Andrew Kozlík @

Steganografie a digitální média, ZS 2018/19

---

Zkouška

Seznam zkouškových otázek.

Zkouška je ústní. Vylosujete si dvě otázky a dostanete čas na přípravu poznámek. Nepodaří-li se vám jednu z otázek dostatečně zodpovědět, anebo bude-li známka nerozhodná, dostanete navíc třetí otázku.

Obsah přednášek

Čísla v závorkách odkazují na kapitoly v knize Steganography in digital media. Většinu témat, která nejsou označena číslem kapitoly, najdete v provizorních skriptech. Články slouží jako doplňující literatura a měly by být přístupné ze školních IP adres.

Přednáška 8. 1. 2019

Vkládání pomocí Viterbiho algoritmu. Slajdy.

Přednáška 18. 12. 2018

Perfektní kódy a horní mez na efektivitu vkládání. Součtově a rozdílově pokrývací množiny. Slajdy. Věta o mokrém nosiči. Slajdy.

Přednáška 11. 12. 2018

Entropická funkce a její vztah k objemu koule v Hammingově metrice. Spodní mez na pokrývací poloměr v závislosti na relativní kapacitě.

Přednáška 4. 12. 2018

Obecná definice maticového vkládání. Algoritmus maticového vkládání využívající minimum-distance dekodér. Slajdy. Věta o maticovém vkládání.

Přednáška 27. 11. 2018

Vkládání při redukci barevné hloubky. Efektivita vkládání při redukci barevné hloubky. Úvod do maticového vkládání. Maticové vkládání pomocí Hammingových kódů.

Přednáška 20. 11. 2018

Steganografie v paletových obrázcích – dokončení. (7.1.1) Stegosystém zachovávající model nosiče, stegosystém OutGuess. (7.3.1) ±1 embedding a (11.4) hlavní myšlenka útoku na ±1 embedding. (7.3.2) Algoritmus vkládání využívaný ve stegosystému F5.

Přednáška 13. 11. 2018

Steganografie v paletových obrázcích – pokračování.

Útok na vkládání s optimálním přiřazením parity.
Xinpeng Zhang, Shuozhong Wang, Analysis of Parity Assignment Steganography in Palette Images.

Přednáška 6. 11. 2018 odpadá

Děkanský sportovní den.

Přednáška 30. 10. 2018

(11.1.3) Sample pairs analysis.
S. Dumitrescu, Xiaolin Wu, Zhe Wang, Detection of LSB steganography via sample pair analysis.
A. D. Ker, A General Framework for Structural Steganalysis of LSB Replacement.

Steganografie v paletových obrázcích. Slajdy.

Přednáška 23. 10. 2018

(5.1) LSB embedding. (5.1.1) Histogramový útok na LSB embedding. (5.1.2) Kvantitativní útok na Jsteg.

Přednáška 16. 10. 2018

Dokončení formátu JPEG. (3.3–3.5) Akvizice digitálního obrazu (Bayerův filtr, zpracování obrazu, šum).

Přednáška 9. 10. 2018

(2.2.1, 2.2.2) Formátování digitálního obrazu (rastrový a paletový formát). (2.3.1–2.3.6) Formát JPEG.

Přednáška 2. 10. 2018

(1.1) Trocha historie. (1.2.1, 1.2.2, 1.2.4) Co je to steganografie a čím se liší od vodoznaku. (4.1–4.3) Steganografický kanál. (2.1) Reprezentace barev v digitálním obrazu.

Literatura

Provizorní skripta. (Poslední aktualizace 8.1.2019, oprava v algoritmu 5.3.)

J. Fridrich, Steganography in digital media: principles, algorithms, and applications. New York: Cambridge University Press, 2010. ISBN 05-211-9019-3.

Steganografie v paletových obrázcích (slajdy).

Maticové vkládání (slajdy).

Součtově a rozdílově pokrývací množiny (slajdy).

Psaní na mokrý papír (slajdy).

