Görsel Steganografisi: LSB Tekniği

Dijital renkli bir görüntü piksellerden oluşur. Her piksel üç renk kanalı değeri saklar: Kırmızı, Yeşil ve Mavi. Bunların her biri 0 ile 255 arasında değişir ve bir baytta saklanır. 1000x1000 piksellik bir görüntü bu nedenle üç milyon ayrı baytlık renk verisi içerir. Bu büyük veri hacmi, görünür bir değişiklik oluşturmadan küçük miktarlarda ek bilgiyi gizlemeye olanak tanır.

8 bitlik bir değerde en düşük anlamlı bit, etkin olduğunda değere yalnızca 1 ekler; en yüksek anlamlı bit ise 128 ekler. Bir renk kanalının LSB'sini değiştirmek, piksel değerini 255 üzerinden en fazla 1 değiştirir; bu değişiklik insan gözüyle tamamen fark edilemez. Bu nedenle LSB, görünür görüntü kalitesini düşürmeden gizli bitleri yerleştirmek için ideal konumdur.

Bir bayt (8 bit) gizli veri saklamak için tek bir renk kanalındaki art arda sekiz pikselin LSB'sinin üzerine yazarız. Bu LSB'leri sırayla geri okumak, gizli özgün baytı yeniden oluşturur. Bu, en basit LSB steganografisi algoritmasıdır. Görüntüdeki değişiklik o kadar küçüktür ki (200, 201) gibi piksel çiftleri görsel olarak aynı görünürken LSB farkı anlamlı veri taşır.

1 milyon piksele sahip 24 bitlik renkli bir BMP görüntüsü, 3 milyon bayt piksel verisi ve 3 milyon ayrı renk kanalı değeri içerir. Kanal başına bir LSB kullanarak 3 milyon bit veya 375 kilobayt veri gizleyebiliriz. 10 megapiksellik bir taşıyıcı dosyada yaklaşık 3,75 megabayt gizlenebilir. Bu kapasite, binlerce metin belgesi veya küçük çalıştırılabilir dosya için yeterlidir.

İnsan görsel sistemi, 1 birimlik küçük parlaklık farklarına kıyasla renk tonuna ve doygunluğuna çok daha duyarlıdır. Her LSB'si gizli verilerle değiştirilmiş bir görüntü, normal bir ekranda görüntülendiğinde özgün görüntüden görsel olarak ayırt edilemez. LSB steganografisinin algısal kalite ölçütü PSNR (Tepe Sinyal-Gürültü Oranı) genellikle 50 dB'nin üzerindedir ve bu değer insan algısı eşiğinin oldukça üstündedir.

En basit yaklaşım, bitleri sol üst köşeden başlayarak piksellere sırayla yerleştirir. Bunun uygulanması ve saptanması kolaydır: steganalistler tam olarak nereye bakacaklarını bilir. Daha güvenli bir yaklaşım, gizli bitleri alacak pikselleri ve renk kanallarını seçmek için ortak bir anahtarla tohumlanan sözde rastgele bir sayı üreteci kullanır. Anahtara sahip olmayan bir analist, veri yükünün nereye yerleştirildiğini belirleyemez.

Gönderici ve alıcı, bir PRNG'yi gizli bir anahtarla tohumlayarak aynı sözde rastgele piksel koordinatı dizisini bağımsız olarak oluşturabilir. Gönderici bitleri yalnızca bu koordinatlara yerleştirir; alıcı da bitleri aynı koordinatlardan aynı sırayla çıkarır. Anahtarı bilmeyen bir saldırgan, steganografi kullanıldığını bilse bile kombinatoryal bir arama problemiyle karşı karşıya kalır.

OpenStego ve Steghide, isteğe bağlı parola tabanlı şifrelemeyle LSB steganografisi uygulayan popüler açık kaynaklı araçlardır. Steghide, JPEG, BMP, WAV ve AU biçimlerini destekler; yerleştirme konumlarını seçmek ve veri yükünü şifrelemek için bir parola ifadesi kullanır. Bir parola ifadesi kullanmak, gizli verilerin varlığı saptansa bile içeriğin kurtarılmasının parola ifadesini gerektirmesini sağlar.

BMP dosyaları ham, sıkıştırılmamış piksel verilerini saklar; bu da LSB yerleştirmeyi kolay ve kayıpsız hâle getirir. JPEG, yüksek frekanslı ayrıntıları atan ve piksel değerlerini biraz değiştiren kayıplı sıkıştırma kullanır. Kaydedilmeden önce JPEG'e yerleştirilen LSB verisi, yeniden sıkıştırma sırasında yok olur. JPEG'de steganografi, piksel değerleri yerine frekans alanında (DCT katsayılarında) çalışmalıdır; bu yöntem daha karmaşıktır ancak yaygın olarak kullanılır.

Daha fazla veri yerleştirmek veri yükü kapasitesini artırır; ancak istatistiksel bozulmayı da artırır. Kanal başına iki bit kullanmak kapasiteyi iki katına çıkarır, fakat istatistiksel izi güçlendirir. StegExpose gibi araçlar, piksel çifti dağılımlarını analiz ederek yaygın LSB araçlarını saptayabilir. Saptama algoritmalarını tetiklememek için güvenli veri yükü genellikle taşıyıcı kapasitesinin yüzde 10 ila 15'inin altında tutulur.

Piksel Çifti Analizi, LSB yerleştirmenin öngörülebilir bir yapay izinden yararlanır. Doğal görüntüler, piksel değer çiftlerinin kendine özgü bir dağılımına sahiptir; LSB yerleştirme, tek değerleri çifte veya çift değerleri teke dönüştürerek bu dağılımı biraz bozar. Steganalistler, birbirine yakın değerli piksel çiftlerinin oranını ölçerek hem yerleştirmenin yapılıp yapılmadığını hem de yaklaşık olarak ne kadar verinin gizlendiğini tahmin edebilir.

1.000.000 piksele sahip 24 bit renkli bir BMP görüntüsü, her renk kanalı için bir LSB kullanıyor. Ne kadar veri gizlenebilir?

LSB steganografisi, gizli bitleri piksel renk kanallarının en düşük anlamlı bitlerine gömer ve fark edilemeyecek bir görsel değişikliğe neden olur. Bir baytlık gizli veri için sekiz piksel gerekir. Bir megapiksellik görüntü, her kanal için bir LSB kullanıldığında yaklaşık 375 KB veri gizleyebilir. Paylaşılan anahtarla PRNG tabanlı piksel seçimi güvenliği artırır. JPEG için DCT alanına gömme yapılması gerekir. Piksel çifti dağılımları üzerinden yapılan istatistiksel analiz, LSB gömmeyi tespit edebilir.