Mitrpant, Chaichana:

Information hiding : an application of wiretap channels

Duisburg-Essen (2003), VI, 119 S.
Dissertation / Fach: Maschinenbau
Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen » Institut für Experimentelle Mathematik (IEM) Essen
Dissertation
Abstract:
Information hiding erfordert nicht nur die Geheimhaltung einer Information, sonderern auch der Kommunikation. Im Allgemeinen kann die Information durch kryptohgraphische Verfahren geschützt werden, allerdings kann gerade die Übertragung verschlüsselter Daten die Aufmerksamkeit eines Angreifers wecken und erst so zu einer kryprographischen Attacke führen. Eine geheime Kommunikation wird in der Praxis meist realisiert, indem die Information in einem Medium wie einem Bild oder einer Publikation versteckt wird. In dieser Dissertation wird das Problem des Information-Hiding aus dem Blickwinkel der Informationstheorie untersucht. Dazu wird der Ansatz der Code-Partitionierung verfolgt, der bereits erfolgreich zur Lösung vieler klassischer Probleme wie der Bestimmung von erreichbaren Gebieten für den Broadcast-Kanal, den Abhör-Kanal und anderer Kanäle mit Zusatzinformation eingesetzt wurde. In dieser Arbeit wird die Code-Partitionierung zur Ableitung erreichbare Gebiete auf zwei neue Kanalmodelle angewendet: den Gauss-Abhör Kanal mit Zusatzinformation und dem Abhör-Kanal II mit Zusatzinformation. Im ersten Fall wird untersucht, wie die Zusatzinformation beim Sender für eine effiziente Codierung genutzt werden kann. Für das zweite Modell wird untersucht, wie sich einem Angreifer bekannte Zusatzinformationen über die geheimen Daten auf den Systementwurf auswirken. Für den Gauss-Abhör Kanal werden sog. Leck-Funktionen definiert, die den Kanal bzw. die Art der Zusatzinformation genauer charakterisieren. Für Kanäle mit unterschiedlicher Charakteristik werden drei Betriebsmodi vorgeschlagen, unter denen sich eine verdeckte Kommunikation mit asymptotisch perfekter Sicherheit betreiben lässt. Basierend auf diesen Modi werden erreichbare Gebiete für den Gauss-Abhör Kanal mit Zusatzinformation abgeleitet. Der Gauss-Abhör Kanal mit Zusatzinformation findet eine direkte Anwendung beim Information-Hiding in einem Bild. Es kann gezeigt werden, dass eine Schlüssel-basierte Implementierung des Modells äquivalent zu einer einfachen Erweiterung des bekannten Verfahrens für digitale Wasserzeichen nach der Quantisierungsmethode ist. Eine vielversprechende experimentelle Studie zeigt, dass sich in einem Graustufenbild bei hoher Sicherheit und nur geringer Degradation der Bildqualität eine signifikante Menge von Binärdaten verstecken lässt (1 bit pro pixel). Zur Analyse des Abhör-Kanal II mit Zusatzinformation wird das erweiterte Konzept des Inversen-Relativen-Dimension/Längen Profils eingesetzt. Es wird untersucht, wie sich Zusatzinformation beim Angreifer über die geheimen Daten auf den Systementwurf auswirken. Dazu werden charakteristika guter Binärcodes für diesen Kanal abgeleitet. Darüberhinaus definieren wir für den Abhör-Kanal II mit und ohne Zusatzinformtaion eine Klasse von Codes finiter Länge, die bei einer Beschränkung der erlaubten Datenrate die grösst mögliche Robustheit gegen eine Attacke bietet. Basierend auf der Codierungsstrategie leiten wir dann für den Kanal mit Zusatzinformation erreichbare Gebiete ab.