Розроблення програмного забезпечення для стеганографічного приховання інформації в зображеннях із застосуванням криптографічної бібліотеки Cryptography

Abstract

Безпека та конфіденційність інформації завжди відігравали значну роль в житті будь-якого суспільства, а особливо в сучасних умовах стрімкого розвитку інформаційних технологій. Законодавства більшості країн приділяють особливу увагу питанням конфіденційності листування та захисту персональних даних. У цьому контексті, методи прихованої передачі інформації, серед яких присутня і стеганографія, набувають актуальності. Стеганографія, на відміну від криптографії, приховує не зміст повідомлення, а сам факт його обміну, що робить цю технологію цінним інструментом у ситуаціях, коли приховування факту передачі інформації є критично важливим. Одним з найпопулярніших середовищ для стеганографічного приховання інформації є цифрові файли, які несуть інформацію про аналогові процеси природи, такі як звуки, зображення тощо. Це зумовлено частою наявністю надлишкової інформації, отриманої внаслідок процесів дискретизації, кодування тощо. Темою даної магістерської кваліфікаційної роботи є розроблення стеганографічного програмного забезпечення для приховування інформації в зображеннях з використанням криптографічної бібліотеки Cryptography. У першому розділі наведено опис використовуваних криптографічних алгоритмів, зокрема AES (Advanced Encryption Standard) та їх взаємної роботи з стеганографічним методом, що базується на зміні найменш значущого біта (LSB) кожного пікселя зображення-контейнера для приховання корисної інформації. Розглянуто принцип дії методу LSB, його переваги та недоліки, а також обґрунтовано вибір алгоритму AES для попереднього шифрування даних з метою підвищення надійності приховування перед вбудовуванням у зображення. Другий розділ присвячено вибору та обґрунтуванню інструментів для реалізації стеганографічного програмного забезпечення. Особливу увагу приділено огляду можливостей криптографічної бібліотеки «Cryptography» з наведенням прикладів використання обраних функцій. Також розглянуто особливості графічних файлів та їх форматів, в якості контейнерів для приховання інформації. В кінці розділу, представлено функціональну схему розробленого програмного забезпечення, яка ілюструє логіку роботи алгоритмів вбудовування та екстракції повідомлення. Третій розділ роботи висвітлює програмну реалізацію розробленого стеганографічного програмного забезпечення, та представлення результатів експериментальних досліджень. У розділі наведено блок-схему програми верхнього рівня, що відповідає зальній логіці роботи програми. Описано використання бібліотеки «PyQt» для створення графічного інтерфейсу користувача, для полегшення взаємодії з програмою. Детально розглянуто програмну реалізацію ключових функцій на мові Python. Окрему увагу приділено експериментальним результатам, отриманим в ході тестування розробленого програмного забезпечення, а також обговорено перспективи подальшого розвитку та можливі шляхи вдосконалення програми. В останньому, четвертому розділі, проведено економічний аналіз роботи. Зокрема, здійснено розрахунок витрат на виконання науково-дослідної та дослідно-конструкторської роботи (НДДКР), з врахуванням актуальних витрат на оплату праці та необхідних ресурсів. Також в розділі представлено розрахунок договірної ціни та потенційного прибутку від впровадження розробленого програмного забезпечення. Окрім цього, здійснена оцінка наукової та науково- технічної результативності проведеної НДДКР. В результаті виконання магістерської кваліфікаційної роботи було розроблено програмне забезпечення для стеганографічного приховання інформації в зображеннях із застосуванням криптографічної бібліотеки «Cryptography». Розроблений програмний продукт поєднує стеганографічний метод LSB з криптографічним алгоритмом шифрування AES, що дало змогу підвищити надійність та безпеку прихованих даних. Проведені експериментальні дослідження підтвердили працездатність та ефективність розробленого програмного забезпечення. Також було проведено економічний аналіз, який показав потенційну економічну доцільність розробки. Об’єкт дослідження ? стеганографія. Предмет дослідження ? програмне забезпечення для приховування даних в зображенні із застосуванням Python бібліотеки Cryptography. Сфера дослідження ? розробка та аналіз стеганографічних методів приховання інформації в цифрових зображеннях із застосуванням криптографічних алгоритмів для посилення конфіденційності. Мета роботи ? розроблення програмного забезпечення для стеганографічного приховання інформації в зображеннях із застосуванням криптографічної бібліотеки Cryptographyзображення, криптографія, бібліотека Cryptography, AES, LSB, програмне забезпечення.Security and Privacy of Information have always played an important role in society, especially now, in the age of rapidly developing information technologies. Laws in most countries pay special attention to the protection of personal data and the confidentiality of communication. In this context, methods of hidden information transmission, such as steganography, are becoming more relevant. Unlike cryptography, steganography hides the very fact that a message is being sent, not just its content. This makes it a valuable tool in situations where it is important to hide that communication is happening at all. One of the most popular media for steganography is digital files—such as images or audio—that represent natural processes. These files often contain extra (redundant) data from digitization and encoding processes, which can be used to hide messages. The topic of this master’s thesis is the development of steganographic software that hides information in images using the Cryptography library for encryption. The first chapter describes the cryptographic algorithms used, especially AES (Advanced Encryption Standard), and how it works together with a steganographic method based on LSB (Least Significant Bit) modification. This method changes the smallest bit of each image pixel to embed hidden data. The chapter also explains how LSB works, its pros and cons, and why AES was chosen to encrypt the message before hiding it in the image, improving overall security. The second chapter focuses on the tools used to build the software. Special attention is given to the Cryptography library and examples of its functions. It also describes image file formats used as containers for hidden data. The chapter ends with a diagram of the program's functionality, showing how embedding and extracting information works. The third chapter explains the actual software implementation and presents experimental results. It includes a block diagram of the overall program structure. The chapter also describes how the PyQt library was used to create a user-friendly graphical interface, and it explains key parts of the Python code. The results of software testing are discussed, along with possible improvements and future development ideas. The fourth chapter presents an economic analysis. It includes a cost calculation for the research and development process (R&D), taking into account salaries and resources. The chapter also estimates the project cost and possible profit from using the software. In addition, it assesses the scientific and technical value of the developed solution. As a result of this master’s thesis, software was created for hiding information in images using the Cryptography library. The product combines LSB steganography with AES encryption, increasing the security of hidden data. Experiments confirmed that the program works effectively. The economic analysis showed that the project is potentially cost-effective. Object of the study – steganography. Subject of the study – software for hiding data in images using the Python Cryptography library. Research area – development and analysis of steganographic methods for hiding information in digital images using cryptographic algorithms to enhance confidentiality. Purpose of the work – development of software for steganographic data hiding in images using the Cryptography library.