[논문 리뷰] A Hash based Approach for Secure Keyless Steganography in Lossless RGB Images

Ankit Chaudhary, Jaldeep Vasavada외 3명|arXiv (Cornell University)|2012. 11. 23.

Advanced Steganography and Watermarking Techniques인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 손실 없는 RGB 이미지를 대상으로 하드웨어 기반의 키리스 스테고그래피 기법을 제안하며, 메시지의 무작위 분포, 페이로드 압축, 그리고 각 채널당 하나의 최소의 상위 비트만 수정함으로써 보안성과 저장 용량을 향상시킨다. 기존의 전통적인 LSB 기법에 비해 탐지 가능성은 감소하고 임bedding 효율성은 향상된다.

ABSTRACT

This paper proposes an improved steganography approach for hiding text messages in lossless RGB images. The objective of this work is to increase the security level and to improve the storage capacity with compression techniques. The security level is increased by randomly distributing the text message over the entire image instead of clustering within specific image portions. Storage capacity is increased by utilizing all the color channels for storing information and providing the source text message compression. The degradation of the images can be minimized by changing only one least significant bit per color channel for hiding the message, incurring a very little change in the original image. Using steganography alone with simple LSB has a potential problem that the secret message is easily detectable from the histogram analysis method. To improve the security as well as the image embedding capacity indirectly, a compression based scheme is introduced. Various tests have been done to check the storage capacity and message distribution. These testes show the superiority of the proposed approach with respect to other existing approaches.

연구 동기 및 목표

• 히스토그램 분석에 의한 탐지 가능성을 방지함으로써 스테고그래픽 시스템의 보안성을 향상시키기 위해.
• 기존의 전통적인 LSB 기법을 초월하여 손실 없는 RGB 이미지에 숨겨진 메시지의 저장 용량을 증가시키기 위해.
• 각 픽셀의 색상 채널당 최소의 상위 비트만 수정함으로써 이미지 왜곡을 최소화하기 위해.
• 특정 영역에 집중시키는 대신 전체 이미지에 걸쳐 데이터를 무작위로 산산이 흩어져서 분포시키는 방식으로 메시지 분포를 개선하기 위해.
• 압축 기법을 통합하여 보안성을 훼손하지 않으면서 간접적으로 임베딩 용량을 증가시키기 위해.

제안 방법

• 해시 함수를 사용하여 전체 이미지에 걸쳐 메시지 비트의 배치를 무작위화함으로써 특정 영역에 집중되는 것을 방지한다.
• 각 픽셀의 세 가지 색상 채널(R, G, B)을 모두 활용하여 가능한 저장 공간을 극대화한다.
• 원본 텍스트 메시지는 임베딩 이전에 압축되어 효과적인 저장 용량을 증가시킨다.
• 각 픽셀당 각 색상 채널당 하나의 최소의 상위 비트만 수정되어 인지적 왜곡을 최소화한다.
• 키가 없는 방식으로, 공유 비밀 키가 필요 없이 해시 함수를 통해 키 생성 및 메시지 분포를 수행한다.
• 히스토그램 분석에 의해 감지 가능한 통계적 이상 현상을 최소화하는 방식으로 스테고그래픽 임베딩을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 손실 없는 RGB 이미지에서 히스토그램 기반 탐지 공격에 대해 스테고그래픽 보안성을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 모든 색상 채널을 활용하고 데이터 압축을 적용할 경우, 임베딩 용량은 어느 정도 증가할 수 있는가?
• RQ3 이미지 전역에 메시지 비트를 무작위로 산산이 흩어뜨리는 방식이 국소적 임베딩에 비해 탐지 가능성을 낮출 수 있는가?
• RQ4 높은 페이로드 용량을 유지하면서도 시각적 왜곡을 얼마나 효과적으로 최소화할 수 있는가?
• RQ5 기존의 LSB 기반 스테고그래픽 기법과 비교했을 때 이 방법의 성능은 어떠한가?

주요 결과

• 제안된 방법은 세 가지 색상 채널을 모두 활용하고 메시지를 임베딩하기 전에 압축함으로써 더 높은 저장 용량을 달성한다.
• 이미지 전역에 메시지 비트를 무작위로 분포시킴으로써 히스토그램 분석에 의한 탐지 가능성이 감소한다.
• 각 픽셀당 색상 채널당 하나의 최소의 상위 비트만 수정되기 때문에 이미지 품질의 최소한의 열화가 관찰된다.
• 압축 기법을 통합함으로써 보안성을 훼손하지 않으면서도 간접적으로 임베딩 용량을 증가시킨다.
• 실험 결과, 제안된 방법이 기존 방법에 비해 용량과 보안성 측면에서 뛰어난 성능을 보임을 확인하였다.
• 간단한 LSB 스테고그래피의 특징적인 통계적 패턴을 피하기 때문에 탐지 가능성은 효과적으로 감소한다.