Kayıpsız veri sıkıştırma ve steganografi tekniğine dayalı yeni bir yöntem
A novel technique based on lossless data compression and steganography
Yazar: ERTUĞRUL DUMAN
Danışman: PROF. DR. CEMİL ÖZ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar ve Bilişim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Bilgi güvenliği = Information security ; Lempel-ziv şifreleme = Lempel-zıv encryption ; Veri gizleme = Data hiding

Özet:
Bu tezde sunulan çalışmanın temel hedefi; steganografi'nin (bilgi gizleme sanatı) temel ilkelerine (algılanamazlık, sağlamlık, kapasite) bağlı kalarak, etkin bir şifreleme (krpito) algoritması uygulayıp, güvenli bir sayısal iletişim sağlamaktır. Bu bağlamda gizlilik gerektiren metnin ya da dosyanın boyutunu kayıpsız bir şekilde küçültüp (sıkıştırıp), güçlü bir şekilde şifreleyerek ses dosyası içerisine gömülmesini ve tersi adımları uygulayarak sıkıştırılmış ve şifrelenmiş gizli bilginin ses dosyasından çıkarılması sağlanmıştır. İnsan duyu organlarından işitme duyusunun görme duyusuna göre daha hassas olduğu gözönüne alınırsa, ses dosyaları üzerinde yapılacak olan veri gizleme çalışmalarının oldukça zor bir çalışma alanı olduğu söylenilebilir. Ses steganografisi alanında Dünyada ve Türkiyede yapılan bilimsel çalışmalar ve akademik yayınlar diğer alanlardaki steganografi çalışmalarına göre daha az sayıda olduğu görülmektedir.  
Yapılan bu çalışmada, sıkıştırma işlemi ile taşıyıcı ortamın (video, ses, resim, metin) saklama kapasitesi sorunu kısmen aşılırken, simetrik şifreleme algoritma kullanılmasıyla da muhtemel kriptoanaliz ve steganaliz (sır açma) saldırılarına karşı korunabilirliği (sağlamlığı) artırılmıştır. Bu amaçla gizlenmek istenen bilgi kayıpsız veri sıkıştırma algoritmalarından olan sözlük tabanlı kodlama yöntemlerinden LZW algoritmasının genişletilmiş ve geliştirilmiş yeni haliyle kodlanıp sıkıştırılmıştır. Veri güvenliği ve mahremiyetini sağlamak için simetrik şifreleme algoritmaları uygulama içerisinde bir seçenek olarak kullanıcıya bırakılmıştır. Elde edilen yeni bilgi, stego anahtar kullanarak taşıyıcı nesnenin boyutunda herhangi bir değişim olmaksızın en az önemli bitlerine (Least Significant Bit - LSB) rastgele yerleştirilmiştir. Bu işlem sonucunda insan duyu organlarının algısından korunması (algılamazlık) sağlanmıştır. Tersi adımları yaparak alıcı tarafta gizli bilgi kayıpsız olarak geri elde edilmiştir. 
Kriptografi, steganografi ve veri sıkıştırma teknikleri ile elde edilen yeni yapı hakkındaki veri gizliliği başarısını değerlendirmek için, SNR, PSNR ölçüm değerleri verilmiş ve başta χ2 (ki-kare) testi olmak üzere çeşitli sır açma (steganaliz) tekniklerinden elde edilen sonuçlar da sunulmuştur.

Abstract:
The main objective of the work presented in this thesis is; to implement an efficient crypto (crypto) algorithm to provide a secure digital communication by adhering to the basic principles of steganography (knowledge concealment art) (imprecision, robustness, capacity). In this context, to compress (compress) the size of the text or file which is required for confidentiality, to be embedded in the audio file with strong encryption, and vice versa, to extract the compressed and encrypted secret information from the audio file. When it is considered that the sense of hearing from the human senses is more sensitive than the sense of sight, it can be said that the data concealment work on audio files is a very difficult work area. It is seen that, scientific research and academic publications in the field of audio steganography, are fewer than other studies in the field of steganography.
In this study, the protection (robustness) against the possible cryptoanalysis and steganalysis attacks is increased by an efficient and layered encryption algorithm, while the storage capacity problem of the media (video, audio, picture, text) is partially overcome by the compression process. For this purpose, the information to be concealed is encoded and compressed with LZW algorithm of dictionary based coding methods, which is one of the lossless data compression algorithms. Symmetric encryption algorithms are left to the user as an option within the application to ensure data security and privacy. The new information obtained is randomly placed in the least significant bits (LSB) without any change in the size of the carrier object using the stego key. As a result of this process, it is protected from the perception of other human sense organs. By doing the reverse steps, the secret information on the receiver side is recovered as lossless.
SNR, PSNR measurement values are given to evaluate the success of data confidentiality about the new structure obtained by cryptography, steganography and data compression techniques and the results obtained from various tests (χ2 (chi-sequare), spectrogram, spectral, histigram) of steganalysis are also presented.