Steganographie: Einbettungs- und Analysetechniken

Final Report Abstract

Steganographie, die Kunst der verdeckten Kommunikation, wird schon seit dem Altertum angewendet, um vertrauliche Nachrichten In unscheinbaren Trägermedien zu verbergen. Im Gegensatz zur Kryptographie wird damit eine weitere Stufe der Geheimhaltung erreicht: das Verbergen der Existenz der vertraulichen Nachricht. Wie jedoch erfolgreiche Angriffe in der Vergangenheit gezeigt haben, ist die Realisierung eines sicheren steganographischen Systems schwierig. Das Einbringen einer geheimen Nachricht kann zwar nicht direkt wahrnehmbar sein, die Unterschiede zwischen Cover- und Stegodaten lassen sich meist jedoch mit aktuellen statistischen Analyseverfahren aufdecken. Prinzipiell ist es schwierig, sämtliche statistische Merkmale während des EInbettens zu erhalten. Beim Entwurf eines steganographischen Schemas ist es deshalb wichtig, darauf zu achten, dass der Einbettungsalgorithmus das Cover entweder nur geringfügig verändert oder einen üblichen, datenverändernden Prozess nachbildet. Zusätzlich sollten Änderungen nur in dafür geeigneten Bereichen vorgenommen werden. Zur Umsetzung dieser Ziele wurden im Projekt folgende Schwerpunkte gesetzt: • Untersuchung von Dekodierungsalgorithmen aus der Kodierungstheorie zur Minimierung der Änderungsrate und zum Einbetten unter Ausschluss von gewählten Stellen des Trägermediums und • Entwurf von Einbettungsalgqrithmen durch Nachbildung plausibler Änderungen einschließlich einer Sicherheitsanalyse. Im Rahmen des ersten Schwerpunkts wurde die Syndromkodierung basierend auf den beiden Klassen BCH- und LDGM-Kodes untersucht. Ein wichtiges Ziel war dabei die Maximierung der Einbettungseffizienz, d. h. die Anzahl der zum Einbetten einer Nachricht notwendigen Änderungen am Trägermedium zu minimieren. Der Ansatz basierend auf den BCH-Kodes [SW06; SW07] konnte die Einbettungseffizienz gegenüber den State-of-the-Art-Ansätzen deutlich steigern. Zusätzlich wurden Strategien zur Reduktion der Einbettungskomplexität entwickelt [SW07]. Trotz dieser Vereinfachungen bleibt die Realisierung für große Kodewortlängen schwierig, welche zum Erreichen der theoretischen Grenze der Einbettungseffizienz notwendig sind. Eine Betrachtung von Techniken zur Kombination von LDGM Kodes mit Belief Propagation (BP) [Gün07; GSWOSb; GSWOSa] ermöglicht eine zelteffiziente Umsetzung eines Dekodierungsverfahrensfür große Kodewortlängen. Der zweite Schwerpunkt befasste sich mit dem Entwurf von Einbettungsalgorlthmen durch Nachbilden plausibler Änderungen. Die Einbettung mit dem entwickelten Algorithmus ECAP (Embedding Considering Adjacent Pixels) erfolgt unter Beachtung von bestehenden Korrelationen zwischen benachbarten Pixeln. Die Abhängigkeiten werden dabei anhand von wiederholten Digitalisierungen derselben Vorlage geschätzt. Durch umfangreiche steganalytische Untersuchungen konnte die erreichte Sicherheit im Vergleich zu anderen wichtigen steganographischen Ansätzen gezeigt werden. Die im Rahmen des Projekts entwickelten und auf internationalen Fachtagungen veröffentlichten Methoden [SW06; SW07; GSWOSb; GSWOSa; FS05; FraOS] belegen die erfolgreiche Durchführung des Forschungsprojekts.

Publications

• Dagmar Schönfeld und Antje Winkler. Embedding with syndrome coding based on BCH codes. In Proceedings of the Multimedia and Security Workshop 2006, MM&Sec'06, Geneva, Switzerland, S. 214-223, 2006.
  
  
• Dagmar Schönfeld und Antje Winkler. Reducing the complexity of syndrome coding for embedding. In T Furon, F Cayre, G. Doen-, und R Bas, Hrsg., Proceedings of 9th International Workshop Information Hiding, IH2007, Saint Malo, France. Bd. LNCS 4567, S. 145-158. Springer Verlag, 2007
  
  
• Elke Franz und Antje Schneidewind. Pre-processing for adding noise steganography. In Mauro Barni, Jordi Herrera-Joancomarti, Stefan Katzenbeisser, und Fernando Pörez-Gonzälez, Hrsg., Proceedings of 7th international Workshop on Information Hiding, IH 2005, Barcelona, Spain. Bd. LNCS 3727, S. 189-203, Berlin, Heidelberg, 2005. Springer Verlag,
  
  
• Elke Franz. Embedding considering dependencies between pixels. In Edward J, Delp, Ping Wah Wong, Jana Dittmann, und Nasir Memon, Hrsg., Proceet^ings of SPlE-tS&TElectronic Imaging: Security, Forensics, Steganography, and Watermarking of Multimedia Contents X, Bd. 6819, S. 6819-49, 2008,
  
  
• Peter Günther, Dagmar Schönfeld, und Antje Winkler. Efficient implementation of belief propagation for lossy source compression with LDGM codes. In Proceedings of 7th International ITG Conference on Source and Channel Coding (SCC'08). VDE Verlag, 2008.
  
  
• Peter Günther, Dagmar Schönfeld, und Antje Winkler. Reduced embedding complexity using BP message passing for LDGM codes. In Edward J. Delp, Ping Wah Wong, Jana Dittmann, und Nasir Memon, Hrsg., Proceedings of SPIE-IS&TElectronic Imaging: Security, Forensics, Steganography and Watermarking of tVlultimedia Contents X, Bd. 6819, S. 681919, 2008.