Bir Steganografi Sisteminin FPGA Üzerinde Gerçeklenmesi Betül ELÇİ, Berna ÖRS, Volkan DALMIŞLI

Transkript

1 Br Stegaograf Sstem FPGA Üzerde Gerçekemes Betü ELÇİ, Bera ÖRS, Voka DALMIŞLI Özet Bu çaışmada, öceke stegaograf çerğ ve uyguama aaarı ceemştr. İk oarak br köe saçıı kazıtıarak, bg dövme şekde köe kafa derse şemes ve köe saçı yeter kadar uzadığıda bg tekrar ede edmes e başaya, ver gzeme bm oarak adadırıa stegaograf, güümüzde tekook geşmeere çok er boyutara uaşmıştır. Very gzerke ve very tekrar ede ederke kuaıa yötemer her geçe gü geşme göstermektedr. Böyece ver e güve şekde etm sağamaya çaışımaktadır. Bu çaışmada ceee üç stegaograf yötem uyguamıştır. Bu yötemer gerçekerke VHDL doaım taımama d kuımıştır. Stegaograf sstem FPGA üzerde tasarımı ve gerçekemes sağamıştır. Gerçekee üç yötem souçarı kıyasaarak avataarı ve dezavataarı yorumamıştır. Aahtar Kemeer Stegaograf, FPGA, VHDL I. GİRİŞ u çaışmada, stegaograf sstem FPGA üzerde Btasarımı ve gerçekemes sağamıştır. Esk Yuacada gzemş yazı aamıa gee stegaograf, bg görüürüğüü gzeme bme vere smdr []. Güümüzde karşıaşıa e büyük yaış aama stegaograf şfreeme e karıştırımasıdır. Very gzeme saatı oarak be bu bm şfreemeye göre e büyük üstüüğü bgy göre br kmse gördüğü şey çde öem br bg oduğuu fark edemyor omasıdır, böyece çde br bg aramaz oysa br şfre mesa, çözmes zor osa be, gzem doayısıya g çeker. Çükü br bg gzedğ bedr [3]. Güümüzde stegaograf bm sayesde ses, vdeo, resm dosyaarıa, dsketere ve habereşme kaaarıa stee ver gzeebmektedr []. Çaışmada stegaograf resm aaıdak uyguamaarı doaımsa oarak gerçekemştr. Stegaografde resm çe ver gzerke e çok kuaıa yötem resm ouştura pkseer e aamsız bter kuaıdığı uyguamaardır. Buu ede e düşük aamı btte yapıa değşkker sa gözüü fark edememesdr. Ya e aamsız btere sakaa very çere resme, esas resm ya yaa kouduğuda göze görüür hçbr fark yoktur. B. Eç İstabu Tekk Üverstes öğrecsdr. B. Örs Istabu Tekk Uverstes, Eektrk-Eektrok Fakutes, Eektrok ve Haberesme Muhedsg Boumu, Masak, Istabu da Yardımcı Doçet Dr. oarak görev yapmaktadır. Te: , Fax: , ur: www2.tu.edu.tr/~orss. V. Damışı İstabu Tekk Üverstes öğrecsdr. Bu durumda yoa çıkıarak stegaografde resm çe ver gzerke çeşt yötemer geştrmştr []. Bu çaışmada bu yötemerde üç taes kuaımıştır. Buarda brcsde br resm ouştura tüm pkseer so bter değştrmş ve bu değşm br fark yaratmadığı aaşımış, kcsde k pksede başaarak ver gzemş daha sora da ayı şekde çözümemes yapımıştır. So yötemde se ver hag pkseere gzeeceğ berte br stegaografk aahtar kuaıarak ver gzemş ve tekrar ede edmştr. II. STEGANOGRAFİ Stegaograf very gzeme ve zararsız taşıyıcıara very taşımaı saatıdır []. Keme aamı oarak köker ve γραφειν ye at omakta ve Yua afabesde gemekte oup kapamış yazı aamıa gemektedr. Yuaca stegaos sözcüğü gz, sakı ve graf sözcüğü çzm ya da yazım demektr. Bu saat var oa very gzemede brçok gz habereşme tekğ kuamaktadır. Stegaograf esk br e saatı omasıa rağme güümüzde bgsayar tekoosye ye br çerk kazamıştır. Bgsayar tabaı stegaograf tekkerye very ye gzeme tekker geştrmştr. Bger met formuda, sayısa ve 0 oarak ya da başka çeşterde etme geçerke ver kme at oduğuu berte br çeşt parmak z bırakırar. Stegaograf