Стеганография аудиофайла методом LSB

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 12:34, 1 июня 2017.
Open book.svg Авторство
В. Шрайбман
Согласовано: 2011

Техническое задание

Назначение программы

Назначением данного продукта является внесение сокрытого сообщения в аудиофайл переменного размера методом LSB с использованием генератора псевдослучайных чисел для определения точек «вкрапления». Также продукт должен проводить корреляционный анализ стего-файла и контейнера.

Условия применения

Условия, необходимые для функционирования программы

Данный программный продукт функционирует на одном ПК с установленной средой Mathcad версии 14 и выше.

Требования к техническим средствам

MathCAD 14, требует:

  • Pentium-совместимый 32-битный (x86) или 64-битный (x86-64, EM64T) процессор - 400 МГц или выше; рекомендуется 700+ МГц.
  • 256 МБ RAM; рекомендуется 512 MБ или более.
  • 550 МБ дискового пространства (250 МБ для Mathcad, 100 МБ для системных компонентов, и 200 МБ для временных файлов во время установки).

Требования к программному обеспечению

Требуется установленный программный продукт MathCAD 14.

Описание задачи

Решаемые задачи

Сокрытие псевдослучайной информационной последовательности бит в аудиофайле переменного размера, формат айдиофайла - *.wav. Защита сокрытого сообщения ключом. Сравнительный корреляционный анализ файла-контейнера и стего-файла.

Используемые решения

Записываемая последовательность генерируется псевдослучайным способом. Запись каждого бита скрываемой информации ведется в так называемые «точки вкрапления», которые выбираются при помощи ключа. Корреляционный анализ производится на основе теоремы о связи дискретного преобразования Фурье и корреляционной функции.

Входные и выходные данные

Входные данные

На вход подается аудиофайл, ключ и максимально допустимое расстояние между соседними точками «вкрапления».

Выходные данные

На выходе получается аудиофайл с внедренным в него сообщением, а также графики полученные в результате ковариационного анализа (шкала графика логарифмическая).

Руководство пользователя

Введение

Область применения

Данная программа предназначена для анализа метода скрытой передачи данных в несжатом аудиоконтейнере – LSB.

Краткое описание возможностей

Основными возможностями программы являются:

  • безопасное сокрытие информации в контейнере;
  • извлечение информации из контейнера, с использованием ключа;
  • графическое отображение информации, необходимой для сравнительного корреляционного анализа метода стеганографии – LSB.

Программные и аппаратные требования к системе

  • Pentium-совместимый 32-битный (x86) или 64-битный (x86-64, EM64T) процессор - 400 МГц или выше;
  • 256 МБ RAM или более.
  • MathCAD 14

Работа с продуктом

  1. Загрузка файла-контейнера с именем «in1.wav» в директорию, где находится файл «LSB in VS.xmcd».
  2. Открытие файла «LSB in VS.xmcd» в среде Mathcad 14.
  3. Ввод ключа в открывшемся файле в переменную «Key» (ключ – натуральное число).
  4. Нажатие комбинации клавиш Ctrl+F9, для расчёта результатов.
  5. Результаты вычислений (стего-файл) появится в той же директории с именем «out1.wav», все аналитические расчёты и графики отображаются в программе Mathcad.

Занесение стего в звуковой контейнер

Расстояние между "вкраплениями"

LSB in VS IMG0002 32780484.PNG

Открываем файл, читаем его содержимое

LSB in VS IMG0003 32780484.PNG

Задаем ключ

LSB in VS IMG0004 32780484.PNG
LSB in VS IMG0006 32780515.PNG
LSB in VS IMG0007 32780515.PNG

Генерируем сообщение, которое потом запишем

LSB in VS IMG0008 32780515.PNG

Определяем генератор псевдослучайных чисел

LSB in VS IMG0009 32780515.PNG

Задаем расстояния между соседними "вкраплениями" сообщения в стего

LSB in VS IMG0010 32780515.PNG

Получаем индексы, в которые будут вкрапления

LSB in VS IMG0011 32780515.PNG
LSB in VS IMG0012 32780515.PNG

Записываем сообщение в контейнер

LSB in VS IMG0013 32780515.PNG
LSB in VS IMG0007 32780515.PNG
LSB in VS IMG0015 32780515.PNG
LSB in VS IMG0012 32780515.PNG 
LSB in VS IMG0017 32780531.PNG
LSB in VS IMG0018 32780531.PNG

Достаем информацию из стего

Задаем ключ

LSB in VS IMG0005 32780500.PNG
LSB in VS IMG0007 32780515.PNG

Определяем генератор псевдослучайных чисел

LSB in VS IMG0021 32780531.PNG

Задаем расстояния между соседними "вкраплениями" сообщения в стего

LSB in VS IMG0010 32780515.PNG

Получаем индексы, в которые будут вкрапления

LSB in VS IMG0011 32780515.PNG
LSB in VS IMG0024 32780531.PNG

Если равно 0, то мы верно достали информацию из стего

LSB in VS IMG0025 32780531.PNG
LSB in VS IMG0026 32780546.PNG

Фурье - образ того канала в который далее велась запись

LSB in VS IMG0027 32780546.PNG
LSB in VS IMG0028 32780546.PNG

По теореме о корелляции

LSB in VS IMG0029 32780546.PNG
LSB in VS IMG0030 32780546.PNG
LSB in VS IMG0031 32780562.PNG
LSB in VS IMG0033 32780562.PNG
LSB in VS IMG0034 32780562.PNG
LSB in VS IMG0035 32780562.PNG
LSB in VS IMG0036 32780562.PNG
LSB in VS IMG0037 32780578.PNG
LSB in VS IMG0039 32780578.PNG
LSB in VS IMG0040 32780578.PNG

Если не равна нулю, значит в файле есть стегосообщение

LSB in VS IMG0041 32780578.PNG
LSB in VS IMG0042 32780578.PNG
LSB in VS IMG0044 32780578.PNG
LSB in VS IMG0046 32780593.PNG
LSB in VS IMG0047 32780593.PNG
LSB in VS IMG0048 32780593.PNG

Фурье - образы каналов стего и контейнера

LSB in VS IMG0049 32780593.PNG
LSB in VS IMG0050 32780593.PNG
LSB in VS IMG0051 32780593.PNG

Сравнительный график фурье-образов стего и контейнера в частотной области LSB in VS IMG0053 32780593.PNG

Аудио файлы

audio.wav – контейнер


audio1.wav - файл с контейнером со стегосообщением.

Результаты исследования

По результатам исследования можно уверенно говорить, что человеческое ухо неспособно различить «чистый» контейнер от стего. В частотной области наибольшие расхождения между стего и контейнером находятся в области низких частот (инфразвук). Также записанная информация достаточно надежна относительно несанкционированного доступа – при использовании неверного ключа сокрытое сообщение восстановить невозможно.