Vkládání pomocí Viterbiho algoritmu (slajdy).

libjpeg

Libjpeg je knihovna jazyka C, která slouží ke zpracování obrázků ve formátu JPEG a umožňuje zasahovat přímo do jeho DCT koeficientů. Na Ubuntu ji najdete v balíčku libjpeg-dev. Vzhledem k tomu, že seznámit se s rozhraním knihovny není úplně jednoduché, doporučuji použít jednu z následujících nástaveb.

1. Jednoduchý C++ wrapper, se kterým můžete snadno číst a upravovat DCT koeficienty. Ke stažení zde. Součástí je ukázkový program jpeginfo, kterým můžete vypsat DCT koeficienty libovolné komponenty.
2. Phil Sallee's MATLAB Jpeg Toolbox, který funguje v Matlabu i v GNU Octave.

Ukázkové materiály

Rozklad barev na složky

• Rozklad obrázku na RGB a CMY
• Rozklad na YCbCr a snížení rozlišení barvonosných složek na 1/10 v obou směrech
• Porovnání originálního obrázku a obrázku se sníženým rozlišením barvonosných složek

Snížení hloubky barev

• Srovnání zaokrouhlování a chybové difuze při použití systémové a vlastní palety
• Další srovnání zaokrouhlování a chybové difuze (zdroj: Wikipedia)
• Porovnání různých metod chybové difuze (zdroj: Wikipedia)

JPEG

• JPEG sekvenční vs. progresivní
• Diskrétní kosínová transformace (Mathematica Notebook)
• Histogram kvantizovaných DCT koeficientů jasové složky fotografie JPEG s q = 85
• Histogram kvantizovaných DCT koeficientů náhodného šumu s q = 85

Bayerův filtr a demozaikování

• Bayerův filtr
• Demozaikování pomocí jednoduché interpolace
• Demozaikování pomocí funkce ImageDemosaic v Mathematice

LSB embedding

• LSB embedding v rastrovém formátu, pohled na LSB vrstvu nosiče a stegoobrázku s α = 1
• LSB embedding v rastrovém formátu, histogram nosiče a stegoobrázku s α = 1
• LSB embedding v JPEGu do všech DCT koeficientů
• LSB embedding v JPEGu do všech DCT koeficientů jasové složky
• LSB embedding v JPEGu do všech DCT koeficientů barvonosných složek
• LSB embedding v JPEGu do všech DCT koeficientů kromě těch s hodnotami 0 a 1
• LSB embedding v JPEGu do všech DCT koeficientů kromě těch s hodnotami 0 a 1, histogram

Sample pairs analysis

• Histogram rozdílů mezi sousedními pixely v rastrovém nosiči
• Histogram rozdílů mezi sousedními pixely ve stegoobrázku, pro LSB embedding s α = 1

Vkládání do paletových obrázků

• Porovnání různých metod vkládání v paletovém obrázku s 255 barvami (nahoře) a 23 barvami (dole)
• Adaptivní vkládání s optimálním přiřazením parity do bloků 3×3 s texturou ≥ 3
• Adaptivní vkládání s optimálním přiřazením parity do bloků 3×3 s texturou ≥ 4
• Útok na vkládání s optimálním přiřazením parity (Mathematica Notebook)

Porovnání RGB a Lab metriky při vkládání s optimálním přiřazením parity

• Nosič s 23 barvami
• Optimální přiřazení parity v paletě s 23 barvami (RGB metrika)
• Stegoobrázek s 23 barvami, RGB metrika, α = 1
• Optimální přiřazení parity v paletě s 23 barvami (Lab metrika)
• Stegoobrázek s 23 barvami, Lab metrika, α = 1

• Nosič s 255 barvami
• Optimální přiřazení parity v paletě s 255 barvami (RGB metrika)
• Stegoobrázek s 255 barvami, RGB metrika, α = 1
• Optimální přiřazení parity v paletě s 255 barvami (Lab metrika)
• Stegoobrázek s 255 barvami, Lab metrika, α = 1

Odkazy

• Specifikace formátu JPEG
• G. K. Wallace, The JPEG still picture compression standard
• Specifikace formátu GIF89a
• Specifikace formátu PNG
• Feature Extractors for Steganalysis

---