br çeşt krptograf yötem gb düşüüebr. Her ks de habereşme sırasıda kaydedmş verye bg ekeyerek çaışırar. Krptograf tekker bgy ber agortmaara dayaarak şfreeyp güve br örtü yaratmayı amaçar. Stegaograf se krptografde farkı oarak very örterek gzemey sağar. krptografde şfre met oarak adadırdığımız örtüü yapı dkkat çekebrke stegaografde ked gzedğde dkkat çekmemey sağar. Bu da ver güve br şekde taşıması açısıda öem ve yararı br durum ouşturmaktadır [7]. III. STEGANOGRAFİ UYGULAMASI Güümüzde resm aaıda yapıa stegaograf uyguamaarıda çeşt agortmaar ve yötemer kuaımaktadır. Buarda e yaygı oaı resm ouştura pkseer e düşük aamı btde yapıa değşkker kapsar. Bu çaışmam kapsamıda bu yötemerde üç taes yer amaktadır. Bdrer Ktabý Proceedgs Araýk December 2008 Akara / TÜRKİYE 73

2 A. Uyguamada Kuaıa Yötemer Çaışmada resm ouşturua pkseer so btde yapıa değşkkere üç yötem gerçekemştr. Gerçekeme aşamasıda sora ede ede resmere esas resmere kıyasadığıda gerçekte göze görüür br fark omadığı ortaya çıkmıştır. Çaışma esasıda e yüksek verm aıabmes ç resmer ç kayıpsız br sıkıştırma agortması oa btmap formatı seçmştr. ) E Düşük Aamı Bter Tümüü Değştrmes Yötem Bu yöteme stegaograf kapsamıda aatıaarı gerçekeyerek gerçekte kuaıa ve değşe resmer arasıda fark omadığıı görümes sağamıştır. Öceke resmer pkseerde ouştuğu ve matrs hade bu pkseer dzdğ ç br met dosyasıa aktarım şem yapıması gerekyordu. Buu ç wbrowse edtörü e Şek dek resm hex formatıda görümes sağamıştır. Şek F5 Uçak Resm Ouşa k resm çde pkseer çere br yapı ouşmuştur. sadece k 0 x 0 uk kısmı aımıştır. Burada 8 btk yapıarda ya b matrs görümektedr. Bu matrste her s ouşmaktadır. 8 btk bu yapıya resmde pkse ad boyutu değştkçe matrs boyutu da do pkse sayısı da değşmektedr [2]. 42 4D A C4 0E C C C C C C 86 4B C C C C C C C C C C C C5 8A 49 C2 86 4A C C C BF 8 46 BD C2 87 Şek 2 Ora resm k 0 0 ık kısmıı heksadesma formatıda Görüümü Stegaografdek e yaygı yötem oa e düşük aamı bt değştrerek uyguamasıı burada matrste gerçekemes sağamıştır. Yötemde berte yapıya göre br resm ouştura pkseer her br so bter değştrrse ya 0 se, se 0 yapıırsa ye ouşa resme esks kıyasaırsa arada göze görüür br fakı omayacağıdır [7]. Şek 2 dek kayak resm k 0 0 uk kısmıı pkseere bakacak oursak her pkse so bt se 0, 0 se yapıarak yötem gerçekemştr. Buu ç her hex yapısı kk düzede düşüümüştür. Bu şem resmdek her pksee uyguaması sağamıştır ve Şek 3 dek matrs ede edmştr. 43 4C B C5 0F C C C C C C0 87 4A C C C C C C C C C C C C4 8B C C 47 BC C3 86 mş Resm İk 0 0 uk Kısmıı Görüümü trmes ç kombezosa br devre uda sora gereke şem de resm ede etmektr. Acak bu mede öcek resme farkıı oup mektedr [2]. a devre bezetm devreye Şek değerer grş oarak vererek m pkseer so bter değşmş haye 4 dek gbdr. Şek 4 F5 Uçak Resm Bu k resmde burada da görüdüğü gb göze görüür hçbr fark yoktur. 2) Br Very E Düşük Aamı Btere Gömme ve Ede Etme Yötem Br resm ouştura tüm pkseer so bter değşm resmde fark edr br ayrım yaratmadığıda ereye stegaografk çaışmaarda bu e düşük aamı btere ver gömmeye başamıştır. Bu kouda çeşt agortmaar geştrmştr [3]. Bu çaışmada resm çe ver gzemş ve daha sora bu resm etmştr. Resm aa kuaıcı resm çe gömüdüğü gb very çıkartmış ve böyece habereşme sağamıştır. Bu yötemde very gömme şem Agortma de gösterdğ gbdr. Bu yötemde öcek yötem gb resm wbrowse edtörü gb br araç e hex formatıda gösterm sağaır ve br met Bdrer Ktabý Proceedgs Araýk December 2008 Akara / TÜRKİYE 74

