🥇 জিআইএফ-এ স্টেগানোগ্রাফি

ভূমিকা

Приветствую
খুব বেশি দিন আগে, যখন আমি বিশ্ববিদ্যালয়ে অধ্যয়ন করতাম, তখন "তথ্য সুরক্ষার সফ্টওয়্যার পদ্ধতি" বিষয়ে একটি কোর্সওয়ার্ক ছিল। অ্যাসাইনমেন্টের জন্য আমাদের এমন একটি প্রোগ্রাম তৈরি করতে হবে যা GIF ফাইলগুলিতে একটি বার্তা এম্বেড করে। আমি জাভাতে এটি করার সিদ্ধান্ত নিয়েছি।

এই নিবন্ধে আমি কিছু তাত্ত্বিক পয়েন্ট বর্ণনা করব, সেইসাথে কীভাবে এই ছোট প্রোগ্রামটি তৈরি করা হয়েছিল।

তাত্ত্বিক অংশ

GIF বিন্যাস

GIF (গ্রাফিক্স ইন্টারচেঞ্জ ফরম্যাট - ছবি আদান-প্রদানের জন্য একটি বিন্যাস) হল গ্রাফিক ছবি সংরক্ষণের জন্য একটি বিন্যাস, যা 256টি রঙের বিন্যাসে গুণমানের ক্ষতি ছাড়াই সংকুচিত ডেটা সংরক্ষণ করতে সক্ষম। এই বিন্যাসটি 1987 সালে (GIF87a) CompuServe দ্বারা নেটওয়ার্কগুলিতে রাস্টার চিত্রগুলি প্রেরণের জন্য তৈরি করা হয়েছিল। 1989 সালে, বিন্যাসটি পরিবর্তন করা হয়েছিল (GIF89a), স্বচ্ছতা এবং অ্যানিমেশনের জন্য সমর্থন যোগ করা হয়েছিল।

GIF ফাইলগুলির একটি ব্লক গঠন আছে। এই ব্লকগুলির সর্বদা একটি নির্দিষ্ট দৈর্ঘ্য থাকে (বা এটি কিছু পতাকার উপর নির্ভর করে), তাই প্রতিটি ব্লক কোথায় অবস্থিত তা সম্পর্কে ভুল করা প্রায় অসম্ভব। GIF89a ফরম্যাটে সহজতম নন-অ্যানিমেটেড GIF ছবির গঠন:

কাঠামোর সমস্ত ব্লকের মধ্যে, এই ক্ষেত্রে আমরা বিশ্বব্যাপী প্যালেট ব্লক এবং প্যালেটের জন্য দায়ী পরামিতিগুলিতে আগ্রহী হব:

CT - একটি বিশ্বব্যাপী প্যালেটের উপস্থিতি। এই পতাকা সেট করা থাকলে, লজিক্যাল স্ক্রীন হ্যান্ডেলের সাথে সাথেই গ্লোবাল প্যালেট শুরু হতে হবে।
Size — প্যালেটের আকার এবং ছবিতে রঙের সংখ্যা। এই প্যারামিটারের জন্য মান:

আয়তন
রঙের সংখ্যা
প্যালেটের আকার, বাইট

7
256
768

6
128
384

5
64
192

4
32
96

3
16
48

2
8
24

1
4
12

0
2
6

এনক্রিপশন পদ্ধতি

ইমেজ ফাইলে বার্তা এনক্রিপ্ট করতে নিম্নলিখিত পদ্ধতি ব্যবহার করা হবে:

LSB (Least Significant Bit) পদ্ধতি
প্যালেট সংযোজন পদ্ধতি

LSB পদ্ধতি - স্টেগানোগ্রাফির একটি সাধারণ পদ্ধতি। এটি কনটেইনারের শেষ উল্লেখযোগ্য বিটগুলিকে (আমাদের ক্ষেত্রে, গ্লোবাল প্যালেট বাইট) লুকানো বার্তার বিটগুলির সাথে প্রতিস্থাপন করে।

