[論文レビュー] Coverless Video Steganography based on Maximum DC Coefficients

Laijin Meng, Xinghao Jiang+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2020

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 27被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、DCT変換済みの動画ブロックにおける最大DC係数を用いて安定したハッシュ系列を生成することで、新たなカバーレス動画ステガノグラフィー方式を提案する。動画圧縮下でのDC係数分布をモデル化し、これらのハッシュを用いて動画をインデックス化することで、圧縮およびフレーム削除に対して耐性があり、安全で高容量なデータ埋め込みを実現する。従来の最先端手法に比べ、容量、耐性、セキュリティの面で優れている。

ABSTRACT

Coverless steganography has been a great interest in recent years, since it is a technology that can absolutely resist the detection of steganalysis by not modifying the carriers. However, most existing coverless steganography algorithms select images as carriers, and few studies are reported on coverless video steganography. In fact, video is a securer and more informative carrier. In this paper, a novel coverless video steganography algorithm based on maximum Direct Current (DC) coefficients is proposed. Firstly, a Gaussian distribution model of DC coefficients considering video coding process is built, which indicates that the distribution of changes for maximum DC coefficients in a block is more stable than the adjacent DC coefficients. Then, a novel hash sequence generation method based on the maximum DC coefficients is proposed. After that, the video index structure is established to speed up the efficiency of searching videos. In the process of information hiding, the secret information is converted into binary segments, and the video whose hash sequence equals to secret information segment is selected as the carrier according to the video index structure. Finally, all of the selected videos and auxiliary information are sent to the receiver. Especially, the subjective security of video carriers, the cost of auxiliary information and the robustness to video compression are considered for the first time in this paper. Experimental results and analysis show that the proposed algorithm performs better in terms of capacity, robustness, and security, compared with the state-of-the-art coverless steganography algorithms.

研究の動機と目的

• 動画は容量と冗長性の点で画像よりも優位であるが、そのような優位性にもかかわらず、耐性があり安全なカバーレス動画ステガノグラフィー手法の不足に対処すること。
• 動画がステガノグラフィック伝送において画像よりも安全であるとされる主観的セキュリティを向上させること。
• 動画圧縮やその他の一般的な攻撃に対して安定したハッシュ生成が可能な、最大DC係数に基づく新しいハッシュ生成手法を開発すること。
• 補助情報のコストを考慮する新しい指標、相対的有効容量を導入し、ステガノグラフィック性能の評価を行うこと。
• 構造的な動画インデキシングと検出メカニズムにより、動画固有の攻撃（圧縮やフレーム削除など）に対する耐性を強化すること。

提案手法

• 圧縮下での最大DC係数の変化を分析するため、DC係数のガウス分布モデルを構築し、隣接係数と比較して圧縮下でもより安定していることを示す。
• 各ブロックにおける最大DC係数を用いた、新しいハッシュ系列生成手法を提案し、圧縮済み動画シーケンス全体で一貫性を確保する。
• 秘密ビットセグメントを事前に計算されたハッシュ系列と照合することで、キャリア選定を高速化するための動画インデックス構造を確立する。
• ハッシュ系列が秘密情報と一致する動画を選択することで、元の動画を変更しない（カバーレス性を保持）。
• MSSIM値の商とチビシェフの不等式を用いて、フレーム削除検出メカニズムを実装し、削除されたフレームを特定し、データ整合性を維持する。
• 補助情報はAESを用いて暗号化し、送信セキュリティを保護する。また、削除後の順序回復のため、動画インデックスにフレーム数を追加する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 動画ブロック内の最大DC係数は、カバーレスステガノグラフィーにおけるハッシュ系列生成の基盤として、安定的かつ信頼性があるものとみなせるか？
• RQ2 最大DC係数の分布は一般的な動画圧縮下でどのように振る舞い、耐性を確保するためのモデル化が可能か？
• RQ3 動画固有の攻撃（圧縮やフレーム削除など）がカバーレスステガノグラフィック性能に与える影響は何か。また、それらの影響をどのように軽減できるか？
• RQ4 ステガノグラフィック通信において、動画キャリアの主観的セキュリティは画像キャリアと比較してどのように異なるか？
• RQ5 補助情報のオーバーヘッドを考慮した、ステガノグラフィック容量を公平かつ実用的に評価するための指標は何か？

主な発見

• フレーム削除攻撃下でも、抽出精度が約90%に達し、クラスBでは30フレーム削除時で89.0%、クラスEでは94.0%の精度を示した。
• 最大DC係数のガウス分布モデルは、隣接係数と比較してより安定しており、圧縮済み動画全体で信頼性の高いハッシュ生成が可能であることを示した。
• 相対的有効容量という指標を導入し、補助情報コストを考慮することで、ステガノグラフィック性能の評価がより公平になることを示した。
• 主観的セキュリティテストの結果、動画キャリアは大規模な画像コレクションと比較してより安全であると認識され、伝送の安全性が向上した。
• 最大DC係数の使用と構造的な動画インデキシングのおかげで、従来のカバーレスステガノグラフィー手法と比較して、動画圧縮およびフレーム削除に対して優れた耐性を示した。
• HEVCテストシーケンスを用いた包括的な評価において、本手法は容量およびセキュリティの両面で、最先端の手法を上回る高い性能を維持した。