Multimedya veriler üzerinde veri gizleme için yeni yöntemler
Novel methods for data hiding on multimedia data
Yazar: TÜRKER TUNCER
Danışman: PROF. DR. ENGİN AVCI
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Yazılım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
İnternetin en sık kullanılan iletişim aracı haline gelmesi ve internet bağlantılı cihazların günlük hayatın her alanında kullanılmaya başlamasıyla birlikte, kişisel veriler hızlı bir şekilde sayısallaşmaya başlamıştır. İnternetin yaygın olarak kullanılması bilgi teknolojilerinin gelişmesine neden olmuştur. Bilgi teknolojileri geliştikçe, bilgi güvenliğinin önemi de artmaktadır. Bilgi güvenliğini sağlayabilmek için en sık kullanılan yöntemlerden ikisi şifreleme ve veri gizlemedir. Şifreleme mesajın içeriğini değiştirmeyi hedeflerken, veri gizleme mesajın varlığını gizlemeyi hedeflemektedir.
     Modern bilgisayar ve ağ teknolojilerinde sayısal verilerin bilgi güvenliğini sağlayabilmek için şifreleme sıklıkla kullanılmaktadır ancak şifreli mesajlar saldırganların dikkatini çekmektedir ve bu yüzden şifreli mesajlar birçok saldırıya maruz kalmaktadır. Bu problemi çözmek için veri gizleme kullanılmıştır. Veri gizleme ile örtü nesnesine gizli mesaj gömülerek mesajın varlığı gizlenir. Veri gizleme ile iletim hattının gizliliği sağlanırken, telif hakkı ve kimliklendirme gibi uygulamalar da geliştirilebilmektedir.
    Bu tez çalışmasında, veri gizleme yöntemlerinde varolan problemleri gidermek için yeni yöntemler geliştirilmiştir. Sır paylaşımı tabanlı veri gizleme yöntemleri, görsel sır paylaşımı tabanlı multimedya veri gizleme ve imge kimliklendirme yöntemleri, çok seviyeli veri gizleme yöntemleri ve blok tabanlı veri gizleme yöntemleri olmak üzere dört ana başlıkta dokuz adet yöntem geliştirilmiştir. 
     Bu tez çalışmasında önerilen algoritmalar 4 ana kategoride sınıflandırılabilir. Geliştirilen veri gizleme algoritmalarının yüksek başarıma sahip olması amaçlanmaktadır. Önerilen algoritmalar aşağıda verilmiştir.
•	XOR sır paylaşımı algoritması geliştirilerek DNA-XOR tabanlı yeni bir sır paylaşımı algoritması önerilmiştir. Bu algoritma veri gizlemede kullanılmış ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Bu yöntemlerin kapasitesi piksel başına 1.5 ve 2 bittir (bpp). Örtü nesneyi en az bozan elemanlar seçilerek tepe sinyal gürültü oranı (TPGO, PSNR) 51 dB'den yüksek elde edilmiştir. 
•	Görsel sır paylaşımı algoritmaları genellikle gürültü benzeri sır parçaları üretmektedir ve bu algoritmalar sahtecilik saldırılarına maruz kalmaktadır. Hem sahtecilik hem de ataklardan sır parçalarını korumak için yeni anlamlı görsel sır paylaşımı şemaları oluşturulmuştur ve elde edilen sır parçaları veri gizleme algoritmaları kullanılarak gizlenmiştir. Bu algoritmaların genişleme katsayısı ve maliyeti diğer görsel sır paylaşımı yöntemlerinden düşük elde edilmiştir. 
•	Veri gizleme kapasitesini arttırmak için çok seviyeli veri gizleme algoritmaları önerilmiştir. Bu yöntemler kullanılarak yüksek veri gizleme kapasitesi ve yüksek görsel kalite elde edilmiştir. 
•	Blok tabanlı veri gizleme algoritmaları incelenmiştir. Mayın tarlası oyunu ve yön vektörü tabanlı iki adet veri gizleme algoritması önerilerek veri gizlemenin çok disiplinli bir yapıya sahip olabileceği gösterilmiştir. Bu yöntemler kullanılarak güvenilir, yüksek kapasite ve tranparanlığa sahip yeni veri gizleme şemaları oluşturulmuştur.

Abstract:
As internet became the most popular communication platform and more and more devices with internet connection are used in everyday life, more personal information started to digitize. The widespread use of the internet has led to the development of information technology. As information technology develops, the importance of information security increases as well. Cryptology and data hiding are the most commonly used methods to provide information security. While encryption change the content of the message, data hiding embeds the message.
     Cryptographic methods are mostly used to provide information security in modern computer and network technologies. However encrypted messages get the attention of the attackers and thus they are subjected to many attacks. Data hiding is used to solve this problem by embedding the secret message to a cover object. While data hiding provides a secure transmission channel, it can also be used for copyright and authentication purposes.
     In this thesis, new methods are developed to solve problems in data hiding methods. There are nine methods in four main topics which are secret sharing based data hiding methods, visual cryptography based multimedia data hiding and image authentication methods, multilayer data hiding methods and block based data hiding methods. 
•	A new DNA-XOR based secret sharing algorithm is created by building-up on a XOR secret sharing algorithm. This algorithm was used in data hiding and obtained successful results. In this methods, capacities are 1.5 and 2 bpps. Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) is obtained as higher than 51 dB by selecting values that distort cover object at the very least.  
•	Visual cryptography algorithms produce noise-like secret components in general and these algorithms are exposed to attacks. In order to secure the secret shares against attacks and forgery, new meaningful visual secret sharing schemas are created. These secret share are hidden with data hiding algorithms. Expansion coefficient and the cost of these algorithms was obtained less than other visual cryptography methods.
•	In order to increase data hiding capacity, multi-level data hiding algorithms are suggested. High payload capacity and visual quality was obtained by using these methods.
•	Block based data hiding algorithms are examined. Two different data hiding algorithms based on direction vector and Minesweeper game are suggested and it is pointed out that data hiding can have a multi-disciplined field. New data hiding schemes which has secure, high payload capacity and high visual quality were created by using these methods.