A Data Hiding Application based Cryptography and Image Steganography Methods: Sten 0.1

Abstract

Digital communication has become easier and faster with the developing communication and information technologies, the use of communication environments has become widespread. On the other hand, attacks on transmitted information have increased in number and variety. There is a need to provide a private and secure communication environment between the two people who want to communicate securely. Confidentiality, one of information security targets, can be secured by using cryptography or steganography methods. In addition, these methods can be combined for enhanced security. This study proposes an approach that combines both methods to ensure data privacy. It provides enhanced security to the user by embedding/extracting the data in the image file with a hash. Although this process has resulted in a slight delay, the satisfaction results are obtained when random data is hiding at maximum capacity. The images with data hidden in the 4-least significant bit (LSB) of each color channel have an acceptable image quality of almost 30 dB and above. In addition, the highest similarity index is obtained as 0.991. The study also includes the development of an application. In the developed application, cryptography methods and the LSB-based image steganography can be used separately or together for various purposes.

Keywords

• information security
• cryptography
• image steganography
• LSB
• data hiding

Kriptografi ve Görüntü Steganografi Tabanlı Bir Veri Gizleme Uygulaması: Sten 0.1

Abstract

Gelişen iletişim ve bilişim teknolojileri ile dijital iletişim daha hızlı ve kolay olmuş, iletişim ortamlarının kullanımı yaygınlaşmıştır. Diğer taraftan iletilen bilgiye yönelik saldırılar da sayı ve çeşit olarak artış göstermiştir. İletişim kurmak isteyen iki taraf arasında, özel ve güvenli bir iletişim ortamının sağlanmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Bilgi güvenliği temel hedeflerinden olan gizlilik, kriptografi veya steganografi yöntemleri kullanılarak güvence altına alınabilir. Ayrıca, daha gelişmiş bir güvenlik için bu yöntemler bileştirilerek kullanılabilir. Çalışmada, veri gizliliğini sağlamaya yönelik kriptografi ve steganografi yöntemlerinin birlikte kullanıldığı bir yaklaşım önerilmiştir. Önerilen yaklaşım, görüntü dosyası içerisine veri gömme/çıkarma işlemlerini bir özet (hash) string ile gerçekleştirerek kullanıcıya ek bir güvenlik katmanı sunmaktadır. Bu işlem az bir gecikmeye neden olsa da maksimum kapasitede veri gizleme yapıldığında ulaşılan sonuçlar memnuniyet vericidir. Her bir görüntü kanalının en az anlamlı 4 bitine rastgele veri gizlenmiş görüntüler, 30 dB ve üzeri kabul edilebilir bir görüntü kalitesine sahiptir. Ayrıca, en yüksek benzerlik indeksi 0,991 olarak elde edilmiştir. Çalışma kapsamında ayrıca bir uygulama geliştirilmiştir. Geliştirilen uygulamada kriptografi yöntemleri ve en az anlamlı bit tabanlı görüntü steganografi ayrı ayrı veya birlikte çeşitli amaçlar için kullanılabilmektedir.

Keywords

• bilgi güvenliği
• kriptografi
• görüntü steganografi
• LSB
• veri gizleme

References

1. Abraham, O., ve Shefiu, G. O. (2012). An Improved Caesar Cipher (ICC) Algorithm. IJESAT International Journal of Engineering Science & Advanced Technology, 2(5), 1198-1202.
2. Adee, R., ve Mouratidis, H. (2022). A Dynamic Four-Step Data Security Model for Data in Cloud Computing Based on Cryptography and Steganography. Sensors, 22(3), 1109.
3. Ali, U. A. M. E., Sohrawordi, M., & Uddin, M. P. (2019). A Robust and Secured Image Steganography Using LSB and Random Bit Substitution. American Journal of Engineering Research (AJER), 8(2), 39-44.
4. Aliyu, A. A. M., ve Olaniyan, A. (2016). Vigenère Cipher: Trends, Review and Possible Modifications. International Journal of Computer Applications, 135(11), 46-50.
5. Ansari, A., Mohammadi, M. S., & Ahmed, S. S. (2020). Digital colour image steganography for PNG format and secured based on encoding and clustering. International Journal of Engineering Research and Technology, 13(2), 345-354.
6. Awadh, W. A., Alasady, A. S., & Hamoud, A. K. (2022). Hybrid Information Security System via Combination of Compression, Cryptography, and Image Steganography. International Journal of Electrical and Computer Engineering, 12(6), 6574-6584.
7. Balkesen, C., ve Koçer,H. E. (2020). Embedding Encrypted Data into an Image with a Random Pixel Layout Approach. European Journal of Science and Technology, (Special Issue), 123-130.
8. Baysan, B., ve Özekes, S. (2023). DLSB - Uzaklaştırılmış En Önemsiz Bit Steganografi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38 (3), 1725-1736.

