestit tatuoitu orjien päähän

Toinen maailmansota ja kylmä sota oli steganografian kulta-aikaa

saksalaisten mikropistetekniikka

postishakki, ristisanatehtävät, neulontaohjeet

radiolähetykset, kukkalähetykset

Iso-Britannian tekstinkäsittelylaitteet ja vakoojat

Steaganografia ympärillämme - nykypäivää Piratismin estäminen/tekijänoikeus Mainonta Seuranta/osoitus: esim. röntgenkuvaus Käyttämämme dokumentit, esim. word dokumentit ja digikameran kuvat Rikollisjärjestöt, terrorismi ja huumekauppa Populaarikulttuuri Da Vinci -koodi

Piratismin estäminen/tekijänoikeus

Mainonta

Seuranta/osoitus: esim. röntgenkuvaus

Käyttämämme dokumentit, esim. word dokumentit ja digikameran kuvat

Rikollisjärjestöt, terrorismi ja huumekauppa

Populaarikulttuuri

Da Vinci -koodi

Kuvien tallennuksesta Taulukko joka kuvaa RGB-arvoja jokaiselle pikselille Yleensä 8- tai 24-bittisiä 24-bittisissä kuvissa on paljon tilaa tiedon tallennukseen, mutta ovat suuria ja yleensä pakattuja 8-bittiset ovat parempia piilotetun tiedon tallennukseen Kansikuvan (cover image) valinta on tärkeää Paras vaihtoehto harmaasävykuvat Ihmisen näkökyvyn hyväksikäyttö

Taulukko joka kuvaa RGB-arvoja jokaiselle pikselille

Yleensä 8- tai 24-bittisiä

24-bittisissä kuvissa on paljon tilaa tiedon tallennukseen, mutta ovat suuria ja yleensä pakattuja

8-bittiset ovat parempia piilotetun tiedon tallennukseen

Kansikuvan (cover image) valinta on tärkeää

Paras vaihtoehto harmaasävykuvat

Ihmisen näkökyvyn hyväksikäyttö

Toimintamenetelmät visuaalisessa mediassa vähiten merkitsevien bittien korvaaminen maskaus ja filtteröinti muuntokoodaukseen perustuvat menetelmät

vähiten merkitsevien bittien korvaaminen

maskaus ja filtteröinti

muuntokoodaukseen perustuvat menetelmät

LSB – Vähiten merkitsevien bittien korvaaminen Esimerkkinä 24-bittinen kuva Lisättävä data: kirjain ‘ A’ : (10000011) Tarvitaan 3 pikseliä tallentamaan yksi 8 bittinen kirjain Pikselit valitaan perustuen avaimella alustettavaan pseudogeneraattoriin 00100111 11101001 11001000 00100111 11001000 11101001 11001000 00100111 11101001 Lisätään ‘A’ 0010011 1 1110100 0 1100100 0 0010011 0 1100100 0 1110100 0 1100100 1 0010011 1 11101001 Tutkimusten mukaan keskimäärin 50% vähiten merkitsevistä pikseleistä muuttuu Ihmissilmä ei huomaa muutosta vaikka data piilotettaisiin 2. vähiten merkitsevään Data ei ole kuitenkaan tilastollisesti enää samanlaista Kohinan lisääntyminen Väripaletin uudelleenjärjestäminen (esim. GIF)

Esimerkkinä 24-bittinen kuva

Lisättävä data: kirjain ‘ A’ : (10000011)

Tarvitaan 3 pikseliä tallentamaan yksi 8 bittinen kirjain

Pikselit valitaan perustuen avaimella alustettavaan pseudogeneraattoriin

00100111 11101001 11001000

00100111 11001000 11101001

11001000 00100111 11101001

Lisätään ‘A’

