Highly Secured Hybrid Image Steganography with an Improved Key Generation and Exchange for One-Time-Pad Encryption Method

Mustafa Takaoğlu; Adem Özyavaş; Naim Ajlouni; Faruk Takaoğlu

Makale detayları

Highly Secured Hybrid Image Steganography with an Improved Key Generation and Exchange for One-Time-Pad Encryption Method

Yazarlar:

Mustafa Takaoğlu | Adem Özyavaş | Naim Ajlouni | Faruk Takaoğlu

Yayıncı:

Afyon Kocatepe University

Ana Başlıklar:

Yazılım Testi | Doğrulama ve Validasyon

Dergi:

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Vol.23 Issue 1, pp.101-114

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

1/2023

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2001284424

pISSN:

2149-3367

Anahtar kelimeler:

Özet:

 Steganography is a subject of study that has been used to hide information throughout history. In cryptology science, the information to be hidden is encrypted. Both study subjects are widely used in information security and protection. In our study, digital image steganography, which is one of the application areas of steganography, was developed and applied to hide text in the selected images. While doing this, the low bands that will hide the data using the discrete Haar wavelet transform of the images obtained first. The text to be hidden is encrypted with the one-time-pad algorithm. The key used for the encryption is transmitted to the receiver using a transmission layer based on a Highly Secured Information Exchange Algorithm. The algorithms use a randomly generated key pool maintained by both the transmitter and the receiver. A key is selected from the pool randomly by generating a random key start point for every message. The pool size and the randomness are critical factors in guaranteeing no key repetition, which is a requirement for a one-time-pad. The ciphertext and the key starting point indicator are hidden in the low bands of the pictures by utilizing the least significant bit method. The optimal pixel adjustment process was applied to the pre-stego-images, this resulted in an improvement in the results. The results obtained in this study are compared against the pre-optimal pixel adjustment process results and the results obtained through peer studies. The test results show that the proposed method outperformed all the methods in terms of peak signal-to-noise ratio, structural similarity index metric, mean absolute error, mean consequential error and the encryption key security.

 Steganography is a subject of study that has been used to hide information throughout history. In cryptology science, the information to be hidden is encrypted. Both study subjects are widely used in information security and protection. In our study, digital image steganography, which is one of the application areas of steganography, was developed and applied to hide text in the selected images. While doing this, the low bands that will hide the data using the discrete Haar wavelet transform of the images obtained first. The text to be hidden is encrypted with the one-time-pad algorithm. The key used for the encryption is transmitted to the receiver using a transmission layer based on a Highly Secured Information Exchange Algorithm. The algorithms use a randomly generated key pool maintained by both the transmitter and the receiver. A key is selected from the pool randomly by generating a random key start point for every message. The pool size and the randomness are critical factors in guaranteeing no key repetition, which is a requirement for a one-time-pad. The ciphertext and the key starting point indicator are hidden in the low bands of the pictures by utilizing the least significant bit method. The optimal pixel adjustment process was applied to the pre-stego-images, this resulted in an improvement in the results. The results obtained in this study are compared against the pre-optimal pixel adjustment process results and the results obtained through peer studies. The test results show that the proposed method outperformed all the methods in terms of peak signal-to-noise ratio, structural similarity index metric, mean absolute error, mean consequential error and the encryption key security.

 Steganography is a subject of study that has been used to hide information throughout history. In cryptology science, the information to be hidden is encrypted. Both study subjects are widely used in information security and protection. In our study, digital image steganography, which is one of the application areas of steganography, was developed and applied to hide text in the selected images. While doing this, the low bands that will hide the data using the discrete Haar wavelet transform of the images obtained first. The text to be hidden is encrypted with the one-time-pad algorithm. The key used for the encryption is transmitted to the receiver using a transmission layer based on a Highly Secured Information Exchange Algorithm. The algorithms use a randomly generated key pool maintained by both the transmitter and the receiver. A key is selected from the pool randomly by generating a random key start point for every message. The pool size and the randomness are critical factors in guaranteeing no key repetition, which is a requirement for a one-time-pad. The ciphertext and the key starting point indicator are hidden in the low bands of the pictures by utilizing the least significant bit method. The optimal pixel adjustment process was applied to the pre-stego-images, this resulted in an improvement in the results. The results obtained in this study are compared against the pre-optimal pixel adjustment process results and the results obtained through peer studies. The test results show that the proposed method outperformed all the methods in terms of peak signal-to-noise ratio, structural similarity index metric, mean absolute error, mean consequential error and the encryption key security.

