สเตกาโนกราฟีในรูปภาพ: เทคนิค LSB

ภาพสีดิจิทัลประกอบด้วยพิกเซล แต่ละพิกเซลเก็บค่าช่องสีสามค่า ได้แก่ แดง เขียว และน้ำเงิน โดยแต่ละค่ามีช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 255 และจัดเก็บไว้ในหนึ่งไบต์ ดังนั้นภาพขนาด 1000x1000 พิกเซลจึงมีข้อมูลสีแยกกันสามล้านไบต์ ปริมาณข้อมูลจำนวนมากนี้เปิดโอกาสให้ซ่อนข้อมูลเพิ่มเติมจำนวนเล็กน้อยได้โดยไม่ทำให้ภาพเปลี่ยนแปลงจนมองเห็น

ในค่าขนาด 8 บิต บิตที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุดจะเพิ่มค่าเพียง 1 เมื่อมีค่าเป็น 1 เทียบกับ 128 ของบิตที่มีนัยสำคัญมากที่สุด การสลับค่า LSB ของช่องสีจะเปลี่ยนค่าพิกเซลได้มากที่สุด 1 จาก 255 ซึ่งเป็นความเปลี่ยนแปลงที่สายตามนุษย์ไม่สามารถสังเกตได้เลย จึงทำให้ LSB เป็นตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดสำหรับฝังบิตที่ซ่อนอยู่โดยไม่ลดคุณภาพของภาพที่มองเห็น

หากต้องการซ่อนข้อมูลลับหนึ่งไบต์ (8 บิต) เราจะเขียนทับ LSB ของพิกเซลที่ต่อเนื่องกันแปดพิกเซลในช่องสีเดียว การอ่านค่า LSB เหล่านั้นกลับตามลำดับจะสร้างไบต์ลับดั้งเดิมขึ้นมาใหม่ นี่คืออัลกอริทึมสเตกาโนกราฟีแบบ LSB ที่ง่ายที่สุด การแก้ไขภาพมีความละเอียดอ่อนมากจนคู่พิกเซลอย่าง (200, 201) ดูเหมือนกันเมื่อมองด้วยตา แต่ความแตกต่างของ LSB ยังคงบรรจุข้อมูลที่มีความหมาย

ภาพ BMP สีแบบ 24 บิตที่มี 1 ล้านพิกเซลจะมีข้อมูลพิกเซล 3 ล้านไบต์ และมีค่าแยกตามช่องสี 3 ล้านค่า การใช้ LSB หนึ่งบิตต่อช่องสีทำให้เราซ่อนข้อมูลได้ 3 ล้านบิต หรือ 375 กิโลไบต์ หากใช้ไฟล์พาหะขนาด 10 ล้านพิกเซล จะสามารถซ่อนข้อมูลได้ประมาณ 3.75 เมกะไบต์ ซึ่งเพียงพอสำหรับเอกสารข้อความหลายพันฉบับหรือไฟล์ปฏิบัติการขนาดเล็ก

ระบบการมองเห็นของมนุษย์ไวต่อเฉดสีและความอิ่มตัวของสีมากกว่าความแตกต่างของความสว่างเพียงเล็กน้อยในระดับ 1 หน่วย ภาพที่แทนที่ LSB ทุกบิตด้วยข้อมูลลับจะดูไม่แตกต่างจากภาพต้นฉบับเมื่อดูบนจอแสดงผลทั่วไป ค่ามาตรวัดคุณภาพด้านการรับรู้ PSNR (อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนสูงสุด) สำหรับสเตกาโนกราฟีแบบ LSB โดยทั่วไปสูงกว่า 50 dB ซึ่งสูงกว่าเกณฑ์การรับรู้ของมนุษย์มาก

แนวทางที่ง่ายที่สุดคือฝังบิตลงในพิกเซลตามลำดับจากมุมซ้ายบน วิธีนี้นำไปใช้และตรวจจับได้ง่าย เพราะผู้วิเคราะห์สเตกาโนกราฟีรู้แน่ชัดว่าควรตรวจสอบที่ใด แนวทางที่ปลอดภัยกว่าคือใช้ตัวสร้างเลขสุ่มเทียมที่เริ่มต้นด้วยคีย์ร่วม เพื่อเลือกว่าพิกเซลใดและช่องสีใดจะรับบิตที่ซ่อนอยู่ นักวิเคราะห์ที่ไม่มีคีย์จะไม่สามารถระบุตำแหน่งที่ฝังข้อมูลได้

