Affine Encryption and Adaptive Single-Neighbor Prediction for High-Capacity Reversible Data Hiding in Encrypted Images
यह शोध पत्र एन्क्रिप्टेड छवियों के लिए एक उच्च-क्षमता वाली प्रतिवर्ती डेटा हाइडिंग योजना प्रस्तावित करता है जो ब्लॉक वारिएंस को स्कैम्बल करते हुए एम्बेडिंग स्पेस को संरक्षित करने के लिए प्रति-ब्लॉक एफाइन एन्क्रिप्शन को एक एडेप्टिव सिंगल-नेबर प्रेडिक्टर के साथ जोड़ता है, जिससे मौजूदा विधियों की तुलना में काफी उच्च एम्बेडिंग दर प्राप्त होती है और वेरिएंस-आधारित सेपरेबिलिटी की आवश्यकता समाप्त हो जाती है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
डिजिटल युग में, निजी तस्वीरों के विशाल पुस्तकालय रिमोट सर्वर पर संग्रहीत हैं, जो एन्क्रिप्शन के पीछे सुरक्षित होने के कारण झाँकने वाली आँखों से दूर हैं। यह ताला यह सुनिश्चित करता है कि सर्वर चलाने वाले लोग भी छवियों को नहीं देख सकते। हालाँकि, एक व्यावहारिक समस्या उत्पन्न होती है: कभी-कभी एक सर्वर को किसी फ़ाइल के साथ जानकारी का एक छोटा सा टुकड़ा, जैसे कि एक लेबल या सुरक्षा कोड, संलग्न करने की आवश्यकता होती है, बिना उस छवि को खोले देखे कि उसके अंदर क्या है। यदि सर्वर नोट जोड़ने के लिए फ़ाइल को खोलने का प्रयास करता है, तो गोपनीयता भंग हो जाती है। यदि वह नोट छिपाने के लिए आवश्यक खाली स्थान नहीं ढूँढ पाता है, तो वह फ़ाइल को खोल नहीं सकता। वैज्ञानिकों ने एन्क्रिप्टेड छवियों में 'रिवर्सिबल डेटा हाइडिंग' (प्रतिवर्ती डेटा छिपाना) नामक एक चतुर समाधान विकसित किया है। यह तकनीक सर्वर को एक लॉक की गई छवि के भीतर अतिरिक्त डेटा को छिपाने की अनुमति देती है, और बाद में एक अधिकृत व्यक्ति द्वारा उस डेटा को प्राप्त करना और चित्र को उसके सटीक मूल स्वरूप में बहाल करना संभव होता है, जैसे कि डेटा वहाँ कभी था ही नहीं। चुनौती हमेशा चित्र की गुणवत्ता या लॉक की सुरक्षा को खराब किए बिना संदेश छिपाने के लिए पर्याप्त जगह खोजने की रही है।
वियतनाम एकेडमी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी और यूनिवर्सिटी ऑफ इकोनॉमिक्स-टेक्नोलॉजी फॉर इंडस्ट्रीज के शोधकर्ताओं द्वारा एक हालिया अध्ययन वर्तमान में उपलब्ध सबसे उन्नत पद्धति में एक विशिष्ट कमजोरी को संबोधित करता है। मौजूदा शीर्ष प्रदर्शन करने वाली प्रणाली एक छवि को छोटे ब्लॉकों में विभाजित करके और प्रत्येक ब्लॉक के भीतर पिक्सेल को इस तरह से बिखेरकर (स्कैम्बल करके) काम करती है जो पड़ोसी पिक्सेल के बीच के संबंध को सुरक्षित रखता है। यह संरक्षित संबंध अतिरेक (रिडंडेंसी) का एक पैटर्न बनाता है जिसका उपयोग डेटा छिपाने के लिए किया जा सकता है। हालाँकि, शोधकर्ताओं ने पाया कि इस अग्रणी पद्धति में दो महत्वपूर्ण दोष थे। पहला, इसने प्रत्येक ब्लॉक के प्रत्येक पिक्सेल में बिल्कुल समान संख्या जोड़कर पिक्सेल को बिखेरा था। जबकि इसने आंतरिक पैटर्न को बरकरार रखा, इसने ब्लॉक की समग्र "खुरदरापन" या विचरण (वैरिएंस) को अपरिवर्तित छोड़ दिया। इसका मतलब था कि एक पर्यवेक्षक केवल एन्क्रिप्टेड ब्लॉकों के सांख्यिकीय गुणों को देखकर यह बता सकता था कि छवि का कौन सा हिस्सा चिकना और सपाट है और कौन सा व्यस्त और बनावट वाला, जो कि एक सुरक्षा लीक है। दूसरा, इस पद्धति ने एक निश्चित, अपरिवर्तनीय नियम का उपयोग किया जिससे यह अनुमान लगाया जाता था कि एक पिक्सेल अपने पड़ोसियों के आधार पर कैसा दिखना चाहिए, और यह नियम हर भाग के लिए हमेशा सबसे कुशल विकल्प नहीं था।