 Steganografi, tarih boyunca bilgileri gizlemek için kullanılan bir çalışma konusudur. Kriptoloji biliminde gizlenecek bilgiler şifrelenir. Her iki çalışma konusu da bilgi güvenliği ve korunmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Çalışmamızda steganografinin uygulama alanlarından biri olan dijital görüntü steganografisi geliştirilmiş ve seçilen görüntülerde metin gizlemek için uygulanmıştır. Bunu yaparken öncelikle elde edilen görüntülerin ayrık haar dalgacık dönüşümü kullanılarak verileri gizleyecek düşük bantlar elde edilir. Gizlenecek metin tek kullanımlık şerit algoritması ile şifrelenir. Şifreleme için kullanılan anahtar, Yüksek Güvenlikli Bilgi Değişim Algoritmasına HSIEA dayalı bir iletim katmanı kullanılarak alıcıya iletilir. Şifreleme için kullanılan anahtar, Yüksek Güvenlikli Bilgi Değişim Algoritmasına dayalı bir iletim katmanı kullanılarak alıcıya iletilir. Algoritmalar hem verici hem de alıcı tarafından sağlanan rastgele oluşturulmuş bir anahtar havuzu kullanır. Her mesaj için rastgele bir anahtar başlangıç noktası oluşturularak havuzdan rastgele bir anahtar seçilir. Havuz boyutu ve rastgelelik, tek seferlik bir tuş takımı için bir gereklilik olan tuş tekrarı olmamasını garanti etmede kritik faktörlerdir. Şifreli metin ve anahtar başlangıç noktası göstergesi, en az anlamlı bit yöntemi kullanılarak resimlerin alt bantlarında gizlenmiştir. Ön-stego görüntülere optimal piksel ayarlama işlemi uygulanmış, bu da sonuçlarda iyileşme sağlamıştır. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar, optimum öncesi piksel ayarlama işlemi sonuçları ve akran çalışmaları yoluyla elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Test sonuçları, önerilen yöntemin, tepe sinyal-gürültü oranı, yapısal benzerlik indeksi metriği, ortalama mutlak hata, ortalama sonuç hatası ve şifreleme anahtarı güvenliği açısından tüm yöntemlerden daha iyi performans gösterdiğini göstermektedir.

Makale detayları

Highly Secured Hybrid Image Steganography with an Improved Key Generation and Exchange for One-Time-Pad Encryption Method

Yazarlar:

Mustafa Takaoğlu | Adem Özyavaş | Naim Ajlouni | Faruk Takaoğlu

Yayıncı:

Afyon Kocatepe University

Ana Başlıklar:

Yazılım Testi | Doğrulama ve Validasyon

Dergi:

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Vol.23 Issue 1, pp.101-114

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

1/2023

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2001284424

pISSN:

2149-3367

Steganography

Optimal Pixel Adjustment Process

Discrete Haar Wavelet Transform

One-Time-Pad

Steganografi

Optimum Piksel Ayarlama Süreci

Ayrık Haar Dalgacık Dönüşümü

Tek Kullanımlık Şerit

Sayı

Makale detayları

Yazarlar: Mustafa Takaoğlu | Adem Özyavaş | Naim Ajlouni | Faruk Takaoğlu

Yayıncı: Afyon Kocatepe University

Ana Başlıklar: Yazılım Testi | Doğrulama ve Validasyon

Dergi: Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Vol.23 Issue 1, pp.101-114

Belge Tipi: Makale

Yayın Tarihi: 1/2023

Belge Dili: İngilizce

Document ID (Org No.): 2001284424

pISSN: 2149-3367

Sayı

Yazarlar:

Mustafa Takaoğlu | Adem Özyavaş | Naim Ajlouni | Faruk Takaoğlu

Yayıncı:

Afyon Kocatepe University

Ana Başlıklar:

Yazılım Testi | Doğrulama ve Validasyon

Dergi:

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Vol.23 Issue 1, pp.101-114

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

1/2023

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2001284424

pISSN:

2149-3367