3 dosyasıa kaydedr. Ede ede bu esas resm cover oarak fade edr. Esas resm baytar c oarak fade edmektedr. Stegaografk taım oarak stegaografk aahtar fades s oarak bertmştr. Resm çe gömümek stee ver bter fade etmek ç m kuaımıştır. Bu agortmaya göre ver gzerke resm ouştura k baytı so btde değşkk yapıarak ver gömümeye başaır. Ya very gömme şem k baytı e düşük aamı btde başaarak sıraya hag baytı e düşük aamı bte kadar gdyorsa yapıır. Bu çaışmada, ver gzerke afabedek harfer kk düzede karşııkarı şekde br döüşüm kuaıması gerekmektedr. Buu sağamak ç asc karakter kodamasıda yararaımıştır [2]. Karşı taraf very ede ettğde kk düze karşıığıı afabede buua 29 harf karşıığı oarak ede etmes çse Matab programıda yazıa kod parçası kuaımıştır. Örek br uyguama oarak oarak tu sözcüğüü gzemeye çaıştığımızda k oarak yapıa şem tu kemes asc karakter kodamasıda karşıığıı bumak oacaktır. Agortma Grş: c = ( c c 2 Lc, m = ( m m 2 Lm s = s s Ls for =, s c s 8 m for = +, s c Çıkış: ( 2 tu kemes asc karakter kodamasıdak karşıığı buuur. Bua göre = 69, t = 74, u = 75 şekde berer. Burada 69, 74 ve 75 şekde gördüğümüz sayıar hex formatıda yapıardır. Very resm so btere gzemek ç kk düzedek fadese htyacımız var. Bu edee tu sözcüğüü kk düzedek karşııkarı = 00 00, t = 0 000, u = 0 00 şekde berer. Buda sorak şem bu bter ver gzeeceğ resme k baytı so bterde başayarak sıraya gömmektr. Afabede buua üç harf gzemek ç her br harf 8 btk karşıığı oduğuda 24 bte htyaç vardır. Bu da resmmz k baytıda başaarak sıraya 24 baytı so btere very gzemek aamıa gemektedr. F5 uçak resm k 0 0 uk kısmıdak k bayt, 42 d. Ya şekde kk düzede fades vardır. Gzemek stedğmz tu sözcüğüü se k karakter = şekde fade edmşt. Demek k k baytı so bte ya 42 so bte karakter k bt gömümedr. 42 = oduğuda so bt 0 dır. = oduğuda k bt 0 dır. Demek k kayak resm k baytıda br değşkk omayacaktır. Ye 0 oarak kaacaktır. Bu şekde bu durum sıraya devam edecektr. Daha sorak aşama karakter kc bt oa aa resm kc baytıı so bte gömmek oacaktır. Gömmek stee 24 bt resm k baytıda başaarak 24 baytı e düşük aamı btere yereştrecektr. Burada agortmada da bertdğ gb resm bter kotro ede br yapı yoktur. Ya karakter k bt 0, ayı zamada resm k baytıı da so bt 0 dye br kotro mekazmasıa gerek yoktur. Sakamak stedğmz bg e se ou ouştura bter teker teker pkseer so btere yazdırmak yeterdr [2]. Very gömme şem bttkte sora tekrar Matab programı kuaarak bu matrs btmap formatıda resme döüştürürüz. Ye ouşa resme esks kıyasadığıda göze görüür br fark omamaktadır. Bu çde ver gömüü resm etmek stee kşye etdğde o kş bu bgye uaşması ç tekrar o bgy ede etmes gerekr. Buu ç kuaıa agortma aşağıdak gbdr. Agortma 2 s = s s Ls Grş: ( 2 m = m m Lm Çıkış: ( 2 for =, m s 8 İçe ver gzemş oa resm etmek stee kş ee geçtğde very göderede gerek bger öcede adığıda, verye uaşmak ç Agortma 2 kuaıması yeterdr. Bu gerek bg ver afabetk oarak ya da bt sayısı oarak uzuuğuu çermektedr. Ver uzuuğuu