9. Bhardwaj, R., ve Sharma, V. (2016). Image Steganography Based on Complemented Message and Inverted bit LSB Substitution. Procedia Computer Science, 93, 832-838.
10. Diepenbroek, M. (2021). Secret Communication in Antiquity the Spartan Scytale. Ancient Warfare XIV-3, 44-47.
11. Doğan, F., Dağ, R., & Türkoğlu, İ. (2016). İmgeler İçin Farklı Bir Veri Gizleme Yaklaşımı. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 7(3), 501-514.
12. Emam, M. M., Aly, A. A., & Omara, F. A. (2016). An Improved Image Steganography Method based on LSB Technique with Random Pixel Selection. International Journal of Advanced Computer Science and Applications, 7(3), 361-366.
13. Hammad, R., Latif, K. A., & Amrullah, A. Z. vd. (2022) Implementation of Combined Steganography and Cryptography Vigenère Cipher, Caesar Cipher and Converting Periodic Tables for Securing Secret Message. Journal of Physics, 2279(1), 012006(1-6).
14. Hureib, E. S., ve Gutub, A. A. (2020). Enhancing Medical Data Security via Combining Elliptic Curve Cryptography with 1-LSB and 2-LSB Image Steganography. IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security, 20(12), 232-241.
15. Koçak, C. (2015). Kriptografi ve Stenografi Yöntemlerini Birlikte Kullanarak Yüksek Güvenlikli Veri Gizleme. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 31(2), 115-123.
16. Konyar, M. Z., İlkin, S., Çelik, N., & Sondaş, A. (2018). Steganografi için En Uygun Resmi Belirleyen Uygulama Arayüz Tasarımı. İleri Teknoloji Bilimleri Dergisi, 7(1), 83-89.
17. Macit, H. B., ve Koyun, A. (2020). A New Imperceptible Steganography Method for Grayscale Images. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 8 (2), 357-365.
18. Osman, O. M., Kanona, M. E. A., Hassan, M. K., Elkhair, A. A. E., & Mohamed, K. S. (2022). Hybrid Multistage Framework for Data Manipulation by Combining Cryptography and Steganography. Bulletin of Electrical Engineering and Informatics, 11(1), 327-335.
19. Özbilgin, F., Durmuş, F., & Karagöl, S. (2018). Yazılı Metni Şifreleyip LSB Yöntemi ile Gizleme. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 6(3) (Özel Sayı: UMAS 2017), 676-685.
20. Putera, A., Siahaan, U., & Rahim, R. (2016). Dynamic key matrix of hill cipher using genetic algorithm. International Journal of Security and Its Applications, 10(8), 173-180.
21. Sara, U., Akter, M., & Uddin, M. (2019). Image Quality Assessment through FSIM, SSIM, MSE and PSNR—A Comparative Study. Journal of Computer and Communications, 7, 8-18.
22. Singh, S., ve Atria, V. K. (2015). Dual Layer Security of Data Using LSB Image Steganography Method and AES Encryption Algorithm. International Journal of Signal Processing, Image Processing and Pattern Recognition, 8(5), 259-266.
23. Solak, S., ve Altınışık, U. (2019). A New Approach for Steganography: Bit Shifting Operation of Encrypted Data in LSB (SED-LSB). Bilişim Teknolojileri Dergisi, 12(1), 75-81.
24. Şahin, A., Buluş, E., & Sakallı, M. T. (2006). 24-Bit Renkli Resimler Üzerinde En Önemsiz Bite Ekleme Yöntemini Kullanarak Bilgi Gizleme. Trakya Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 7(1), 17-22.
25. Yakut, S. (2021). Random Number Generator Based on Discrete Cosine Transform Based Lossy Picture Compression. Naturengs, 2(2), 76-85.
26. Yakut, S. (2022a). Steganography Approach Based on the Least Significant Bit Technique. 6th International Artificial Intelligence & Data Processing Symposium, 8-9 Sep. 2022, Malatya, Türkiye, 165-169.
27. Yakut, S. (2022b). Kayıplı Resim Sıkıştırma Algoritmalarını Temel Alan Rastgele Sayı Üreteci. Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 9(18), 571-580.
28. URL-1: https://i.pinimg.com/originals/f9/25/e1/ f925e13343ffc8726316f519b3619424.png [Erişim Tarihi: 11.05.2023]
29. URL-2: https://demo.joomlalabs.com/images/ slideshow/1280x853/stars-345902_1280.jpg [Erişim Tarihi: 11.05.2023]