প্রোগ্রামটি এই পদ্ধতির অংশ হিসাবে গ্লোবাল প্যালেট বাইটের শেষ দুটি বিট ব্যবহার করবে। এর মানে হল একটি 24-বিট চিত্রের জন্য, যেখানে রঙ প্যালেটটি লাল, নীল এবং সবুজের জন্য তিনটি বাইট, এতে একটি বার্তা এম্বেড করার পরে, প্রতিটি রঙের উপাদান সর্বাধিক 3/255 গ্রেডেশন দ্বারা পরিবর্তিত হবে। এই ধরনের পরিবর্তন, প্রথমত, মানুষের চোখে অদৃশ্য বা লক্ষ্য করা কঠিন হবে এবং দ্বিতীয়ত, নিম্ন-মানের তথ্য আউটপুট ডিভাইসে এটি দৃশ্যমান হবে না।

তথ্যের পরিমাণ সরাসরি ইমেজ প্যালেটের আকারের উপর নির্ভর করবে। যেহেতু প্যালেটের সর্বাধিক আকার 256 রঙের, এবং যদি প্রতিটি রঙের উপাদানে দুটি বার্তা বিট লেখা হয়, তাহলে সর্বাধিক বার্তা দৈর্ঘ্য (ছবিতে সর্বাধিক প্যালেট সহ) 192 বাইট। একবার বার্তাটি ইমেজে এম্বেড করা হলে, ফাইলের আকার পরিবর্তন হয় না।

প্যালেট সম্প্রসারণ পদ্ধতি, যা শুধুমাত্র GIF কাঠামোর জন্য কাজ করে। এটি একটি ছোট প্যালেট সহ চিত্রগুলিতে সবচেয়ে কার্যকর হবে। এর সারমর্ম হল এটি প্যালেটের আকার বৃদ্ধি করে, যার ফলে কালার বাইটের জায়গায় প্রয়োজনীয় বাইট লেখার জন্য অতিরিক্ত স্থান প্রদান করে। যদি আমরা বিবেচনা করি যে প্যালেটের সর্বনিম্ন আকার 2 রঙ (6 বাইট), তাহলে এমবেডেড বার্তার সর্বাধিক আকার 256 × 3–6 = 762 বাইট হতে পারে। অসুবিধা হল কম ক্রিপ্টোগ্রাফিক নিরাপত্তা; এমবেড করা বার্তাটি যেকোনো টেক্সট এডিটর ব্যবহার করে পড়া যাবে যদি বার্তাটি অতিরিক্ত এনক্রিপশনের শিকার না হয়।

ব্যবহারিক অংশ

প্রোগ্রাম ডিজাইন

এনক্রিপশন এবং ডিক্রিপশন অ্যালগরিদম বাস্তবায়নের জন্য প্রয়োজনীয় সমস্ত সরঞ্জাম প্যাকেজে অন্তর্ভুক্ত করা হবে com.tsarik.steganography. এই প্যাকেজ ইন্টারফেস অন্তর্ভুক্ত Encryptor পদ্ধতি সহ encrypt и decrypt, ক্লাস Binary, যা বিট অ্যারে, সেইসাথে ব্যতিক্রম ক্লাসের সাথে কাজ করার ক্ষমতা প্রদান করে UnableToEncryptException и UnableToDecryptException, যা ইন্টারফেস পদ্ধতিতে ব্যবহার করা উচিত Encryptor যথাক্রমে এনকোডিং এবং ডিকোডিং ত্রুটির ক্ষেত্রে।

প্রধান প্রোগ্রাম প্যাকেজ com.tsarik.programs.gifed একটি স্ট্যাটিক পদ্ধতি সহ একটি চলমান প্রোগ্রাম ক্লাস অন্তর্ভুক্ত করবে main, আপনাকে প্রোগ্রাম চালানোর অনুমতি দেয়; একটি ক্লাস যা প্রোগ্রাম প্যারামিটার সংরক্ষণ করে; এবং অন্যান্য ক্লাসের সাথে প্যাকেজ।

অ্যালগরিদমের বাস্তবায়ন প্যাকেজে উপস্থাপন করা হবে com.tsarik.programs.gifed.gif ক্লাস GIFEncryptorByLSBMethod и GIFEncryptorByPaletteExtensionMethod. এই উভয় ক্লাস ইন্টারফেস বাস্তবায়ন করবে Encryptor.