be kuaıcı, ver çerdğ bt sayısı kadar matrs ouştura baytarda başta başayarak aır. Adığı bu baytarı so bter br met dosyasıa çıkartır ve asc karakter kodamasıa göre her baytı karşıığıı afabedek harfer oarak ede etmedr [2]. Buu ç de Matab programıda her harf asc karakter kodamasıı çere br kod parçası kuaarak buu ede edmes sağaır. Güümüzde stegaograf çok faza geşme mkâı bumasıya bua karşı geştre atak türerde de geşme omuştur. Bu edee böye br ver öreğ teret ortamıda doaşırke çok da faza güve omaz. Çükü resm çde ver var mı dye baka aaz yapmak steye kş k baytı so bterde başayarak br çözümeme yapmaya çaışabr. Bu da ver güveğ öem öçüde tehdt ede br yapı ouşturur. Bu edee stegaograf resm aaıdak brçok çaışmasıda bu yötem kuaısa da sadırı ve aaz tekker de geştrmesye very gömme - çıkarma aaıda ye agortmaar geştrmştr [2,3]. Şek 5 Ver gömümede öce Bdrer Ktabý Proceedgs Araýk December 2008 Akara / TÜRKİYE 75

4 Şek 6 Ver gömüdükte sora Görüdüğü gb tu sözcüğü gömümede öce Şek 6 dak resme, gömüdükte sorak ha ya Şek 7 dek resm ya yaa koyduğumuzda göze görüemeyecek kadar değşm ouştuğuda fark edememektedr. 3) Rastgee Araık Yötem Br öcek yötem zayıf yaı etmek stee ver başkaarı tarafıda ee geçrme durumuu omasıydı. Bu htma azatmak ç geştre agortmaarda brs Rastgee Araık Yötem dr. Bu yötem br öcek yötemde farkı gzeecek ver bter k baytta başaarak sıraya e düşük aamı btere yükemeyecek omasıdadır. Rastgee Araık Yötem de hag pkseere ver gzeyeceğ ber dekemere bağıdır [2]. Bu yötemde kuaıa agortma aşağıdak gbdr. Agortma 3 Grş: c = ( c c 2 Lc, m = ( m m 2 Lm s = s s Ls Çıkış: ( 2 for =, s c Rastgee k omak üzere adet k değer berer. = k for =, = + k =, L 8 m for, s mod Bu yötem e öem özeğ ver gzerke br stegaografk aahtarı kuaımasıdır. Stegaografk aahtar ver rastgee oarak hag pkseer e düşük aamı btere gzeeceğ bertr. Burada öem oa hem very gödere hem very aa kş ç stegaografk aahtardır. İk taraf da ayı stegaografk aahtar omada ver etm sağayamazar [2]. Çaışma sırasıda stegaografk aahtar bereme de çeşt yötemer araştırımıştır. Bu yötem dahde Matab programı e rastgee sayıar üretmştr. Bu sayıarı stegaografk aahtar omasıa karar vermştr. Matab programı kuaıarak bu aahtarı üretme sebeb buu gerçekte dğer agortmaarda daha hızı ve koay br yo omasıdır. Rastgee araık yöteme dayaı oarak stegaografk aahtarı uzuuğu gzemek stee ver uzuuğu e ayı omaıdır. Bu yötemde very gömme şeme br öcek yötemdek gb başaır [2]. Burada gzemek stee ver bter ye resm pkseer e so btere gömüecektr. Yaız bu yötemde k baytta başaarak sıraya gömme şem yapmak yere hag baytara ver gzeeceğ göstere br stegaografk aahtarı kuaıdığı dekem yer amaktadır [2]. Burada sakamak stedğmz bg topam 24 btte ouşmaktadır. Bu da ouşturmamız gereke aahtarı 24 bt uzuuğuda oması gerektğ bertr. Bu stegaografk aahtar beredkte sora yöteme dayaı oarak very resm hag baytarıa sakaıdığıı bertdğ dekem 4 kuaıır. = k (4) = + k mod Bu dekemde rastgee beremş stegaografk aahtarı bua bağı oarak 4 dekem kuaarak resm hag baytarıa ver gzeeceğ berte br dstr [2]. Öreğ Matab programıı kuaarak tu sözcüğü harf gzemek ç 8 tae rastgee sayı ya 4 dekemdek k değerer beres. Bu sayıar, 3, 2, 56, 9, 0, 8, 22 şekde