Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0153

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0153
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники"
Название доклада
Создание программно-аппаратного комплекса для управления стеганографической информацией для мультимедиа потоков в цифровом телевидении.
Докладчик
Евсютин Олег Олегович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Реализуемый проект направлен на решение проблемы защиты мультимедиа-данных, передаваемых по открытым интернет-сетям.
Целью проекта является исследование и разработка научно-технических решений, направленных на построение информационной системы управления стеганографической информацией, передаваемой по открытым интернет-сетям в потоках интернет-вещания, обеспечивающей свойства конфиденциальности, целостности и доступности, возможность подтверждения авторства, неотказуемость, а также робастность схем встраивания сообщений в мультимедиа-контент.
Актуальность и новизна исследования
В настоящее время в сетях передачи данных стремительно увеличивается доля мультимедиа-трафика, что обусловлено большой популярностью различного рода интерактивных потоковых аудио- и видео-приложений, которые используются для проведения видеоконференций, обучения, дистанционного оказания медицинских услуг, телевизионного вещания и т.д.
В результате возникает необходимость решения таких задач, как предотвращение утечки конфиденциальной информации, обеспечение невозможности несанкционированных изменений мультимедиа-контента, защита авторских прав на мультимедиа-контент, защита врачебной тайны (в случае медицинских приложений).
Один из эффективных подходов к решению подобных задач основан на использовании методов стеганографии — науки о передаче одних информационных последовательностей в других с сокрытием самого факта передачи — посредством внедрения в защищаемый контент скрытых вложений различного назначения. Подобными разработками занимаются ведущие мировые ИТ-компании, такие как Microsoft Corporation, Google Inc., Sony Corporation.
Однако существующие решения по защите мультимедиа-данных с помощью методов цифровой стеганографии носят частный характер и направлены на решение отдельных задач информационной безопасности и, кроме того, зачастую предназначены для работы с контентом конкретного типа, то есть не обладают комплексностью и гибкостью. Поэтому актуальной является разработка комплексной информационной системы, позволяющей осуществлять встраивание информации, в том числе цифровых водяных знаков, в цифровые объекты, анализировать мультимедиа-потоки на предмет наличия в них скрытых вложений и способной работать с мультимедиа-данными произвольного типа.
Описание исследования

В ходе исследования разработаны новый метод внедрения информации в мультимедиа-контент и парный ему метод извлечения информации, основанные на гибридизации известных стеганографических алгоритмов и их модификаций.

Применимость разработанных методов к мультимедиа-контенту произвольного типа достигается тем, что в их составе реализованы наборы алгоритмов, предназначенных для работы с цифровыми объектами различного типа; при встраивании информации в цифровой объект, автоматически выбирается конкретный алгоритм встраивания, который наилучшим образом обеспечит заданные характеристики встраивания. Аналогичным образом устроен метод извлечения информации из мультимедиа-контента.

Алгоритмы встраивания информации в мультимедиа-контент, составляющие алгоритмическую реализацию разработанных методов, выбирались таким образом, чтобы с их помощью можно было обеспечить различные свойства встраивания информации в цифровые объекты. При этом для некоторых алгоритмов получены собственные модификации, отличающиеся большей эффективностью.

Кроме того, в ходе выполнения проекта разработаны новые подходы к использованию цифровых объектов в качестве носителей стегоконтейнеров:

- подход к использованию цифровых объектов в качестве носителей стегоконтейнеров, основанный на использовании для записи информации фазового спектра дискретного преобразования Фурье;

- подход к использованию цифровых объектов в качестве носителей стегоконтейнеров, основанный на использовании для записи встраиваемых данных информации о разбиении видеокадров на блоки.

Разработанные подходы определяют правила формирования пространства сокрытия при встраивании информации в цифровые объекты и предназначены для использования в качестве основы алгоритмов стеганографического кодирования информации, направленных на работу с мультимедиа-данными форматов ISO/IEC 11172, 13818, 14496, 15938, 21000, 23008, 23009, VP8, P9, Vorbis, Matroska, WebM. Подход, основанный на использовании фазового спектра дискретного преобразования Фурье, применим также и для других форматов, где допустимо применение дискретного преобразования Фурье к элементам данных цифровых объектов.

