Rapport de projet : la stéganographie

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1 Université d Orléans Master 2 Automatique 2009/2010 Traitement d images 2 nd trimestre Adrian Bourgoin Rapport de projet : la stéganographie 1 Introduction La stéganographie (du grec steganos, couvert et graphein, écriture) est l art de cacher un message au sein d un autre message de caractère anodin, de sorte que l existence même du secret en soit dissimulée. Alors qu avec la cryptographie habituelle, la sécurité repose sur le fait que le message ne sera sans doute pas compris, avec la stéganographie, la sécurité repose sur le fait que le message ne sera sans doute pas détecté. Ici, on va cacher du texte dans une image numérique... 2 Codage On choisit de travailler avec des images en niveaux de gris. 2.1 Description informatique d une image en niveaux de gris Une image en niveaux de gris peut être décrite comme une matrice composée de nombres allant de 0 à 255. A chaque nombre représentant un pixel, on associe un niveau de gris : 0 noir,..., 255 blanc Figure 1 Exemple d image numérique Représentation binaire du texte Chaque caractère du texte à cacher sera représenté par son code ASCII étendu (Annexe A.2), écrit en base 2. Par exemple, le code ASCII décimal de "A" est 65, ce qui donne en binaire, sur un octet (8 bits) : Le texte complet sera donc une suite de 0 et de 1, chaque caractère utilisant 8 bits. 1

2 2.3 Intégration du texte dans l image Si l on oublie la représentation matricielle de l image, on peut l imaginer comme une suite de nombres compris entre 0 et 255. La technique de camouflage que l on choisit ici est la suivante : à chaque nombre pair correspond un 0 du texte et à chaque nombre impair correspond un 1. Il faudra donc modifier certains pixels de l image, mais ces altérations seront invisibles à l oeil. On va procéder ainsi : si le nombre du tableau de l image a la parité que l on veut, on le laisse inchangé. Si ce n est pas le cas, on lui ajoute 1. Cette méthode nécessite un prétraiement de l image : tous les pixels à 255 seront ramenés à 254 pour éviter les débordements. Reprenons l image (Figure 1) donné en exemple et camouflons-y la lettre A : la première ligne de la matrice nous suffit pour dissimuler la lettre A. Image originale Prétraitement Texte à cacher (A) Image modifiée Figure 2 Première ligne de l image avec la lettre A cachée Il n y a plus qu à reformer l image et à envoyer l image contenant le message caché au destinataire. Attention, il ne faut pas compresser l image pour ne pas modifier la valeur des pixels : il est conseillé d utiliser un format *.png ou *.tiff. 3 Décodage La récupération du texte dans l image s opère de la manière suivante : Récupérer la matrice décrivant l image. Remplacer un nombre pair par 0, un nombre impair par 1. Grouper les bits par groupe de 8. Convertir chaque octet en nombre décimal. Écrire les caractères correspondant aux codes ASCII obtenus. 4 Le programme Matlab Le programme Matlab permet de coder ou décoder un message dans une image en niveau de gris. Pour le codage, il indique à l utilisateur le nombre de caractères maximums que la photo peut cacher suivant sa taille. Le seul inconvénient est que le texte entré par l utilisateur doit être sur une seule ligne. Le programme réserve la première ligne de pixels de l image pour cacher le nombre de caractères du message caché qui sera utile lors du décodage du message. 2

3 Pour le décodage, le programme indique à l utilisateur le message caché dans l image choisie. Si aucun message n est caché, le programme n arrive pas à lire dans la première ligne le nombre de caractère et lève une exception. Figure 3 Exemple d utilisation du programme de codage et de décodage 3

4 5 Conclusion La stéganographie, qui existait déjà du temps de George Sand et d Alfred de Musset par leurs échanges épistolaires, a évolué avec les nouvelles technologies. Cependant, cette technique peut être utilisée à des fins plus ou moins dangereuses. Le programme pourra être amélioré pour cacher du texte comportant des retours à la ligne lors de la saisie et également gérer les images couleurs. Références [1] Maïtine Bergounioux, "Quelques méthodes mathématiques pour le traitement d image", [2] A Annexe A.1 prog_codage_decodage.m 1 clear all ; 2 close all ; 3 options. Resize = on ; choice = questdlg ( Voici un programme de Steganographie... Voulez vous entrer??,... 7 Bienvenue...,... 8 oui, non, oui ); 9 10 switch choice 11 case oui % si on clique sur OUI choice1 = questdlg ( Que voulez vous faire???, Choix..., Coder, Decoder, Coder ); switch choice1 17 case Coder % si on clique sur Coder % choix de l image a crypter 20 [ FileName, PathName ]= uigetfile ({ *. png, Fichiers images (*. png ) }, Selectionner l image a crypter (*. png ):, C:\ ); % on charge l image 25 im = imread ([ PathName FileName ]); 26 [n,m] = size (im); % taille de l image % on coupe l image pour que la taille soit multiple de 8 29 if mod (m,8) ~=0 30 im = im (:,1:m-mod (m,8) ); 31 end 32 [n,m]= size (im); %on met a jour la taille de l image 4

