Improvement in the security of a
Stenographic method by applying cryptography.
Raúl
Cuzco Naranjo.
Keywords: Steganography in Images, Cryptography, LSB, Cipher of
Cesar, telematics Security.
El
objetivo de esta investigación fue presentar una propuesta de mejora en la
seguridad de mensajes transmitidos en imágenes, basada en el método esteganográfico Least
Palabras
Claves: Esteganografía
en Imágenes, Criptografía, LSB, Cifrado de Cesar, Seguridad Telemática
Introducción .
Los ataques de los debido a es=
to es
prioritario implementar métodos de seguridad pa=
ra
preservar la confidencialidad e integridad de datos compartidos como secret=
os
comerciales o lanzamientos de nuevos productos. La esteganografía ofrece un
gran potencial para reducir el riesgo de fuga, además de mejorar la privaci=
dad
individual en la comunicación. Aunque no es un sustituto para la criptograf=
ía,
la esteganografía proporcionando seguridad y privacidad (Díaz, 2010).
Esta técnica de ocult=
ar
mensajes dentro de un medio multimedia (Reza, 2017), en conjunto con método=
s de
comunicación permite realizar intercambios ocultos de
información de tal manera que no se sospeche que
lleva almacenada información. Hoy en día existen varios métodos esteganográficos que permiten ocultar información den=
tro de
distintos tipos medios digitales como:
imágenes, sonido y video pasando desapercibidos, al momento no existen proc=
esos
de seguridad en el análisis al enviar la imagen estega=
nografiada.
Varias investigacione=
s se
enfocan en cifrar y ocultar mensajes utilizando diversas técnicas o
métodos. Sain=
i
y Verma (2013) en su trabajo proponen un método=
de cifrado
eficiente para asegurar las imágenes en color multimedia. Se utilizan
respuestas dinámicas complejas de múltiples sistemas caóticos de orden supe=
rior
para llevar a cabo los procesos de barajado y difusión de los píxeles de im=
agen
bajo el control de la clave secreta. Los resultados de la simulación validan
que el método propuesto tiene un gran rendimiento de cifrado y practicabilidad.
De la
misma manera, Jung y Yoo (2014), en su investig=
ación
proponen un método de ocultación de datos semi-reversi=
ble
que utiliza la interpolación y la técnica de sustitución menos
significativo. En donde en primer =
lugar,
los métodos de interpolación se utilizan para aumentar la escala de la imag=
en y
la cubierta hacia abajo antes de ocultar los datos secretos para una mayor
capacidad y calidad. En segundo lugar, el método de sustitución LSB se util=
iza
para incrustar datos secretos. Los
resultados de esta investigación destacan como ventaja la capacidad de
transmitir gran cantidad de información manteniendo su alta calidad visual.=
Una
de las desventajas es que no se pudo mejorar la seguridad durante la
transmisión.
De la revisión de
literatura realizada en este trabajo se evidencia que no se ha aplicado
criptografía para mejorar la seguridad en la transmisión de información ocu=
lta
en imágenes, por tal razón, este trabajo tiene por objetivo, el desarrollo =
de
un método esteganográfico que incorpore técnicas
criptográficas a fin de mejorar la seguridad de los mensajes transmitidos
dentro de una imagen, fortaleciendo de esta manera la seguridad de la
información en caso de que sea interceptada.
A más de eso se pretende dar a conocer en el campo de la esteganogra=
fía
mediante el uso de un software desarrollado en este trabajo =
para este método.
El trabajo presenta c=
omo
primera fase un estudio de métodos esteganográficos
en imágenes y algoritmos criptográficos. A continuación, la propuesta del nuevo método es=
teganográfico
con criptografía es implementado en una aplicación web desarrollada con Jav=
a Netbeans, tomó como base LSB ya que permite al=
terar
cualquier bit del byte de la imagen para ocultar el mensaje, se combinó con=
el
cifrado de Cesar por su compatibilidad c=
on
este método esteganográfico pues no genera gran=
des
cambios visuales en la imagen.
