УСТРОЙСТВО СОКРЫТИЯ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2015 года по МПК H04L9/00 H04K3/00 

Изобретение относится к электросвязи и вычислительной технике, к области способов и устройств стеганографического преобразования данных, и может быть использовано в связных, вычислительных и информационных системах для стеганографического сокрытия информации при обмене данных правительственными, правоохранительными, оборонными, банковскими и промышленными учреждениями, когда возникает необходимость хранения и передачи конфиденциальной информации.

В качестве аналога изобретения может быть рассмотрено известное устройство радиомаскировки [1], которое содержит генератор шума, состоящий из системы двух связанных генераторов, емкостного элемента связи между ними, излучающей антенны и источника низкочастотного шума. Первый генератор содержит нелинейный усилитель, линию задержки и инерционную цепь автосмещения. Выход нелинейного усилителя соединен со входом через линию задержки, инерционная цепь автосмещения включена между общим электродом активного элемента нелинейного генератора и общей шиной. Второй генератор содержит нелинейный усилитель и регулируемую линию задержки. Выход нелинейного усилителя соединен со входом через регулируемую линию задержки. Линия задержки обеспечивает регулировку положения собственных частот этого генератора. Выход первого генератора соединен со входом второго генератора с помощью емкостного элемента связи. Элементом колебательной системы является излучающая антенна типа магнитный диполь. Вход первого генератора соединен с выходом низкочастотного источника шума.

Недостатком известного устройства является генерирование шума приемной стороной, что ограничивает зону действия радиомаскировки, а также использование принципа аддитивного наложения, что снижает его устойчивость к атакам.

Известно устройство [2, рис. 7.1] (прототип) сокрытия информации в аудиосигналах, содержащее кодер и декодер. Кодер содержит функциональный преобразователь, к первому входу которого подключен вход кодера, а ко второму входу подключен выход генератора случайных чисел, сумматор, к первому входу которого подключен вход кодера, ко второму входу подключен выход функционального преобразователя, а выход подключен к выходу кодера. Вход декодера подключен к первому входу функционального преобразователя и ко второму входу первого умножителя, выход генератора случайных чисел подключен к первому входу первого умножителя, ко второму входу функционального преобразователя и ко второму входу второго умножителя, выход функционального преобразователя подключен к первому входу второго умножителя, выход первого умножителя подключен к блоку анализа статистики, выход которого подключен к первому входу порогового устройства, выход второго умножителя подключен ко второму входу порогового устройства, выход порогового устройства является выходом устройства.

Недостатком прототипа является невозможность восстановления скрытой информации в полном объеме, так как результатом работы устройства является принятие решения о наличии скрытой информации.

Цель изобретения - увеличение скрытности и точности восстановления информации.

С этой целью в известное устройство, содержащее блок формирования маскирующего сигнала, первый и второй блоки памяти ключей, и блок передачи информации, введен блок ослабления сигнала, к входу которого подключен вход устройства, выход блока ослабления сигнала подключен к первому входу блока вычитания, к первому входу первого блока суммирования и к первому входу второго блока суммирования, первый выход первого блока памяти ключей подключен ко второму входу первого блока суммирования, второй выход подключен к первому входу третьего блока суммирования, третий выход подключен ко второму входу блока вычитания, выход блока формирования маскирующего сигнала подключен ко второму входу первого блока умножения и ко второму входу второго блока умножения, выход блока вычитания подключен ко второму входу третьего блока суммирования и ко второму входу четвертого блока суммирования, выход первого блока суммирования подключен к первому входу первого блока умножения, выход третьего блока суммирования подключен к первому входу второго блока умножения, выход первого блока умножения подключен ко второму входу второго блока суммирования, выход второго блока умножения подключен к первому входу четвертого блока суммирования, выход второго блока суммирования подключен к первому входу блока передачи информации, выход четвертого блока суммирования подключен ко второму входу блока передачи информации, первый выход блока передачи информации подключен к первому входу третьего блока умножения и к первому входу пятого блока суммирования, второй выход блока передачи информации подключен к первому входу четвертого блока умножения и ко второму входу пятого блока суммирования, первый выход второго блока памяти ключей подключен к первому входу блока формирования коэффициентов, второй выход подключен ко второму входу блока формирования коэффициентов, третий выход подключен к третьему входу блока формирования коэффициентов, первый выход блока формирования коэффициентов подключен к второму входу третьего блока умножения, второй выход подключен к второму входу четвертого блока умножения, третий выход подключен к третьему входу шестого блока суммирования, четвертый выход подключен к третьему входу пятого блока суммирования, выход третьего блока умножения подключен к первому входу шестого блока суммирования, выход четвертого блока умножения подключен ко второму входу шестого блока суммирования, выход шестого блока суммирования подключен к первому входу блока деления, выход пятого блока суммирования подключен ко второму входу блока деления, выход блока деления является выходом устройства.

