Стегоанализ цифровых изображений с использованием методов поверхностного и глубокого машинного обучения: известные подходы и новые решения

Рассматривается современное состояние проблемы стегоанализа цифровых изображений, направленной на исследование и разработку эффективных методов выявления стеганографически скрытых (визуально незаметных) сообщений в контейнерах-изображениях. В первой части статьи проводится общая классификация известных подходов и детальный обзор ранее полученных результатов в области стегоанализа на основе использования методологии поверхностного (shallow learning) и глубокого машинного обучения (deep learning). Описываются используемые в современных системах поверхностного машинного обучения системы признаков и реализуемые на их основе классификаторы (композиционные алгоритмы, алгоритмы на основе метода опорных векторов и др.). В качестве альтернативы рассматриваются возможности глубоких нейронных сетей с архитектурами, реализующими, в основном, сверточную обработку с различными модификациями (дополнительные слои обработки, функции активации специального вида и т.п.). Приводятся данные сравнительного анализа эффективности применения альтернативных подходов и архитектур нейронных сетей, применяемых для решения задач стегоанализа. Сравнение проводится для стандартных наборов изображений применительно к использованию при внедрении стегосообщений методов адаптивной пространственной стеганографии WOW, HUGO, S-UNIWARD. Отмечается высокая степень универсальности и эффективности глубокого машинного обучения как перспективного направления развития методологии стегоанализа. Во второй части статьи описывается предложенная авторами архитектура глубокой нейронной сети и результаты ее применения в задачах стегоанализа цветных изображений. Общей идеей реализуемого в этой части работы подхода является использование относительно простых сверточных сетей для последовательного анализа небольших фрагментов (блоков) исходных больших изображений с объединением получаемых результатов классификации как последовательности бинарных признаков по схеме наивного байесовского классификатора. Исследования проведены для базы цветных изображений PPG-LIRMM-COLOR database и алгоритмов WOW и S-UNIWARD, используемых для внедрения стегосообщений при различных объемах полезной нагрузки. Показано, что получаемая точность стегоанализа изображений большого размера сопоставима с результатами, полученными ранее другими авторами, а, в некоторых случаях, и превосходит их.