Se estructuró un caso de estudio =
cuya
población tiene la característica de poseer
conocimientos de criptografía y seguridad informática, esta població=
n se
ve reflejada en los estudiantes de quinto semes=
tre de
la carrera de Ingeniería en Sistemas pues cumplen estos rasgos, se
dividió en un grupo de control y otro experimental a los cuales se les apli=
có
un diseñó de tareas para obtener el mensaje secreto sin y con el método
propuesto para determinar la mejora en la seguridad del mensaje transmitido=
en
la imagen. Finalmente,
se presentan los resultados obtenidos de los mismos y las conclusiones de la
investigación.
Metodologia.
Con la
esteganografía se puede insertar un mensaje de forma segura dentro de un me=
dio
de multimedia como audio, video, imágenes y otros, de tal manera que esta
información solo pueda ser recuperada por un usuario legítimo que conozca el
método determinado de extracción de la misma. (Villagrán,
2002; Perea,
2012, Iglesias, 2014). Existen numerosos métodos estegano=
gráficos, el más común es el de ocultar informaci=
ón
dentro de una imagen, por lo que se realizó un análisis, exponiéndose sus
ventajas y desventajas como se presenta en la
Tabla I (Reza, 2017)=
.
Tabla 1. Ventajas y desventajas de Métodos Esteganográficos
|
Método
esteganográfico |
Ventajas |
Desventajas |
|
Patchwork |
Utiliza
la distribución Gaussiana, la información se esconde en forma de parches
aleatoriamente. |
Oculta
muy poca información y para ocultar la información se debe tener registra=
do
donde se encuentra la información para su recuperación. |
|
Codificación
por textura de bloques |
Busca
regiones con patrones similares entre la imagen y la información a oculta=
r. |
Es
realizado necesariamente por un operador humano quien se encargara de esc=
oger
las regiones fuente y destino. |
|
Codificación
de tasa de bits elevada |
Está
diseñada para tener un mínimo impacto en la percepción de la imagen. Existe
un mayor control sobre las imágenes. |
Es
muy sensible sobre las modificaciones en la imagen. |
|
LSB(Bits
menos significativo) |
Tiene
una alta tasa de bits de inserción tiene una baja complejidad computacion=
al |
Poca
robustez |
|
Codificación
de fase |
Las
modificaciones en las fases permiten tener una transmisión encubierto de
información |
Nivel
medio de robustez, si la trasmisión sufre un ataque, la información no se
recuperar en su totalidad. |
Elaborador por: Grupo de
Investigación.
Una
vez analizada las ventajas y desventajas de los métodos esteganográficos
se propone realizar con el método LSB puesto que tiene una tasa de bits baj=
a y
no solamente se puede insertar en el último bit, sino que también se puede
insertar en cualquier bit del byte, la alteración de la
imagen es mínima por no decir nula y el mensaje se encuentra insertado a lo
largo de sus pixeles, se realiza en las áreas más ruidosas donde no atrae la
atención (López,
2012). Con respecto a la complejidad computacional se logra mejorar su robust=
ez
con el nuevo método planteado para así convertirle en una fortaleza con el
nuevo método planteado.
La
importancia de la criptogra=
fía
radica en que la información que lleva sea ilegible para la persona a la qu=
e no
fue dirigida, pero el remitente puede descifrarla (Gal=
ende,
1995). Los métodos criptográficos pueden ser clásicos pue=
den
ser por transposición o de sustitución, el primero cifrar el mensaje, cambi=
ando
simplemente el orden de las letras mediante algún patrón y el de sustitución
consiste en reemplazar las letras del mensaje original por otras.
Existen
algunas técnicas de cifrado por sustitución como la matriz de Polibio Changir, 2017), cifrado de Playfair y
cifrado de Cesar, este último presenta una simplicidad y compatibilidad con=
el
método LSB. Cesar es una técnica m=
uy
simple, donde cada letra del mensaje se mueve un determinado número de espa=
cios
en el alfabeto, logrando así un nuevo mensaje cifrado, mientras mayor sea el
número de espacios a recorrer en el alfabeto mayor es el nivel de seguridad=
(Lucena, 1999).