इन समस्याओं को हल करने के लिए, टीम ने एक नया दृष्टिकोण प्रस्तावित किया जो एक साधारण स्थिरांक (कॉन्स्टेंट) के जोड़ के स्थान पर एक अधिक जटिल, तिरछे बदलाव (स्लैंटेड शिफ्ट) को प्रतिस्थापित करता है। कल्पना कीजिए कि एक ब्लॉक में पिक्सेल एक समतल फर्श की तरह हैं; पुराना तरीका पूरे फर्श को समान मात्रा में ऊपर उठाता था, जिससे उसका झुकाव अपरिवर्तित रहता था। नया तरीका फर्श को तिरछा करता है, एक तरफ को दूसरी तरफ की तुलना में अधिक ऊपर उठाता है। यह झुकाव एक विशेष कुंजी (की) का उपयोग करके गणना किया जाता है जो डेटा-छिपाने वाले सर्वर के पास होती है, लेकिन इसे इस तरह डिज़ाइन किया गया है कि सर्वर वास्तव में किसी भी एकल पिक्सेल की चमक का पता लगाए बिना पड़ोसी पिक्सेल के बीच के अंतर को देख सके। क्योंकि यह झुकाव ब्लॉक के विचरण को बदल देता है, इसलिए चिकने और बनावट वाले क्षेत्रों के बीच का सांख्यिकीय अंतर समाप्त हो जाता है, जिससे एन्क्रिप्टेड छवि का विश्लेषण करना बहुत कठिन हो जाता है। इसके अलावा, क्योंकि यह नया बदलाव ब्लॉक के आर-पार एक सीधी रेखा है, इसलिए पड़ोसियों के बीच गणितीय अंतर पूरी तरह से रद्द हो जाते हैं, जिससे डेटा-छिपाने वाला सर्वर वास्तविक छवि मानों को छिपाने वाले गुप्त ऑफसेट को जाने बिना सीधे एन्क्रिप्टेड नंबरों पर काम कर सकता है।
इस एन्क्रिप्शन परिवर्तन के लिए डेटा छिपाने के तरीके में बदलाव की आवश्यकता थी। पिछली प्रणाली अपने भविष्यवाणियों को बनाने के लिए तीन पड़ोसी पिक्सेल के एक जटिल औसत का उपयोग करती थी, लेकिन वह पद्धति नए तिरछे बदलाव के साथ विफल रही। शोधकर्ताओं ने इसे एक सरल, एकल-पड़ोसी भविष्यवाणी से बदल दिया जो नए एन्क्रिप्शन के साथ विश्वसनीय रूप से काम करती है। उन्होंने एक अनुकूलित (एडाप्टिव) प्रणाली भी पेश की जो प्रत्येक ब्लॉक के भीतर भविष्यवाणी के लिए विभिन्न शुरुआती बिंदुओं का परीक्षण करती है, और उस बिंदु को चुनती है जो छिपे हुए संदेश के लिए सबसे अधिक स्थान बनाता है। यह लचीलापन विशेष रूप से जटिल बनावट वाली छवियों के लिए उपयोगी है, जहाँ एक निश्चित नियम कम स्थान छोड़ देता है। इन सुधारों को मिलाकर, शोधकर्ताओं ने उन ब्लॉकों को ट्रैक करने के लिए एक अलग मानचित्र की आवश्यकता को समाप्त कर दिया, जो पहले स्थान को बर्बाद करता था।
विभिन्न मानक और सामान्य इमेज सेटों पर परीक्षण किए गए उनके प्रयोगों के परिणाम दिखाते हैं कि यह नई पद्धति पूरी तरह से प्रतिवर्ती (रिवर्सिबल) और काफी अधिक प्रभावी है। मानक परीक्षण छवियों पर, नई तकनीक ने पिछले सर्वोत्तम तरीके की तुलना में छिपे हुए डेटा की मात्रा में लगभग सोलह प्रतिशत की वृद्धि की, जो 1.48 बिट्स प्रति पिक्सेल तक पहुँच गई। अधिक विविध, सामान्य-उद्देश्य वाली छवियों पर, सुधार और भी स्पष्ट था, जिसने क्षमता को चार से बारह प्रतिशत तक बढ़ाया और 2.01 बिट्स प्रति पिक्सेल तक पहुँचाया। महत्वपूर्ण रूप से, नए तरीके ने ब्लॉक विचरण को इस हद तक बिखेर दिया कि चिकने क्षेत्रों को बनावट वाले क्षेत्रों से अलग करना असंभव हो गया, जिससे सुरक्षा लीक को यादृच्छिक संभावना (रैंडम चांस) के स्तर तक कम कर दिया गया। अध्ययन पुष्टि करता है कि एन्क्रिप्शन की ज्यामिति को एक सपाट बदलाव से तिरछे बदलाव में बदलकर, और मिलान के लिए भविष्यवाणी रणनीति को अनुकूलित करके, एन्क्रिप्टेड छवियों में मूल चित्र को पूरी तरह से पुनः प्राप्त करने की क्षमता से समझौता किए बिना अधिक डेटा को अधिक सुरक्षित रूप से छिपाना संभव है।
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