Техническими результатами, которые будут получены при использовании изобретения, является устройство сокрытия информации, позволяющее маскировать полезный сигнал в произвольном шумовом сигнале при соотношении сигнал/шум меньше 0,1 и восстанавливать в полном объеме скрытую информацию принимаемой стороной.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства сокрытия информации. Устройство содержит блок ослабления сигнала 1, первый и второй блоки памяти ключей 2 и 12, блок формирования маскирующего сигнала 3, блок вычитания 4, шесть блоков суммирования соответственно 5, 9, 6, 10, 17 и 16, четыре блока умножения соответственно 7, 8, 14 и 15, блок устройства передачи информации 11, блок формирования коэффициентов 13, блок деления 18.

На фиг. 2 приведены зависимости от времени отсчетов двух сигналов y₁(n) и y₂(n), и маскирующего сигнала z(n).

На фиг. 3 приведен спектр скрываемого сигнала.

На фиг. 4 приведен спектр сигнала на выходе блока суммирования 9.

На фиг. 5 приведен спектр сигнала на выходе блока суммирования 10.

На фиг. 6 показана гистограмма распределения плотности вероятности маскирующего сигнала.

На фиг. 7 показана гистограмма распределения плотности вероятности сигнала на выходе блока суммирования 9.

На фиг. 6 показана гистограмма распределения плотности вероятности сигнала на выходе блока суммирования 10.

Устройство работает следующим образом.

Скрываемый сигнал поступает на блок ослабления сигнала 2, где формируется первый сигнал y₁:

где y(n) отсчеты скрываемого сигнала.

Второй сигнал формируется в блоке 4 с использованием первого сигнала:

где К₁ - значение первого ключа, хранящееся в блоке памяти ключей 3.

Значение первого ключа является контрольной суммой, которая связывает сигналы (1) и (2) [3]. Блок 1 формирует случайный сигнал, который необходим для маскировки полученных двух сигналов.

Общий вид стеганографического преобразования описывается следующими выражениями:

где z - отсчеты маскирующего сигнала;

y - отсчеты скрываемых данных;

φ - функция стеганографического преобразования.

Устройство реализует линейную модель стеганографического преобразования. Функция стеганографического преобразования имеет следующий вид:

где К₂ и K₃ - ключи стеганографического преобразования.

Отсчеты сигналов, которые подаются на входы устройства передачи информации 11, описываются следующим образом:

Система уравнений (5) является математической моделью кодера. В обоих уравнениях (5) используются одни и те же отсчеты маскирующего сигнала. Передача двух сигналов осуществляется с помощью известных устройств передачи информации, например устройств передачи стереофонического аудиосигнала, квадратурно-амплитудно-модулированного сигнала и других устройств.

Отношение значений встраиваемых данных к значениям маскирующих сигналов может быть много меньше единицы, как это показано на фиг. 2. Полученные сигналы (5) являются заполненным стегоконтейнером. Отличительной особенностью сформированного в соответствии с (5) контейнера является наличие двух сигналов, имеющих в своем составе общую маскирующую компоненту. Эта особенность позволяет использовать для вскрытия контейнера функциональные сжимающие отображения [3].

Рассмотрим эффективность маскировки скрываемого сигнала. Возьмем в качестве скрываемого сигнала гармоническое колебание, а в качестве маскирующего случайный сигнал с равномерным распределением плотности вероятности. Сформируем первый и второй сигналы. Вид сигналов приведен на фиг. 2.

Сравним спектры скрываемого сигнала (фиг. 3) и сигналов после стеганографического преобразования (фиг. 4 и 5). Видно, что гармоника скрываемого сигнала в спектрах сигналов контейнера не выделяется.

Сравним плотности распределения вероятностей маскирующего сигнала и сигналов после стеганографического преобразования. На фиг. 6 показана плотность распределения вероятности маскирующего сигнала. Распределения плотности вероятности сигналов контейнера показаны на фиг. 7 и фиг. 8. Видно, что после встраивания скрываемого сигнала в контейнер полоса, занимаемая гистограммами сигналов контейнера, не увеличивается.

Сигналы после преобразования попадают в блок передачи информации 11. Данный блок подразумевает систему передачи информации, включающую в себя устройства преобразования сигнала, передающие и приемные устройства, и линию передачи информации. В качестве примера системы передачи информации, реализующей одновременную передачу двух сигналов по одному каналу связи, можно рассмотреть систему, использующую квадратурную амплитудную модуляцию сигнала [4] с последующей демодуляцией.

Извлечение скрываемого сигнала выполняется с помощью обратного стеганографического преобразования. Для извлечения скрываемого сигнала принимающей стороной необходимо знать значения ключей К₁, К₂ и K₃.

