GIF માં સ્ટેગનોગ્રાફી

પરિચય

શુભેચ્છાઓ.
થોડા સમય પહેલા, જ્યારે હું યુનિવર્સિટીમાં અભ્યાસ કરતો હતો, ત્યારે "માહિતી સુરક્ષાની સૉફ્ટવેર પદ્ધતિઓ" શિસ્તમાં અભ્યાસક્રમ હતો. અસાઇનમેન્ટ માટે અમને એક પ્રોગ્રામ બનાવવાની જરૂર હતી જે GIF ફાઇલોમાં સંદેશને એમ્બેડ કરે. મેં તેને જાવામાં કરવાનું નક્કી કર્યું.

આ લેખમાં હું કેટલાક સૈદ્ધાંતિક મુદ્દાઓનું વર્ણન કરીશ, તેમજ આ નાનો પ્રોગ્રામ કેવી રીતે બનાવવામાં આવ્યો હતો.

સૈદ્ધાંતિક ભાગ

GIF ફોર્મેટ

GIF (ગ્રાફિક્સ ઇન્ટરચેન્જ ફોર્મેટ - છબીઓની આપલે માટેનું એક ફોર્મેટ) એ ગ્રાફિક છબીઓને સંગ્રહિત કરવા માટેનું એક ફોર્મેટ છે, જે 256 રંગો સુધીના ફોર્મેટમાં ગુણવત્તાની ખોટ વિના સંકુચિત ડેટાને સંગ્રહિત કરવામાં સક્ષમ છે. આ ફોર્મેટ 1987 (GIF87a) માં CompuServe દ્વારા નેટવર્ક્સ પર રાસ્ટર ઈમેજીસ ટ્રાન્સમિટ કરવા માટે વિકસાવવામાં આવ્યું હતું. 1989 માં, ફોર્મેટમાં ફેરફાર કરવામાં આવ્યો (GIF89a), પારદર્શિતા અને એનિમેશન માટે સમર્થન ઉમેરવામાં આવ્યું.

GIF ફાઇલોમાં બ્લોક માળખું હોય છે. આ બ્લોક્સની હંમેશા નિશ્ચિત લંબાઈ હોય છે (અથવા તે કેટલાક ફ્લેગ્સ પર આધાર રાખે છે), તેથી દરેક બ્લોક ક્યાં સ્થિત છે તે વિશે ભૂલ કરવી લગભગ અશક્ય છે. GIF89a ફોર્મેટમાં સૌથી સરળ બિન-એનિમેટેડ GIF છબીનું માળખું:

બંધારણના તમામ બ્લોક્સમાંથી, આ કિસ્સામાં અમને વૈશ્વિક પેલેટ બ્લોક અને પેલેટ માટે જવાબદાર પરિમાણોમાં રસ હશે:

• CT - વૈશ્વિક પેલેટની હાજરી. જો આ ધ્વજ સેટ કરેલ હોય, તો વૈશ્વિક પેલેટ લોજિકલ સ્ક્રીન હેન્ડલ પછી તરત જ શરૂ થવી જોઈએ.
• Size - ચિત્રમાં પેલેટનું કદ અને રંગોની સંખ્યા. આ પરિમાણ માટેના મૂલ્યો:

માપ
રંગોની સંખ્યા
પેલેટનું કદ, બાઇટ્સ

7
256
768

6
128
384

5
64
192

4
32
96

3
16
48

2
8
24

1
4
12

0
2
6

એન્ક્રિપ્શન પદ્ધતિઓ

ઇમેજ ફાઇલોમાં સંદેશાને એન્ક્રિપ્ટ કરવા માટે નીચેની પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવશે:

• LSB (ઓછામાં ઓછી નોંધપાત્ર બિટ) પદ્ધતિ
• પેલેટ ઉમેરવાની પદ્ધતિ

LSB પદ્ધતિ - સ્ટેગનોગ્રાફીની સામાન્ય પદ્ધતિ. તેમાં કન્ટેનરમાંના છેલ્લા નોંધપાત્ર બિટ્સ (અમારા કિસ્સામાં, વૈશ્વિક પેલેટ બાઇટ્સ) ને છુપાયેલા સંદેશના બિટ્સ સાથે બદલવાનો સમાવેશ થાય છે.

પ્રોગ્રામ આ પદ્ધતિના ભાગ રૂપે વૈશ્વિક પેલેટ બાઈટ્સમાં છેલ્લા બે બિટ્સનો ઉપયોગ કરશે. આનો અર્થ એ છે કે 24-બીટ ઇમેજ માટે, જ્યાં રંગ પૅલેટ લાલ, વાદળી અને લીલા માટે ત્રણ બાઇટ્સ છે, તેમાં સંદેશ એમ્બેડ કર્યા પછી, દરેક રંગ ઘટક મહત્તમ 3/255 ગ્રેડેશન દ્વારા બદલાશે. આવો ફેરફાર, સૌપ્રથમ, માનવ આંખ માટે અદ્રશ્ય અથવા અઘરો હશે, અને બીજું, તે ઓછી-ગુણવત્તાવાળા માહિતી આઉટપુટ ઉપકરણો પર દેખાશે નહીં.