GIF ফর্ম্যাটের কাঠামোর উপর ভিত্তি করে, আপনি চিত্র প্যালেটে একটি বার্তা প্রবর্তনের জন্য একটি সাধারণ অ্যালগরিদম তৈরি করতে পারেন:

একটি ছবিতে একটি বার্তার উপস্থিতি নির্ধারণ করতে, বার্তার শুরুতে বিটের একটি নির্দিষ্ট ক্রম যুক্ত করা প্রয়োজন, যা ডিকোডার প্রথমে পড়ে এবং সঠিকতা পরীক্ষা করে। যদি এটি মেলে না, তবে এটি বিবেচনা করা হয় যে ছবিতে কোনও লুকানো বার্তা নেই। পরবর্তীতে আপনাকে বার্তাটির দৈর্ঘ্য নির্দিষ্ট করতে হবে। তারপর নিজেই মেসেজের টেক্সট।

সম্পূর্ণ অ্যাপ্লিকেশনের ক্লাস ডায়াগ্রাম:

কর্মসূচির বাস্তবায়ন

পুরো প্রোগ্রামের বাস্তবায়নকে দুটি উপাদানে ভাগ করা যায়: ইন্টারফেস এনক্রিপশন এবং ডিক্রিপশন পদ্ধতির বাস্তবায়ন Encryptor, ক্লাসে GIFEncryptorByLSBMethod и GIFEncryptorByPaletteExtensionMethod, এবং ইউজার ইন্টারফেসের বাস্তবায়ন।

ক্লাস বিবেচনা করুন GIFEncryptorByLSBMethod.

ক্ষেত্র firstLSBit и secondLSBit ইমেজের প্রতিটি বাইটের বিটের সংখ্যা রয়েছে যেখানে বার্তাটি প্রবেশ করা উচিত এবং যেখান থেকে বার্তাটি পড়া উচিত। মাঠ checkSequence এমবেডেড বার্তার স্বীকৃতি নিশ্চিত করতে একটি চেক বিট ক্রম সঞ্চয় করে। স্ট্যাটিক পদ্ধতি getEncryptingFileParameters নির্দিষ্ট ফাইলের প্যারামিটার এবং সম্ভাব্য বার্তার বৈশিষ্ট্য ফেরত দেয়।

পদ্ধতি অ্যালগরিদম encrypt বর্গ GIFEncryptorByLSBMethod:

এবং তার কোড:

@Override
public void encrypt(File in, File out, String text) throws UnableToEncodeException, NullPointerException, IOException {
	if (in == null) {
		throw new NullPointerException("Input file is null");
	}
	if (out == null) {
		throw new NullPointerException("Output file is null");
	}
	if (text == null) {
		throw new NullPointerException("Text is null");
	}
	
	// read bytes from input file
	byte[] bytes = new byte[(int)in.length()];
	InputStream is = new FileInputStream(in);
	is.read(bytes);
	is.close();
	
	// check format
	if (!(new String(bytes, 0, 6)).equals("GIF89a")) {
		throw new UnableToEncodeException("Input file has wrong GIF format");
	}
	
	// read palette size property from first three bits in the 10-th byte from the file
	byte[] b10 = Binary.toBitArray(bytes[10]);
	byte bsize = Binary.toByte(new byte[] {b10[0], b10[1], b10[2]});
	