Разработанные методы и их алгоритмические реализации использованы в качестве алгоритмического обеспечения экспериментального образца информационной системы управления стеганографической информацией.

При проектировании архитектуры информационной системы управления стеганографической информацией, на основе которой был создан экспериментальный образец, использован модульный подход. За выполнение таких процессов, как предобработка цифровых объектов, их анализ и модификация, отвечают отдельные модулю в составе системы. Так как данные процессы связаны со значительными вычислительными затратами, то архитектура системы ориентирована на использование распределенных вычислений. Организация и контроль вычислительных ресурсов выполняются модулем балансировки нагрузки, который в зависимости от загруженности системы, типов имеющихся вычислителей и поставленной задачи принимает решение о делегировании данной задачи конкретному вычислителю. После того, как задача выполнена, выходные данные отправляются либо в хранилище промежуточных данных, либо непосредственно к модулю, от которого данная задача была получена.

Результаты исследования

По итогам исследования получены следующие основные результаты:

- Разработаны новые подходы и алгоритмы встраивания информации в цифровые объекты различного типа;

- разработан новый метод стеганографического кодирования информации (встраивания и извлечения), применимый к мультимедиа-контенту произвольного типа;

- разработаны новые методы стеганографического анализа мультимедиа-контента на наличие в нем скрытых вложений;

- спроектирована архитектура информационной системы управления стеганографической информацией;

- создан экспериментальный образец информационной системы управления стеганографической информацией.

Новизна отдельных стеганографических алгоритмов заключается в задействованных способах формирования пространства сокрытия из элементов данных и используемых стеганографических операциях.

Новизна разработанного метода стеганографического кодирования информации состоит в его применимости к мультимедиа-контенту произвольного типа за счет гибридизации известных стеганографических алгоритмов и их модификаций.

Методы стеганографического анализа мультимедиа-контента на наличие в нем скрытых вложений основаны на анализе текстурных признаков стегоизображений и стеговидеопоследовательностей с помощью аппарата нейронных сетей.

Архитектура информационной системы управления стеганографической информацией основана на использовании облачной технологии и поддерживает возможность добавления новых реализаций алгоритмов обработки.

Разработанные стеганографические и стеганоаналитические методы по своим характеристиками сопоставимы с аналогами, либо опережают их. Экспериментальный образец информационной системы управления стеганографической информацией аналогов не имеет.

Практическая значимость исследования
Результаты исследования будут использования для создания следующих коммерческих продуктов:
- Программа для встраивания и обнаружения стеганографических контейнеров и ватермарков в цифровые изображения, видео и аудио файлы.
- Веб-сервис для детектирования наличия стеганоконтейнеров в мультимедиа-потоках для массовой обработки множественных потоков (классический веб-интерфейс с подпиской клиентов и заказом обработки потоков по URL или перенаправляемых на сервер приложением-агентом).
- Сервер для удостоверения целостности мультимедиа-материала (с возможностью поставки отдельно программного обеспечения удостоверения целостности мультимедиа-материала для самостоятельной инсталляции на собственный сервер). Представляет собой сервер, осуществляющий массовую обработку мультимедиа-потоков с целью детектирования и сбора цифровых водяных знаков, с последующим помещением их в базу данных.
- Сервер автоматического встраивания стеганоконтейнеров с информацией или цифровых водяных знаков (с возможностью поставки отдельно программного обеспечения встраивания стеганоконтейнеров для самостоятельной инсталляции на собственный сервер). Представляет собой сервер, осуществляющий массовую обработку мультимедиа-потоков с целью автоматического встраивания стеганоконтейнеров с информацией или ватермарков, во все исходящие мультимедиа-объекты.
- Модуль внедрения цифровой подписи в снимаемое видео для камер видеонаблюдения.
Перечисленные продукты предназначены для продвижения на следующих существующих в настоящее время рынках:
- рынок DLP-систем;
- рынок систем видеонаблюдения;
- рынок платного телевидения;
- рынок программных и аппаратных решений для видеоконференций.