bered. Burada aaşıdığı gb k değerer sırasıya rastgee beree 8 değerde ouşmaktadır. Beree bu k değererde yararaarak ver gzeeceğ değerer 4 dekeme göre berer. k= = k2=3 2= + k2=4 k3=2 3= 2 + k3=6 k4=56 4= 3+ k4=72 k5=9 5= 4 + k5=8 k6=0 6= 5+ k6=9 k7=8 7= 6 + k7=09 k8=22 8= 7 + k8=3 Beree k doayısıya değerer resm bayt umaraarıı göstermş odu. Burada çıkarıması gereke souç harf gzeme şem, resm, 4, 6, 72, 8, 9, 09 ve 3 umaraı baytarıda gerçekeşmes gerektğdr. Numarası bertmş baytarı e düşük aamı btere sırasıya bter gömüür. Ayı şemer dğer karakterer ç de stegaografk aahtar ve vere dekem yardımıya hag baytara gömme şem yapıacağı bereerek uyguaır. Gömme şem rastgee araık yöteme göre gerçekemştr. İçe ver gömüe resm etmek stee yere uaştığıda bu very tekrar ede etmek ç de bu yötem dahde br agortma vardır. Burada uutumamaıdır k hem very gödere hem very aa kşerde ayı stegaografk aahtar buumaktadır [2]. Bdrer Ktabý Proceedgs Araýk December 2008 Akara / TÜRKİYE 76

5 Stegaografk aahtarı her k tarafta da oduğu kabu ede bu yötem gereğ very resmde çıkartma agortması aşağıdak gbdr. Agortma 4 s = s s Ls, k, k, 2 k m = m m Lm Grş: ( 2 Çıkış: ( 2 = k for =, = + k =, L s 8 for, m mod Agortma 4 de fade eddğ gb gömümüş very tekrar ede ederke öceke hag bayt oduğuu buuması gerekr. Bu ede aahtar değerer oa kş dekem 4 ya hag baytara ver gzedğ be hae getrdğde resmde göze görüür br fark omadığı görümüştür. Resm ouştura pkseer e aamsız bte br ver gömüüp tekrar ede etme şem yapıdı. Ya br yerde br yere ver resm aracıığıya güve br şekde taşıabeceğ ve ver tekrar gömüdüğü gb çıkarıabeceğ gösterd ve FPGA üzerde gerçeked. Yapıa araştırmaar soucuda stegaograf tekker ve bu aada kuaıa agortmaar geştkçe stegoaaz tekker de zamaa geştğ görümüştür. Bu edee bu agortmaı asıda zayıf br yaı oduğu bertmedr. Bu zayıf ya ver gömüme şem sırasıda k baytı e düşük aamı btde başaarak sıraya ver gömüme şem uyguamasıdadır. Bu edee stegaograf aaıda kuaıa başka yötemer de araştırımış ve gerçekeem ç rastgee araık yötem seçmştr. Bu yötemde ver gzerke güveğ sağamak adıa stegaografk br aahtar kuaıır. Kuaıa bu aahtar sayesde agortmaya bağı oarak ver hag baytarı e aamsız bte gzeeceğ ede stegaografk aahtar omaya mes çok güçtür. her üç stegaograf yötem VHDL ıarak tasaradı ve FPGA üzerde er yapıarak souçarı bekedğ gb KAYNAKLAR Z. ve Jaoda S., 200. Iformato Hdg : atermarkg - Attacks ad Coutermeasures, Şek 7 Ver gzemede tcoas, Fabe A. P., Iformato Hdg graphy ad Dgta Watermarkg, Lodo. o Hdg: Stegaography ad Watermarkg, a Techques for Iformato Securty The Image Dowgradg Probem, e/stegaography/mage_dowgradg/dex.ht Şek 8 Ver gzedkte sora Daha sora beree baytarı e düşük aamı bter ya yaa getrerek gzemş oa ver ede edmş our [2]. Burada yapıması gereke so şem ede ettğmz very afabe düzee geçrmektr. Buu ç de br öcek yötem de oduğu gb Matab programı yardımıya gerek döüşüm yapıır ve afabetk karşııkar ede edr. Şek 7 ve Şek 8 de görüdüğü gb agortma gerçekedkte sora resm çe ver gömüdüğüde göze görüür br fark omamıştır. IV. SONUÇ İk yötem gerçekedğde resm ouştura baytarı e düşük aamı bt değştrdğde ve ye yapı tekrar resm Bdrer Ktabý Proceedgs Araýk December 2008 Akara / TÜRKİYE 77