માહિતીનો જથ્થો ઇમેજ પેલેટના કદ પર સીધો આધાર રાખશે. પેલેટનું મહત્તમ કદ 256 રંગોનું હોવાથી, અને જો દરેક રંગના ઘટકમાં બે સંદેશ બિટ્સ લખવામાં આવે, તો મહત્તમ સંદેશ લંબાઈ (ઇમેજમાં મહત્તમ પેલેટ સાથે) 192 બાઇટ્સ છે. એકવાર મેસેજ ઈમેજમાં એમ્બેડ થઈ જાય પછી, ફાઈલનું કદ બદલાતું નથી.

પેલેટ વિસ્તરણ પદ્ધતિ, જે માત્ર GIF સ્ટ્રક્ચર માટે કામ કરે છે. તે નાના પેલેટ સાથેની છબીઓ પર સૌથી અસરકારક રહેશે. તેનો સાર એ છે કે તે પેલેટના કદમાં વધારો કરે છે, જેનાથી કલર બાઈટની જગ્યાએ જરૂરી બાઈટ લખવા માટે વધારાની જગ્યા મળે છે. જો આપણે ધ્યાનમાં લઈએ કે પેલેટનું લઘુત્તમ કદ 2 રંગો (6 બાઇટ્સ) છે, તો એમ્બેડેડ સંદેશનું મહત્તમ કદ 256 × 3–6 = 762 બાઇટ્સ હોઈ શકે છે. ગેરલાભ એ ઓછી ક્રિપ્ટોગ્રાફિક સુરક્ષા છે; એમ્બેડેડ સંદેશ કોઈપણ ટેક્સ્ટ એડિટરનો ઉપયોગ કરીને વાંચી શકાય છે જો સંદેશ વધારાના એન્ક્રિપ્શનને આધિન ન હોય.

વ્યવહારુ ભાગ

પ્રોગ્રામ ડિઝાઇન

એન્ક્રિપ્શન અને ડિક્રિપ્શન અલ્ગોરિધમ્સના અમલીકરણ માટેના તમામ જરૂરી સાધનો પેકેજમાં શામેલ કરવામાં આવશે. com.tsarik.steganography. આ પેકેજમાં ઈન્ટરફેસનો સમાવેશ થાય છે Encryptor પદ્ધતિઓ સાથે encrypt и decrypt, વર્ગ Binary, જે બીટ એરે, તેમજ અપવાદ વર્ગો સાથે કામ કરવાની ક્ષમતા પ્રદાન કરે છે UnableToEncryptException и UnableToDecryptException, જેનો ઉપયોગ ઇન્ટરફેસ પદ્ધતિઓમાં થવો જોઈએ Encryptor અનુક્રમે એન્કોડિંગ અને ડીકોડિંગ ભૂલોના કિસ્સામાં.

મુખ્ય પ્રોગ્રામ પેકેજ com.tsarik.programs.gifed સ્થિર પદ્ધતિ સાથે ચલાવી શકાય તેવા પ્રોગ્રામ ક્લાસનો સમાવેશ કરશે main, તમને પ્રોગ્રામ ચલાવવા માટે પરવાનગી આપે છે; એક વર્ગ કે જે પ્રોગ્રામ પરિમાણો સંગ્રહિત કરે છે; અને અન્ય વર્ગો સાથેના પેકેજો.

એલ્ગોરિધમ્સનું અમલીકરણ પેકેજમાં રજૂ કરવામાં આવશે com.tsarik.programs.gifed.gif વર્ગો GIFEncryptorByLSBMethod и GIFEncryptorByPaletteExtensionMethod. આ બંને વર્ગો ઇન્ટરફેસનો અમલ કરશે Encryptor.

GIF ફોર્મેટની રચનાના આધારે, તમે ઇમેજ પેલેટમાં સંદેશ રજૂ કરવા માટે સામાન્ય અલ્ગોરિધમ બનાવી શકો છો:

ઇમેજમાં સંદેશની હાજરી નક્કી કરવા માટે, સંદેશની શરૂઆતમાં બિટ્સનો ચોક્કસ ક્રમ ઉમેરવો જરૂરી છે, જે ડીકોડર પહેલા વાંચે છે અને શુદ્ધતા માટે તપાસે છે. જો તે મેળ ખાતું નથી, તો એવું માનવામાં આવે છે કે છબીમાં કોઈ છુપાયેલ સંદેશ નથી. આગળ તમારે સંદેશની લંબાઈનો ઉલ્લેખ કરવાની જરૂર છે. પછી મેસેજનો જ ટેક્સ્ટ.

સમગ્ર એપ્લિકેશનનો વર્ગ આકૃતિ:

કાર્યક્રમનું અમલીકરણ

સમગ્ર પ્રોગ્રામના અમલીકરણને બે ઘટકોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: ઇન્ટરફેસ એન્ક્રિપ્શન અને ડિક્રિપ્શન પદ્ધતિઓનો અમલ Encryptor, વર્ગોમાં GIFEncryptorByLSBMethod и GIFEncryptorByPaletteExtensionMethod, અને વપરાશકર્તા ઇન્ટરફેસનો અમલ.