เมื่อเริ่มต้น PRNG ด้วยคีย์ลับ ผู้ส่งและผู้รับสามารถสร้างลำดับพิกัดพิกเซลแบบสุ่มเทียมเดียวกันได้อย่างอิสระ ผู้ส่งจะฝังบิตเฉพาะที่พิกัดเหล่านั้น ส่วนผู้รับจะแยกบิตจากพิกัดเดียวกันตามลำดับเดียวกัน ผู้โจมตีที่ไม่รู้คีย์จะเผชิญกับปัญหาการค้นหาเชิงจัดหมู่ แม้จะรู้ว่ามีการใช้สเตกาโนกราฟีก็ตาม

OpenStego และสเตกไฮด์เป็นเครื่องมือโอเพนซอร์สยอดนิยมที่ใช้สเตกาโนกราฟีแบบ LSB พร้อมตัวเลือกการเข้ารหัสด้วยรหัสผ่าน สเตกไฮด์รองรับรูปแบบ JPEG, BMP, WAV และ AU และใช้วลีรหัสผ่านทั้งเพื่อเลือกตำแหน่งฝังและเพื่อเข้ารหัสข้อมูลที่ซ่อน การใช้วลีรหัสผ่านช่วยให้แม้จะตรวจพบว่ามีข้อมูลซ่อนอยู่ การกู้คืนเนื้อหาก็ยังต้องใช้วลีรหัสผ่าน

ไฟล์ BMP เก็บข้อมูลพิกเซลดิบที่ไม่บีบอัด จึงทำให้การฝัง LSB ทำได้ตรงไปตรงมาและไม่สูญเสียข้อมูล JPEG ใช้การบีบอัดแบบสูญเสียซึ่งตัดรายละเอียดความถี่สูงออกและเปลี่ยนค่าพิกเซลเล็กน้อย ข้อมูล LSB ที่ฝังใน JPEG ก่อนบันทึกจะถูกทำลายโดยการบีบอัดซ้ำ สเตกาโนกราฟีใน JPEG จึงต้องทำงานในโดเมนความถี่ โดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์ DCT แทนค่าพิกเซล ซึ่งซับซ้อนกว่าแต่มีการใช้งานอย่างแพร่หลาย

การฝังข้อมูลเพิ่มขึ้นทำให้ความจุของข้อมูลที่ซ่อนสูงขึ้น แต่ก็เพิ่มการบิดเบือนทางสถิติด้วย การใช้สองบิตต่อช่องสีทำให้ความจุเพิ่มเป็นสองเท่า แต่ทำให้ลักษณะเฉพาะทางสถิติเด่นชัดขึ้น เครื่องมืออย่าง StegExpose สามารถตรวจจับเครื่องมือ LSB ทั่วไปได้ด้วยการวิเคราะห์การกระจายของคู่พิกเซล โดยทั่วไปควรรักษาข้อมูลที่ซ่อนไว้ให้ต่ำกว่า 10 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์ของความจุสื่อพาหะ เพื่อหลีกเลี่ยงการกระตุ้นอัลกอริทึมตรวจจับ

การวิเคราะห์คู่พิกเซลใช้ประโยชน์จากสิ่งแปลกปลอมที่คาดเดาได้ซึ่งเกิดจากการฝัง LSB ภาพธรรมชาติมีการกระจายของคู่ค่าพิกเซลในลักษณะเฉพาะ การฝัง LSB จะรบกวนการกระจายนี้เล็กน้อยด้วยการเปลี่ยนค่าคี่เป็นค่าคู่หรือเปลี่ยนค่าคู่เป็นค่าคี่ เมื่อวัดอัตราส่วนของคู่พิกเซลที่มีค่าใกล้เคียงกัน ผู้วิเคราะห์สเตกาโนกราฟีจะประเมินได้ทั้งว่ามีการฝังข้อมูลเกิดขึ้นหรือไม่ และมีข้อมูลถูกซ่อนไว้ประมาณเท่าใด

ภาพสี BMP แบบ 24 บิตที่มี 1,000,000 พิกเซลใช้ LSB หนึ่งบิตต่อช่องสี จะสามารถซ่อนข้อมูลได้มากเท่าใด

การซ่อนข้อมูลด้วย LSB ฝังบิตลับไว้ในบิตที่มีนัยสำคัญต่ำสุดของช่องสีในพิกเซล ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางภาพที่แทบสังเกตไม่ได้ ข้อมูลที่ซ่อนไว้หนึ่งไบต์ต้องใช้แปดพิกเซล ภาพขนาดหนึ่งล้านพิกเซลสามารถซ่อนข้อมูลได้ประมาณ 375 กิโลไบต์เมื่อใช้ LSB หนึ่งบิตต่อช่องสี การเลือกพิกเซลด้วย PRNG โดยใช้คีย์ร่วมกันช่วยเพิ่มความปลอดภัย JPEG ต้องฝังข้อมูลในโดเมน DCT การวิเคราะห์ทางสถิติผ่านการกระจายของคู่พิกเซลสามารถตรวจจับการฝังข้อมูลด้วย LSB ได้