	// calculate color count and possible message length
	int bOrigColorCount = (int)Math.pow(2, bsize+1);
	int possibleMessageLength = bOrigColorCount*3/4;
	int possibleTextLength = possibleMessageLength-2;// one byte for check and one byte for message length
	
	if (possibleTextLength < text.length()) {
		throw new UnableToEncodeException("Text is too big");
	}
	
	int n = 13;
	
	// write check sequence
	for (int i = 0; i < checkSequence.length/2; i++) {
		byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
		ba[firstLSBit] = checkSequence[2*i];
		ba[secondLSBit] = checkSequence[2*i+1];
		bytes[n] = Binary.toByte(ba);
		n++;
	}
	
	// write text length
	byte[] cl = Binary.toBitArray((byte)text.length());
	for (int i = 0; i < cl.length/2; i++) {
		byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
		ba[firstLSBit] = cl[2*i];
		ba[secondLSBit] = cl[2*i+1];
		bytes[n] = Binary.toByte(ba);
		n++;
	}
	
	// write message
	byte[] textBytes = text.getBytes();
	for (int i = 0; i < textBytes.length; i++) {
		byte[] c = Binary.toBitArray(textBytes[i]);
		for (int ci = 0; ci < c.length/2; ci++) {
			byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
			ba[firstLSBit] = c[2*ci];
			ba[secondLSBit] = c[2*ci+1];
			bytes[n] = Binary.toByte(ba);
			n++;
		}
	}
	
	// write output file
	OutputStream os = new FileOutputStream(out);
	os.write(bytes);
	os.close();
}

পদ্ধতির অ্যালগরিদম এবং সোর্স কোড decrypt বর্গ GIFEncryptorByLSBMethod:

@Override
public String decrypt(File in) throws UnableToDecodeException, NullPointerException, IOException {
	if (in == null) {
		throw new NullPointerException("Input file is null");
	}
	
	// read bytes from input file
	byte[] bytes = new byte[(int)in.length()];
	InputStream is = new FileInputStream(in);
	is.read(bytes);
	is.close();
	
	// check format
	if (!(new String(bytes, 0, 6)).equals("GIF89a")) {
		throw new UnableToDecodeException("Input file has wrong GIF format");
	}
	
	// read palette size property from first three bits in the 10-th byte from the file
	byte[] b10 = Binary.toBitArray(bytes[10]);
	byte bsize = Binary.toByte(new byte[] {b10[0], b10[1], b10[2]});
	
	// calculate color count and possible message length
	int bOrigColorCount = (int)Math.pow(2, bsize+1);
	int possibleMessageLength = bOrigColorCount*3/4;
	int possibleTextLength = possibleMessageLength-2;	// one byte for check and one byte for message length
	
	int n = 13;
	
	// read check sequence
	byte[] csBits = new byte[checkSequence.length];
	for (int i = 0; i < 4; i++) {
		byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
		csBits[2*i] = ba[firstLSBit];
		csBits[2*i+1] = ba[secondLSBit];
		n++;
	}
	byte cs = Binary.toByte(csBits);
	
	if (cs != Binary.toByte(checkSequence)) {
		throw new UnableToDecodeException("There is no encrypted message in the image (Check sequence is incorrect)");
	}
	
	// read text length
	byte[] cl = new byte[8];
	for (int i = 0; i < 4; i++) {
		byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
		cl[2*i] = ba[firstLSBit];
		cl[2*i+1] = ba[secondLSBit];
		n++;
	}
	byte textLength = Binary.toByte(cl);
	
	if (textLength < 0) {
		throw new UnableToDecodeException("Decoded text length is less than 0");
	}
	if (possibleTextLength < textLength) {
		throw new UnableToDecodeException("There is no messages (Decoded message length (" + textLength + ") is less than Possible message length (" + possibleTextLength + "))");
	}
	