વર્ગને ધ્યાનમાં લો GIFEncryptorByLSBMethod.

ક્ષેત્રો firstLSBit и secondLSBit ઇમેજના પ્રત્યેક બાઇટના બિટ્સની સંખ્યા શામેલ છે જેમાં સંદેશ દાખલ કરવો જોઈએ અને જ્યાંથી સંદેશ વાંચવો જોઈએ. ક્ષેત્ર checkSequence એમ્બેડેડ સંદેશની ઓળખની ખાતરી કરવા માટે ચેક બીટ ક્રમ સંગ્રહિત કરે છે. સ્થિર પદ્ધતિ getEncryptingFileParameters ઉલ્લેખિત ફાઇલના પરિમાણો અને સંભવિત સંદેશાની લાક્ષણિકતાઓ પરત કરે છે.

પદ્ધતિ અલ્ગોરિધમનો encrypt વર્ગ GIFEncryptorByLSBMethod:

અને તેનો કોડ:

@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();
}

પદ્ધતિનો અલ્ગોરિધમ અને સ્ત્રોત કોડ decrypt વર્ગ 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);
}

વર્ગનું અમલીકરણ GIFEncryptorByPaletteExtensionMethod સમાન હશે, માત્ર માહિતી સાચવવાની/વાંચવાની પદ્ધતિ અલગ છે.

વર્ગ માં MainFrame રેપર પદ્ધતિઓ વર્ણવેલ છે: encryptImage(Encryptor encryptor) и decryptImage(Encryptor encryptor), ઇન્ટરફેસ પદ્ધતિઓના પરિણામોની પ્રક્રિયા Encryptor અને વપરાશકર્તા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવી, એટલે કે ફાઇલ પસંદગી સંવાદ ખોલવો, ભૂલ સંદેશાઓ દર્શાવવી, વગેરે; તેમજ અન્ય પદ્ધતિઓ: openImage(), વપરાશકર્તાને એક છબી પસંદ કરવા માટે પરવાનગી આપે છે, exit(), જે એપ્લિકેશનમાંથી બહાર નીકળે છે. આ પદ્ધતિઓ માંથી કહેવામાં આવે છે Actionની અનુરૂપ મેનુ વસ્તુઓ. આ વર્ગ વધારામાં સહાયક પદ્ધતિઓનો અમલ કરે છે: createComponents() - ફોર્મ ઘટકોની રચના, loadImageFile(File f) — ફાઇલમાંથી સ્પેશિયલ કમ્પોનન્ટમાં ઇમેજ લોડ કરી રહ્યું છે. વર્ગનું અમલીકરણ GIFEncryptorByPaletteExtensionMethod વર્ગ અમલીકરણ સમાન GIFEncryptorByLSBMethod, મુખ્ય તફાવત પેલેટમાંથી સંદેશ બાઈટ લખવામાં અને વાંચવાની રીતમાં છે.

કાર્યક્રમ કામગીરી

એલબીએસ પદ્ધતિ

ચાલો કહીએ કે આના જેવી એક છબી છે:

આ ઈમેજમાં, પેલેટમાં 256 રંગોનો સમાવેશ થાય છે (જેમ પેઈન્ટ સેવ કરે છે). પ્રથમ ચાર રંગો છે: સફેદ, કાળો, લાલ, લીલો. અન્ય રંગો કાળા છે. વૈશ્વિક પેલેટ બીટ ક્રમ નીચે મુજબ હશે:

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

એકવાર સંદેશ એમ્બેડ થઈ જાય, પછી રેખાંકિત બિટ્સ સંદેશના બિટ્સ સાથે બદલવામાં આવશે. પરિણામી છબી લગભગ મૂળથી અલગ નથી.

મૂળ
એમ્બેડેડ સંદેશ સાથેની છબી

પેલેટ વિસ્તરણ પદ્ધતિ

જ્યારે તમે આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને સંદેશ ધરાવતી છબી ખોલો છો, ત્યારે તમને નીચેનું ચિત્ર દેખાશે:

તે સ્પષ્ટ છે કે આ પદ્ધતિ સંપૂર્ણ જાસૂસી પ્રવૃત્તિઓ માટે કામ કરશે નહીં, અને સંદેશના વધારાના એન્ક્રિપ્શનની જરૂર પડી શકે છે.

એનિમેટેડ ઈમેજીસમાં એન્ક્રિપ્શન/ડિક્રિપ્શન રેગ્યુલર સ્ટેટિક ઈમેજીસની જેમ જ કામ કરે છે, પરંતુ એનિમેશન તૂટી ગયું નથી.

વપરાયેલ સ્ત્રોતો:

• http://ru.wikipedia.org/wiki/Gif
• http://ru.wikipedia.org/wiki/Стеганография
• http://home.onego.ru/~chiezo/gif.htm

ડાઉનલોડ કરો:

• કાર્યક્રમ
• સ્ત્રોતો

સોર્સ: www.habr.com