Criptografia en el metod=
o
esteganografica en imágenes.
Para la mejora en la
seguridad del método esteganográfico LSB en imá=
genes
se propuso implementar uno nuevo unificando con el cifrado de Cesar debido =
a la
gran compatibilidad pues no altera la imagen al momento de insertar el mens=
aje
encriptado. La
Figura 1 se ilustra el proceso de encriptación/des-encriptación implementado
con el cifrado de Cesar para asegura el mensaje a ser transmitido.
Figura 1. Diagrama de encriptación y
desencriptación de mensaje
Elaborador
por: Grupo de
Investigación.
En síntesis, la propu=
esta
de método consiste en selección de imagen a utilizar, ingreso de mensaje a
ocultar, entrada del número cla=
ve
para el proceso de encriptación del mensaje, ejecución del algoritmo César,
ejecución del algoritmo esteganográfico LSB y
creación de la nueva imagen con el mensaje oculto. La Figura 2 muestra el diagrama =
de
flujo para ocultar/mostrar el mensaje encriptado en una imagen esteganografiada.
Figura 2. Diagrama ocultar/mostrar mens=
aje
encriptado
Elaborador
por: Grupo de
Investigación.
Este proceso se desarrolló por medio de una aplicación
desarrollada en Java con
Netbeans. Los
parámetros establecidos por el usuario a=
ntes
del ocultamiento del mensaje en la imagen son: =
el
número de desplazamientos a aplicar en el cifrado de Cesar, el mensaje que se desea modificar y la imagen selecc=
iona
para ocultarlo, esta puede estar en formato
Windows BitMap (BMP), Graphics Image Format (GIF), Joint Photographic Experts Group (JPEG), Tagged Image File Format (TIFF),=
Portable
Network Graphics (PNG), ya son los más utilizados ya qu=
e la
aplicación lo permite (García, 2004).
Se comparó las imágenes pixel a pixel con Guiffy
Image Diff, lo que =
permitió
determinar los cambios realizados en las componentes de cada pixel, se veri=
ficó
la integridad de los datos ejecutando la herramienta H=
ashMyFiles
y con la aplicación esteganografía básica disponible en la web se pudo obte=
ner
el mensaje esteganografiado.
Se validó la propuest=
a a
través de un caso estudio, donde los sujetos de prueba tienen conocimientos=
de
Criptografía y Seguridad Informática lo que constituye nuestra población, estas caracterí=
sticas
cumplen el grupo de estudiantes de quinto semestre de la carrera de Ingenie=
ría
en Sistemas, se dividió la población en un grupo experimental y uno =
de
control. Se diseñó un
conjunto de tareas y se les pidió extraer el mensaje oculto en una imagen <=
span
class=3DSpellE>esteganografiada, el experimento se realizó con el mé=
todo
para el grupo experimental y sin el método propuesto para el grupo de contr=
ol,
se permitió utilizar cualquier tipo de herramientas de criptoanálisis y
Se establecieron nive=
les
de seguridad, el nivel alto indica el número de estudiantes que no pudieron
mostrar el mensaje claro oculto dentro de la imagen por el lapso de 2 horas=
que
duró la prueba, el nivel medio indica el número de estudiantes que lograron
mostrar el mensaje claro en un tiempo de una hora y 45 minutos del tiempo y=
el
nivel bajo indica el número de estudiantes que mostraron el mensaje claro e=
n un
tiempo de una hora con 30 minutos.
Resultados.
La Figura 3, muestra el mensaje obtenido con la aplicación
Esteganografía Básica antes de encriptarlo, como se puede observar el mensa=
je
es legible, además se ve que la aplicaci=
ón
no presenta algun sistema de seguridad.
Figura 3. Captura del mensaje transmiti=
do
antes de aplicar la propuesta
Fuente: Esteganografia Básica<=
span
style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times New Roman",se=
rif'>
En la Fig=
ura
4 se presenta la interface desarrollada del método propuesto, obsérvese los
parámetros a ingresar para ese proceso.