0010011 1 1110100 0 1100100 0

0010011 0 1100100 0 1110100 0

1100100 1 0010011 1 11101001

Tutkimusten mukaan keskimäärin 50% vähiten merkitsevistä pikseleistä muuttuu

Ihmissilmä ei huomaa muutosta vaikka data piilotettaisiin 2. vähiten merkitsevään

Data ei ole kuitenkaan tilastollisesti enää samanlaista

Kohinan lisääntyminen

Väripaletin uudelleenjärjestäminen (esim. GIF)

LSB:n aiheuttamat muutokset kuvaan 4 LSB muutos aiheuttaa rengastumia 6 bittiä 7 bittä 8 bittä

Maskaus ja filtteröinti Data piilotetaan eniten merkitseviin bitteihin Piilodatan sisältävät pikselit on valittu kuvan analysoinnin avulla Esim. Luminanssin käyttö Data paremmin suojassa pakkaamiselta ja muokkaukselta Käytetään laajalti digitaalisessa vesileimauksessa ja sormenjälkitunnistuksessa Lisäksi käytetään piilotettaessa kuva toisen sisään

Data piilotetaan eniten merkitseviin bitteihin

Piilodatan sisältävät pikselit on valittu kuvan analysoinnin avulla

Esim. Luminanssin käyttö

Data paremmin suojassa pakkaamiselta ja muokkaukselta

Käytetään laajalti digitaalisessa vesileimauksessa ja sormenjälkitunnistuksessa

Lisäksi käytetään piilotettaessa kuva toisen sisään

Maskaus ja filtteröinti Peittopikseli : 010 11100 Salaisen kuvan pikseli: 11101 010 Resultanttipikseli: 010 11101 (3+5) Jokaisen pikselin osuus voi vaihdella halutun vaikutuksen aikaansaamiseksi + = SALAISTA 8-bittinen harmaasävykuva (256 väriä)

Peittopikseli : 010 11100

Salaisen kuvan pikseli: 11101 010

Resultanttipikseli: 010 11101 (3+5)

Jokaisen pikselin osuus voi vaihdella halutun vaikutuksen aikaansaamiseksi

Maskaus ja filtteröinti Alkuperäinen kuva Irroitettu kuva Uhrataan 2 bittiä peittokuvasta sisältämään 2 bittiä salaista kuvaa

Uhrataan 2 bittiä peittokuvasta sisältämään 2 bittiä salaista kuvaa

Maskaus ja filtteröinti Uhrataan 5 bittiä peittokuvasta sisältämään 5 bittiä salaista kuvaa Alkuperäinen kuva Irroitettu kuva

Uhrataan 5 bittiä peittokuvasta sisältämään 5 bittiä salaista kuvaa

Muunnoskoodausmenetelmät Matemaattinen operaatio, joka muuntaa tietyssä sarjassa olevat luvut toiseen, ominaisuuksiltaan edullisempaan sarjaan säilyttäen alkuperäisen informaation Kasvatetaan pakkaussuhdetta koodaamalla dataa kuvaavia kertoimia erillisten pikselien pakkaamisen sijaan Tavoitteena saada kertoimet riittävän pieniksi Voidaan jättää pakkauksesta pois 8x8 Pixel Block Discrete Cosine Transformation Quantizer Binary Encoder 100100…

Matemaattinen operaatio, joka muuntaa tietyssä sarjassa olevat luvut toiseen, ominaisuuksiltaan edullisempaan sarjaan säilyttäen alkuperäisen informaation

Kasvatetaan pakkaussuhdetta koodaamalla dataa kuvaavia kertoimia erillisten pikselien pakkaamisen sijaan

Tavoitteena saada kertoimet riittävän pieniksi

Voidaan jättää pakkauksesta pois

Diskreetti..mikä?? Diskreetti kosinimuunnos Muuntaa 8x8 blokit 64 DCT kertoimiksi ENSIMMÄINEN kerroin on kaikkein tärkein Diskreetit kertoimet piilottavat datan vähiten merkitseviin bitteihin DCT-muunnoksessa tieto leviää laajalle kuvan tilatasossa  salaisen datan havaitseminen vaikeaa Kestää hyvin prosessointia vastaan Yleensä tarvitaan kuitenkin myös alkuperäinen kuva 41 30 18 26 98 -6 2 4