Извлечение скрываемой информации из контейнера (5) выполняется с помощью сжимающих преобразований. Восстановление двух сигналов (1) и (2) из контейнера выполняется с помощью следующих выражений [3]:

Затем восстанавливается скрытый сигнал:

Объединяя выражения (6) и (7) получим:

где коэффициенты k формируются в блоке 13 по значениям ключей К следующим образом:

k₁=2(K₁+K₃); k₂=2К₂; k₃=2K₁K₂;

Выражение (8) является математической моделью декодера и реализуется с помощью блоков 14-18 (фиг. 1).

Выходной сигнал декодера, при отсутствии помех в блоке 11 и ошибок квантования при выполнении вычислений, соответствует скрываемому сигналу с абсолютной точностью.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет эффективно маскировать скрываемый сигнал в произвольном шумовом сигнале и передавать его по линии связи с последующим восстановлением.

Источники информации

1. Патент на изобретение №2170493. Российская федерация, МПК Н04К. Устройство радиомаскировки / В.А. Безруков, В.П. Иванов, B.C. Калашников, М.Н. Лебедев // (Россия); заявл. 15.05.2000; опубл. 15.05.2001.

2. Грибунин В.Г. Цифровая стеганография / В.Г. Грибунин, И.Н. Оков, И.В. Туринцев. - М.: Солон-Пресс. 2002. - 272 с.

3. Шакурский, В.К. Алгоритм коррекции многофакторной дополнительной погрешности измерительных преобразователей / В.К. Шакурский // Приборы и системы управления. - 1996. - №7. - С. 20-23.

4. Сергиенко, А.Б. Цифровая обработка сигналов / А.Б. Сергиенко //. - СПб.: Питер, 2005. - 604 с.

Изобретение относится к области электросвязи, а именно к способу стеганографического преобразования данных, и может быть использовано в связных, вычислительных и информационных системах для стеганографического сокрытия информации при обмене данными правительственными, правоохранительными, оборонными, банковскими и промышленными учреждениями, когда возникает необходимость хранения и передачи конфиденциальной информации. Технический результат - увеличение скрытности и точности восстановления скрываемого сигнала. Устройство сокрытия информации содержит: блок ослабления сигнала, два блока памяти ключей, блок формирования маскирующего сигнала, блок вычитания, шесть блоков суммирования, четыре блока умножения, блок устройства передачи информации, блок формирования коэффициентов, блок деления. 8 ил

Устройство сокрытия информации, содержащее блок формирования маскирующего сигнала, первый и второй блоки памяти ключей и блок передачи информации, отличающееся тем, что, с целью увеличения скрытности и точности восстановления скрываемого сигнала, в устройство введен блок ослабления сигнала, к входу которого подключен вход устройства, выход блока ослабления сигнала подключен к первому входу блока вычитания, к первому входу первого блока суммирования и к первому входу второго блока суммирования, первый выход первого блока памяти ключей подключен ко второму входу первого блока суммирования, второй выход подключен к первому входу третьего блока суммирования, третий выход подключен ко второму входу блока вычитания, выход блока формирования маскирующего сигнала подключен ко второму входу первого блока умножения и ко второму входу второго блока умножения, выход блока вычитания подключен ко второму входу третьего блока суммирования и ко второму входу четвертого блока суммирования, выход первого блока суммирования подключен к первому входу первого блока умножения, выход третьего блока суммирования подключен к первому входу второго блока умножения, выход первого блока умножения подключен ко второму входу второго блока суммирования, выход второго блока умножения подключен к первому входу четвертого блока суммирования, выход второго блока суммирования подключен к первому входу блока передачи информации, выход четвертого блока суммирования подключен ко второму входу блока передачи информации, первый выход блока передачи информации подключен к первому входу третьего блока умножения и к первому входу пятого блока суммирования, второй выход блока передачи информации подключен к первому входу четвертого блока умножения и ко второму входу пятого блока суммирования, первый выход второго блока памяти ключей подключен к первому входу блока формирования коэффициентов, второй выход подключен ко второму входу блока формирования коэффициентов, третий выход подключен к третьему входу блока формирования коэффициентов, первый выход блока формирования коэффициентов подключен ко второму входу третьего блока умножения, второй выход подключен ко второму входу четвертого блока умножения, третий выход подключен к третьему входу шестого блока суммирования, четвертый выход подключен к третьему входу пятого блока суммирования, выход третьего блока умножения подключен к первому входу шестого блока суммирования, выход четвертого блока умножения подключен ко второму входу шестого блока суммирования, выход шестого блока суммирования подключен к первому входу блока деления, выход пятого блока суммирования подключен ко второму входу блока деления, выход блока деления является выходом устройства.