چکیده

در این مقاله روشی برای پنهان سازی اطلاعات با استفاده از عملیات ماتریسی با هدف افزایش ظرفیت پنهان سازی ارائه شده است. برای این کار از یک کلید ماتریسی ۴*۴ که اعضای آن اعداد ۱، ۲ و ۳ هستند استفاده میشود به ترتیبی که در هر مرحله یک بلوک ۴*۴ از تصویر میزبان و ۴ بایت از پیام را تبدیل به ماتریس ۴*۴ با اعضای ۲ بیتی نموده و پس از ترکیب آنها با یکدیگر ماتریس ۴*۴ با اعضای یک بیتی را به گونه ای پیدا میکنیم که حاصلضرب کلید در آن برابر یا نزدیک به ماتریس حاصل از ترکیب باشد. به این ترتیب پس از قرار دادن اعضای ماتریس یک بیتی در بیتهای آخر پیکسلهای تصویر میزبان با تغییر n بیت از تصویر میزبان، ۲n بیت اطلاعات درون آن پنهان میشود. آزمایشات نشان داده است که علاوه بر انعطاف پذیری بالا و امکان ترکیب روش با روشهای دیگر شاخصهای ظرفیت، پیچیدگی، شفافیت و قابل کشف نبودن بصورت مناسب عمل نموده و در مقابل وجود خطا و مقاومت کم معایب عمده روش هستند.

واﮊگان کلیدی : پنهان سازی، عملیات ماتریسی، ظرفیت

۱ . مقدمه

اگرچه مبحث پنهان سازی اطلاعات در تصاویر دیجیتال بسیار جوان بوده و در دهه ۰۹ به طور جدی مورد مطالعه قرار گرفته است، پنهان سازی اطلاعات از سالهای بسیار دور برای تامین امنیت در ارسال پیام مورد نظربوده و روشهایی مانند خالکوبی بر سر تراشیده، کنده کاری سطح چوبی الواح موم اندود، کوچک سازی به شکل میکروفیلم و میکرو دات، جوهر نامرئی و … از جمله روشهایی بوده اند که برای رسیدن به این هدف استفاده شده اند .[۱] علاوه بر امور امنیتی و ارسال پیام مخفی کاربردهای دیگری برای پنهان سازی وجود دارند که از میان آنها میتوانیم به تشخیص هویت با استفاده از پیام مخفی درون کارت شناسایی، مسائل مربوط به حق نشر، پنهان سازی نشان درون تصاویر تلویزیونی و ویدئویی یا قرار دادن اطلاعات اضافی نظیر عنوان، تاریخ، صاحب اثر و … اشاره کنیم که در این میان مسائل حق نشر مهمترین دسته هستند. برای این منظور یک رشته پیام یا یک شماره سریال درون تصویر پنهان سازی میشود. در حالت نخست صاحب اثر در صورت مشاهده نسخه غیرمجاز با استخراج رشته مزبور مالکیت خود را اثبات می نماید و در حالت دوم شماره سریال استخراج شده در ردیابی منشا نسخه برداری غیر مجاز موثر خواهد بود. این دو حالت به ترتیب با عنوان watermarking و fingerprinting شناخته میشوند .[۳][۲]

برای ارزیابی روشهای پنهان سازی شاخصهایی تعریف شده اند که با استفاده از آنها میتوان روشی مناسب با کاربرد مورد نظر انتخاب نمود. شش شاخص تعریف شده عبارتند از : مقاومت١، ظرفیت٢، امنیت٣، شفافیت٤، قابل کشف نبودن٥ و پیچیدگی.

با توجه به اینکه امکان تغییرات سهوی یا عمدی ناشی از مشکلات خطوط ارتباطی یا خرابکاری بوسیله اعمالی نظیر کشیدن، چرخاندن، فشرده سازی و … در تصویر حامل پیام وجود دارد، شاخص مقاومت نشاندهنده میزان باقی ماندن پیام درون تصویر پس از تغییرات است. ظرفیت نیز نمایانگر حجم اطلاعاتی است که میتوان درون تصویر پنهان نمود. امنیت توسط عواملی چون کلید یا افزایش پارامترها تامین میشود و بیانگر امکان کشف پیام بصورت تصادفی میباشد. یکی از مهمترین نیازهایی که هر روش پنهان سازی باید تامین کند قابل تشخیص نبودن وجود اطلاعات درون تصویر است که توسط شاخص شفافیت بیان میشود. علاوه بر دید انسانی، دید ماشینی توسط آمارهای تصویر نیز باید مورد توجه قرار گیرد که این مورد در حیطه شاخص قابل کشف نبودن است. آخرین شاخص نیز پیچیدگی است که نشانگر زمان و امکانات سخت افزاری مورد نیاز برای پنهان سازی و بازگشایی اطلاعات درون تصویر می باشد.

باید توجه داشت که امکان بهینه سازی تمام شاخصها بطور همزمان وجود ندارد و با بهبود یکی، امکان تضعیف یک یا چند شاخص دیگر وجود خواهد داشت. همانگونه که در شکل ۱ نمایش داده شده است سه شاخص ظرفیت، امنیت و قابل کشف نبودن از این نمونه هستند و نمیتوان همزمان همه آنها را باهم افزایش داد. بنابراین در هر روش با توجه به کاربرد میزان متناسبی از هریک تامین می گردد. در کاربردهایی نظیر watermarking، مقاومت اهمیت بیشتری دارد و باید افزایش یابد. در عوض برای ارسال پیام مخفی امنیت در اولویت بالاتری قرار دارد . برای قرار دادن اطلاعات اضافی درون تصویر نیز ظرفیت بالاتر مورد نیاز میباشد.[۴]

قابل کشف نبودن

امنیت ظرفیت

شـکل ۱ : تقابـل سـه شـاخص امنیت ، ظرفیت و قابل کشف نبودن . افزایش تمامی شاخصها بطور همزمان امکان پذیر نبوده و با افزایش

یکی ، شاخصهای دیگر کاهش خواهند یافت . ( با توجه به]۴( [

۲ . پیشینه تحقیق

طبقه بندی روشهای پنهان سازی با توجه به عوامل گوناگون به اشکال مختلف صورت میگیرد. یک نوع طبقه بندی با توجه به نیاز گیرنده به تصویر اصلی است. در تعداد معدودی از روشها گیرنده علاوه بر تصویر حامل پیام به تصویر اصلی نیز نیاز دارد تا

۱ Robustness ۲ Capacity

۳ Security ۴ Visibility
۵ Undetectability

از این طریق با مقایسه دو تصویر با یکدیگر، اطلاعات را استخراج کند. اما به علت هزینه زیاد نگهداری بانک اطلاعات تصاویر اصلی، این روشها زیاد مورد توجه نیستند و اکثریت قریب به اتفاق روشهایی که در حال حاضر مطرح میشوند از نوع روشهای کور می باشند که تنها با داشتن تصویر حامل پیام، اطلاعات درون آن استخراج میشود. روشهای گوناگون را میتوان به توجه به کاربرد متناسب با آنها نیز طبقه بندی نمود. اما رایجترین دسته بندی با توجه به حوزه انجام تغییرات انجام میشود. در گروهی از روشها برای پنهان سازی اطلاعات تغییرات لازمه مستقیما در جوزه تصویر٦ اعمال میگردند