	// read text bits and make text bytes
	byte[] bt = new byte[textLength];
	for (int i = 0; i < bt.length; i++) {
		byte[] bc = new byte[8];
		for (int bci = 0; bci < bc.length/2; bci++) {
			byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
			bc[2*bci] = ba[firstLSBit];
			bc[2*bci+1] = ba[secondLSBit];
			n++;
		}
		bt[i] = Binary.toByte(bc);
	}
	
	return new String(bt);
}

ক্লাসের বাস্তবায়ন GIFEncryptorByPaletteExtensionMethod একই রকম হবে, শুধুমাত্র তথ্য সংরক্ষণ/পড়ার পদ্ধতি ভিন্ন।

ক্লাসে MainFrame মোড়ক পদ্ধতি বর্ণনা করা হয়: encryptImage(Encryptor encryptor) и decryptImage(Encryptor encryptor), ইন্টারফেস পদ্ধতির ফলাফল প্রক্রিয়াকরণ Encryptor এবং ব্যবহারকারীর সাথে ইন্টারঅ্যাক্ট করা, যেমন একটি ফাইল নির্বাচন ডায়ালগ খোলা, ত্রুটি বার্তা দেখানো ইত্যাদি; পাশাপাশি অন্যান্য পদ্ধতি: openImage(), ব্যবহারকারীকে একটি ছবি নির্বাচন করার অনুমতি দেয়, exit(), যা অ্যাপ্লিকেশন থেকে প্রস্থান করে। এই পদ্ধতি থেকে বলা হয় Actionএর সংশ্লিষ্ট মেনু আইটেম। এই শ্রেণীটি অতিরিক্তভাবে সহায়ক পদ্ধতি প্রয়োগ করে: createComponents() - ফর্ম উপাদান তৈরি, loadImageFile(File f) — একটি ফাইল থেকে একটি বিশেষ উপাদানে একটি ছবি লোড করা হচ্ছে। ক্লাসের বাস্তবায়ন GIFEncryptorByPaletteExtensionMethod ক্লাস বাস্তবায়নের অনুরূপ GIFEncryptorByLSBMethod, প্রধান পার্থক্য হল প্যালেট থেকে বার্তা বাইট লেখা ও পড়া পদ্ধতিতে।

প্রোগ্রাম অপারেশন

এলবিএস পদ্ধতি

ধরা যাক এইরকম একটি ছবি আছে:

এই চিত্রটিতে, প্যালেটটিতে 256টি রঙ রয়েছে (যেমন পেইন্ট সংরক্ষণ করে)। প্রথম চারটি রঙ হল: সাদা, কালো, লাল, সবুজ। অন্যান্য রং কালো। গ্লোবাল প্যালেট বিট ক্রম নিম্নরূপ হবে:

11111111 11111111 11111111 00000000 00000000 00000000 11111111 00000000 00000000 00000000 11111111 00000000...

বার্তাটি এম্বেড হয়ে গেলে, আন্ডারলাইন করা বিটগুলি বার্তার বিটগুলির সাথে প্রতিস্থাপিত হবে। ফলস্বরূপ চিত্রটি মূল থেকে প্রায় আলাদা নয়।

মূল
এমবেডেড বার্তা সহ চিত্র

প্যালেট সম্প্রসারণ পদ্ধতি

আপনি যখন এই পদ্ধতিটি ব্যবহার করে একটি বার্তা সম্বলিত একটি চিত্র খুলবেন, তখন আপনি নিম্নলিখিত ছবিটি দেখতে পাবেন:

এটা স্পষ্ট যে এই পদ্ধতিটি পূর্ণাঙ্গ গুপ্তচরবৃত্তির কার্যকলাপের জন্য কাজ করবে না এবং বার্তার অতিরিক্ত এনক্রিপশনের প্রয়োজন হতে পারে।

অ্যানিমেটেড চিত্রগুলিতে এনক্রিপশন/ডিক্রিপশন নিয়মিত স্ট্যাটিক চিত্রগুলির মতোই কাজ করে, তবে অ্যানিমেশনটি ভেঙে যায় না।

উত্স ব্যবহৃত:

ডাউনলোড করুন:

উত্স: www.habr.com