Diskreetti kosinimuunnos

Muuntaa 8x8 blokit 64 DCT kertoimiksi

ENSIMMÄINEN kerroin on kaikkein tärkein

Diskreetit kertoimet piilottavat datan vähiten merkitseviin bitteihin

DCT-muunnoksessa tieto leviää laajalle kuvan tilatasossa  salaisen datan havaitseminen vaikeaa

Kestää hyvin prosessointia vastaan

Yleensä tarvitaan kuitenkin myös alkuperäinen kuva

Kvantisointi Hukkaava tiivistys Arvot kasvavat alaspäin mentäessä Kvantisoitu arvo = Round ( DCT / QUA ) JPEG = Ei välitetä nollista 98 -6 2 4 3 11 17 9 DCT QUA 33 -1 0 0 VALUE 33 -1 JPG

Hukkaava tiivistys

Arvot kasvavat alaspäin mentäessä

Kvantisoitu arvo = Round ( DCT / QUA )

JPEG = Ei välitetä nollista

Binääriksi Muunnos binaariksi siksakkissa 33 -1 0 0 0100001 0000000 1000001 0000000

Muunnos binaariksi siksakkissa

Kuvien analysointi, steganografian havaitseminen Paras tapa uudelleenkirjoittaa tai uudelleenmääritellä Kuvat Käytetään häviöllistä pakkausta Rajataan kuva uudelleen, muutetaan palettia, värejä, kirkkautta...

Paras tapa uudelleenkirjoittaa tai uudelleenmääritellä

Kuvat

Käytetään häviöllistä pakkausta

Rajataan kuva uudelleen, muutetaan palettia, värejä, kirkkautta...

Piilotetun viestin havaitseminen

Vesileimat Kuvan vesileima = Digitaalinen signaali Kuvaan sijoitettu kuvio On sekä näkyviä että näkymättömiä vesileimoja Ehkä paras tekniikka on naamiotiedoston käyttö Mielellään samat värialueet

Kuvan vesileima =

Digitaalinen signaali

Kuvaan sijoitettu kuvio

On sekä näkyviä että näkymättömiä vesileimoja

Ehkä paras tekniikka on naamiotiedoston käyttö

Mielellään samat värialueet

Digimarc Vesileimateknologioiden johtava toimittaja Plugneita mm. Windowsiin, PhotoShopiin Vesileima kertoo: Omistajuuden Kuvan ID:n Kuvan sisällön – p0rnoo yms.

Vesileimateknologioiden johtava toimittaja

Plugneita mm. Windowsiin, PhotoShopiin

Vesileima kertoo:

Omistajuuden

Kuvan ID:n

Kuvan sisällön – p0rnoo yms.

Yhteenveto Paljon kehitystä ja rajattomat mahdollisuudet Varsinkin yksityisyyden säilyttämisessä verkon yli Digitaalisten teosten tekijänoikeudet Väärinkäyttö Sovellettuna kryptografiaan erittäin tehokas työkalu Mallory ei edes tiedä, että on olemassa jonkinlaista kommunikaatiota Tulevaisuuden sovellukset todennäköisesti digitaalisissa vesileimoissa

Paljon kehitystä ja rajattomat mahdollisuudet

Varsinkin yksityisyyden säilyttämisessä verkon yli

Digitaalisten teosten tekijänoikeudet

Väärinkäyttö

Sovellettuna kryptografiaan erittäin tehokas työkalu

Mallory ei edes tiedä, että on olemassa jonkinlaista kommunikaatiota

Tulevaisuuden sovellukset todennäköisesti digitaalisissa vesileimoissa