Вестник Военного инновационного технополиса «ЭРА», 2023, T. 4, № 4, стр. 376-378

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивное развитие технологий цифровой обработки сигналов, постоянное совершенствование вычислительной техники и конвергенция телекоммуникационных сетей ставят решение задачи конфиденциальности данных, а также надежной защиты передаваемой информации и прав на нее на одно из приоритетных мест. Среди прочих перспективных направлений обеспечения информационной безопасности все большей популярностью пользуется цифровая стеганография, приобретающая особенную актуальность в ситуациях, когда использование криптографических методов и средств невозможно или нецелесообразно.

Анализ отечественной и иностранной литературы [1–7], относящейся к области цифровой стеганографии, показал, что в большинстве известных методов построения скрытых каналов рассмотрено противоречие между скрытой пропускной способностью C_стег, скрытностью встраивания U и достоверностью приема P_ош (рис. 1).

Главным ограничением пропускной способности C_стег являются размер используемого контейнера и вносимые в него допустимые искажения, при которых выполняется требование к скрытности встраивания U_треб. Поскольку во время встраивания и извлечения данных над ними проводятся различные операции, в том числе с потерями, требуемый уровень достоверности P_треб достигается внесением избыточности, которая приводит к снижению скрытой пропускной способности C_стег.

Данный подход к оценке параметров стегосистемы в основном применим для скрытых каналов передачи трафика нереального времени и не учитывает дополнительные ошибки в канале-доноре, служащем для передачи контейнера. В случае, когда требуется повышение пропускной способности скрытого канала, в качестве контейнера используются видеоданные, так как они обладают большой избыточностью.

Из известных методов цифровой стеганографии [1–7] в качестве прототипа был выбран метод скрытой передачи информации в видеоданных с кодовым разделением, представленный в [8]. Использование указанного метода позволяет решить вопрос с организацией множественного доступа к скрытому каналу. Развитие данного метода [9, 10] изначально велось в направлении увеличения скрытой пропускной способности и учета изменения емкости видеоконтейнера в зависимости от динамики видеопотока. Однако при использовании в качестве канала-донора для скрытой передачи канала телевизионного вещания стала очевидной необходимость учета дополнительных параметров качества связи, относящегося к трафику реального времени.

При организации скрытой передачи данных основные ограничения определяются требованиями к качеству связи в канале-доноре. Результаты оценки скрытности встраивания и скрытой пропускной способности были получены в [8–10]. Однако для потокового трафика не менее важным является учет временных задержек.

При этом исходя из выбранного способа встраивания данных необходимо ввести ограничение по времени кодирования скрываемых данных t_стег в канале-доноре, которое должно учитывать не только время доставки пакетов в канале-доноре t_дост:

но и частоту следования I-кадров F_i-кадр, в которые осуществляется встраивание

Дополнительное ограничение накладывает время доставки скрываемых сообщений ${{t}_{{{\text{дост}}}}}_{{_{{{\text{стег}}}}}}$:

Расчет вычислительной сложности алгоритмов встраивания и извлечения данных [11] позволил получить оценку числа простейших операций в зависимости от качества картинки видеопотока. Так, число выполняемых операций при встраивании данных в видеопоток HD-качества примерно в 5 раз больше, чем для видеопотока SD-качества. Увеличение числа выполняемых операций приводит к пропорциональному возрастанию времени их выполнения или требует использования более мощных ПЛИС для построения стегокодера. Полученные результаты позволили сформировать минимальные требования к производительности ПЛИС для реализации алгоритма встраивания извлечения μ = 1200 MIPS (Million of Instructions Per Second – миллион команд в секунду) для видеопотока HD-качества в канале-доноре.

При реализации выбранного способа скрытой передачи в работе дополнительно были учтены ошибки в канале-доноре, влияющие как на целостность передаваемого контейнера, так и на появление ошибок в скрываемых данных.

Представленные на рис. 2 результаты оценки Ber скрываемых данных свидетельствуют о нарушении качества видеоконтейнера в канале связи с вероятностью ошибки на бит менее 10^–6. При этом увеличение ошибок на один порядок приводит к нарушению скрываемых данных, а при ухудшении на два порядка и более – к невозможности открытия контейнера и потере скрываемых данных.

На рис. 3 представлена оценка вероятности потери пакета скрываемых данных Per_стег от вероятности потери пакета в канале-доноре Per.

Единичная потеря пакетов данных не приводит к потере пакета скрываемых данных, так как они разнесены в спектральной области блока I‑кадра видеоконтейнера, однако в случае потери служебного пакета при Per 10^–2 наблюдается потеря части кадров со встроенными с ними данными. Полученные результаты позволяют сформировать требования к каналу-донору по вероятности потери пакета Per не хуже 10^–3 и вероятности ошибки на бит Ber не хуже 10^–6.

Таким образом, представленные результаты свидетельствуют о необходимости учета дополнительных параметров Qos (время доставки пакета, вероятность битовой ошибки, вероятность потери пакета) как в канале-доноре, так и в скрытом канале, и позволяют сформировать практические рекомендации по организации скрытой передачи в структуре видеоданных.