5 nb_ lettres_ ligne = m /8; 36 nb_ carac_ max = nb_ lettres_ ligne * n; % texte a coder dans l image 39 prompt ={[ Taper le texte a coder dans l image ( sur une seule ligne num2str ( nb_ carac_ max ) caracteres max )... ]}; 40 name = Texte a coder ; 41 numlines =20; 42 default ={ Entrez votre texte ici... }; 43 Answer = inputdlg ( prompt,name, numlines, default, options ); % si on clique sur annuler 46 if isempty ( char ( Answer )) ==1 47 errordlg ( Tant pis!, Erreur ); 48 clear ; break 49 else % si on clique sur OK % on recupere le texte tape ds la fenetre 52 texte = char ( Answer ); l_texte = length ( texte ); % longueur du texte tape % on complete le texte par des espaces pr tomber sur un 57 % multiple de 8 58 reste = nb_ lettres_ ligne - mod ( l_texte, nb_ lettres_ ligne ); 59 if reste ~=0 60 for i = 1: reste 61 texte = [ texte ]; 62 end 63 end l_texte = length ( texte ); % on met a jour la taille du texte nb_ ligne = l_texte / nb_ lettres_ ligne ; % nombre de lignes utilisees ds l image pour cacher le texte texte_ ascii = uint8 ( texte ); % on convertit le texte en ascii code = [( dec2bin ( nb_ligne,m)== 1 ).* ones (1,m)]; % matrice qui va etre composee de 0 et for i = 1: l_texte 74 temp = ( dec2bin ( texte_ascii (i),8) == 1 ).* ones (1,8) ; if mod (i -1, nb_lettres_ligne ) ==0 77 ligne = []; 78 end ligne = [ ligne, temp ]; if mod (i, nb_lettres_ligne ) ==0 83 code = [ code ; ligne ]; 84 end 85 end texte = code ; 5

6 88 89 % %%%%%%%%%%%%%%%% codage %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 90 I = find (im ==255) ; 91 im( I) = 254; % on met a 254 les valeurs qui etaient a image_ crypte = im; 95 [N,M] = size ( texte ); B = mod (im,2) ; 98 toto =(( texte ==1) & (B (1:N,1: M) ==0) ) (( texte ==0) & (B (1:N,1: M) ~=0) ); C= ones (N,M); image_crypte (1:N,1: M)= double ( image_crypte (1:N,1: M))+C.* toto ; [file, path ] = uiputfile ( *. png, Enregistrer l image cryptee ); imwrite ( uint8 ( image_crypte ),[ PathName file ]); figure ; imshow ( uint8 ( image_crypte ), Border, tight ); title ( image avec le texte cache ); helpdlg ( Merci d avoir utilise le programme ; -) A bientot!, END ); 112 clear all ; 113 end case Decoder 116 % choix de l image a decrypter 117 [ FileName, PathName ]= uigetfile ({ *. png, Fichiers images (*. png ) }, Selectionner l image a decrypter (*. png ):, C:\ ); % on charge l image 122 crypt = imread ([ PathName FileName ]); 123 [N,M] = size ( crypt ); % taille de l image decrypt = mod ( crypt,2) ; taille = mat2str ( decrypt (1,:) ); 128 taille = taille (2: end -1) ; 129 taille = regexprep ( taille,, ); 130 if N > taille = taille ( end -51: end ); % max 52 bits pr la fonction bin2dec 132 end 133 taille = bin2dec ( taille ); decrypt = decrypt (2: end,:) ; n1 = taille ; % nombre de lignes 138 m1 =M; % nombre de colonnes code = decrypt ; 6

7 nb_ lettres_ ligne1 = m1 /8; 143 nb_ lettres_ total = nb_ lettres_ ligne1 * n1; decode = ; 146 j =0; 147 try 148 for k = 1: nb_ lettres_ total 149 if mod (k -1, nb_lettres_ligne1 ) ==0 150 j=j +1; 151 i =0; 152 end 153 i=i +1; 154 temp = code (j,(i -1) *8+1: i *8) ; 155 temp = mat2str ( temp ); 156 temp = temp (2: end -1) ; 157 temp = regexprep (temp,, ); decode = [ decode bin2dec ( temp )]; 160 end 161 catch 162 helpdlg ( Pas de texte cache dans l image choisie! : -(, END ); 163 clear all ; break 164 end helpdlg ( decode, Texte cache... END ); end case non % si on clique sur NON 172 helpdlg ( Merci d avoir utilise le programme ; -) A bientot!, END ); 173 clear all ; end A.2 Table des caractères ASCII Décimal Binaire Caractère NUL (Null char.) SOH (Start of Header) STX (Start of Text) ETX (End of Text) EOT (End of Transmission) ENQ (Enquiry) ACK (Acknowledgment) BEL (Bell) BS (Backspace) HT (Horizontal Tab) LF (Line Feed) 7

8 Décimal Binaire Caractère VT (Vertical Tab) FF (Form Feed) CR (Carriage Return) SO (Shift Out) SI (Shift In) DLE (Data Link Escape) DC1 (XON)(Device Control 1) DC2 (Device Control 2) DC3 (XOFF)(Device Control 3) DC4 (Device Control 4) NAK (Negative Acknowledgement) SYN (Synchronous Idle) ETB (End of Trans. Block) CAN (Cancel) EM (End of Medium) SUB (Substitute) ESC (Escape) FS (File Separator) GS (Group Separator) RS (Request to Send)(Record Separator) US (Unit Separator) SP (Space) ! (exclamation mark) " (double quote) # (number sign) $ (dollar sign) % (percent) & (ampersand) (single quote) ( (left opening parenthesis) ) (right closing parenthesis) * (asterisk) (plus) , (comma) (minus or dash) (dot) / (forward slash)

9 Décimal Binaire Caractère : (colon) ; (semi-colon) < (less than sign) = (equal sign) > (greater than sign) ? (question mark) 064 (AT symbol) A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X 9

10 Décimal Binaire Caractère Y Z [ (left opening bracket) \ (back slash) ] (right closing bracket) ˆ (caret cirumflex) _ (underscore) a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z { (left opening brace) (vertical bar) } (right closing brace) (tilde) DEL (delete) 10