Figura 4. Interface desarrollada de
esteganografia con criptografia
Fuente: Autores
En la Figura 5, se puede evidenciar que el mensaje
transmitido con el nuevo metodo propuesto no es legible aunque sea
interceptado, ya que se encuentra encriptado.
Figura 5. Captura del mensaje transmiti=
do
después de aplicar la propuesta
Fuente: Esteganografia Básica
En la Tabla II se obs=
erva
la comparación pixel a pixel de las imágenes original y esteganografiada
con Guiffy Image
Tabla II. Comparativa de imágenes
|
Pixeles modificados |
|
|
Imagen sin texto oculto |
Imagen con texto oculto |
Verificación de la integridad del mensaje transmitido con el
método propuesto.
Una =
vez
receptado el mensaje se aplicó el programa HashMyFiles=
para verificar el MD5 (código único de un archivo que indica cambios en una
imagen), en la Figura 6 se puede observar que este código es el mismo tanto=
el
archivo del emisor como del receptor, por ende, el archivo no ha sufrido ni=
ngún
cambio.
Figura 6. Verificacion de MD5
Fuente: HashMyFiles
Validación del método.
La
población de estudio fue de 60 estudiantes, se dividió en dos grupos de 30
estudiantes una para el grupo de control y el otro para el experimental.
Tabla III. Nivel de seguridad en el mensaje con el método
propuesto
|
Nivel
Seguridad |
Nº Estud=
iantes |
|
A=
lto |
23 |
|
M=
edio |
5 |
|
B=
ajo |
2 |
Fuente: Autores
Conclusiones. =
De la revisión de literatura se
evidencia que LSB es uno de los métodos esteganográfic=
os
de imágenes más utilizados, presenta ciertas debilidades, pero se toma como
base para la mejora pues tiene características que permiten no solo ocultar
siguiendo un patrón, sino que se puede seguir otras opciones como alterar en
cualquier otro bit del byte logrando así otra forma de ocultar el texto den=
tro
de la imagen.
Del estudio se determinó que de l=
os
diversos algoritmos criptográficos que existen, el cifrado de Cesar tiene g=
ran
compatibilidad con LSB, en las pruebas realizadas se observó que no hay cam=
bios
visibles en la imagen. Pero mientr=
as
mayor sea la dificultad del algoritmo esteganográfico<=
/span>
a implantar mayor va hacer el nivel de seguridad de la información.
En el caso de estudio=
el
100% del grupo de prueba pudieron obtener el mensaje oculto de la imagen si=
n el
método propuesto, y al realizar la misma tarea con la aplicación del método
propuesto en el grupo experimental solo siete estudiantes pudieron descifra=
rlo,
lo que demostró que se incrementa el nivel de seguridad en un 76.67%.
Del estudio de
herramientas esteganográficas disponibles se
evidenció que el método propuesto en la aplicación desarrollada presenta la
característica inusual para encriptación lo que le hace una herramienta
confiable y robusta mejorando el nivel de seguridad en la transferencia de
imágenes en cualquier formato.
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Para
citar el artículo indexado.
Cuzco R., Mant=
illa
C., Vaca B. =
& Acosta R. . (2018).
Mejora en la seguridad de un método esteganogra=
fico
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ctrónica
Ciencia Digital 2(3), 61-73. Recuperado desde: http://cienciadigital.org/revistacienciadigita=
l2/index.php/CienciaDigital/article/view/137/122
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[1] Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Informática y Electrónica, Riobamba, Ecuador, rcuzco@espoch.edu.ec
[2]Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Informática y Electrónica, Riobamba, Ecuador, carmen.mantilla@espoch.edu.ec
[3]Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Informática y Electrónica, Riobamba, Ecuador, bvacab@espoch.edu.ec
[4]Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Administración de Empresas, Riobamba, Ecuador, rosa.acosta@espoch.edu.ec
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Vol. 2, N°3, p. 61=
-73,
Julio - Septiembre, 2018