Обзор методов встраивания информации в цифровые объекты для обеспечения безопасности в «интернете вещей»
Евсютин О.О., Кокурина А.С., Мещеряков Р.В.

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Томск, Россия;

Институт проблем управления имени В.А. Трапезникова РАН, Москва, Россия

Аннотация:
Передача, обработка и хранение информации в инфраструктуре «интернета вещей» сопряжены с необходимостью решения ряда задач обеспечения информационной безопасности. Основная сложность заключается в том, что инфраструктура «интернета вещей» неоднородна и включает в себя множество различных устройств, в том числе с ограниченными вычислительными ресурсами. Одним из подходов к решению данных задач является встраивание дополнительной информации в передаваемые и хранимые цифровые объекты. В данной работе представлен обзор методов встраивания информации в цифровые данные для обеспечения безопасности в «интернете вещей», включающий методы стеганографического встраивания информации и методы встраивания цифровых водяных знаков. Рассмотрены методы встраивания информации в цифровые изображения, а также данные беспроводных сенсорных сетей, предлагаемые для использования в «интернете вещей». Выявлены достоинства и недостатки, присущие отдельным методам и группам методов, проведён анализ их применимости для защиты данных в «интернете вещей». Выявлены актуальные направления в данной области исследований.

Ключевые слова:
защита информации, интернет вещей, встраивание информации, цифровые изображения, стеганография, цифровой водяной знак.

Цитирование:
Евсютин, О.О.
Обзор методов встраивания информации в цифровые объекты для обеспечения безопасности в «интернете вещей» / О.О. Евсютин, А.С. Кокурина, Р.В. Мещеряков // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 1. – С. 137-154. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-1-137-154.

Литература:

  1. Li, S.The internet of things: a survey / S. Li, L.D. Xu, S. Zhao // Information Systems Frontiers. – 2015. – Vol. 17, Issue 2. – P. 243-259. – DOI: 10.1007/s10796-014-9492-7.

  2. Boavida, F.People-centric internet of things – Challenges, approach, and enabling technologies / F. Boavida, A. Kliem, T. Renner, J. Riekki, C. Jouvray, M. Jacovi, S. Ivanov, F. Guadagni, P. Gil, A. Triviño. – In: Intelligent Distributed Computing IX / ed. by P. Novais, D. Camacho, C. Analide, A.E.F. Seghrouchni, C. Badica. – Cham: Springer, 2016. – P. 463-474. – DOI: 10.1007/978-3-319-25017-5_44.

  3. Hmood, A.K.On the capacity and security of steganography approaches: An overview / A.K. Hmood, H.A. Jalab, Z.M. Kasirun, B.B. Zaidan, A.A. Zaidan // Journal of Applied Sciences. – 2010. – Vol. 10, Issue 16. – P. 1825-1833. – DOI: 10.3923/jas.2010.1825.1833.

  4. Bazyar, M.A recent review of MP3 based steganography methods / M. Bazyar, R. Sudirman // International Journal of Security and its Applications. – 2014. – Vol. 8, Issue 6. – P. 405-414. – DOI: 10.14257/ijsia.2014.8.6.35.
  5. Cheddad, A.Digital image steganography: Survey and analysis of current methods / A. Cheddad, J. Condell, K. Curran, P. Mc Kevitt // Signal Processing. – 2010. – Vol. 90, Issue 3. – P. 727-752. – DOI: 10.1016/j.sigpro.2009.08.010.

  6. Sadek, M.M.Video steganography: a comprehensive review / M.M. Sadek, A.S. Khalifa, M.G.M. Mostafa // Multimedia Tools and Applications. – 2015. – Vol. 74, Issue 17. – P. 7063-7094. – DOI: 10.1007/s11042-014-1952-z.

  7. Fridrich, J. Steganography in digital media: Principles, algorithms and applications / J. Fridrich. – New York: Cambridge University Press, 2010. – 437 p. – ISBN: 978-0-521-19019-0.
  8. Mitekin , V. A new QIM-based watermarking algorithm robust against multi-image histogram attack / V. Mitekin, V. Fedoseev // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 201. – P. 453-462. – DOI: 10.1016/j.proeng.2017.09.687.
  9. Bianchi, T.Secure watermarking for multimedia content protection: A review of its benefits and open issues / T. Bianchi, A. Piva // IEEE Signal Processing Magazine. – 2013. – Vol. 30, Issue 2. – P. 87-96. – DOI: 10.1109/MSP.2012.2228342.

  10. Kannan, D.An extensive research on robust digital image watermarking techniques: A review / D. Kannan, M. Gobi // International Journal of Signal and Imaging Systems Engineering. – 2015. – Vol. 8, Issues 1-2. – P. 89-104. – DOI: 10.1504/IJSISE.2015.067047.

  11. Panah, A.S.On the properties of non-media digital watermarking: A review of state of the art techniques / A.S. Panah, R.V. Schyndel, T. Sellis, E. Bertino // IEEE Access. – 2016. – Vol. 4. – P. 2670-2704. – ISSN 2169-3536. – DOI: 10.1109/ACCESS.2016.2570812.

  12. Bairagi, A.K.An efficient steganographic approach for protecting communication in the Internet of Things IoT critical infrastructures / A.K. Bairagi, R. Khondoker, R. Islam // Information Security Journal: A Global Perspective. – 2016. – Vol. 25, Issues 4-6. – P. 192-212. – DOI: 10.1080/19393555.2016.1206640.

  13. Li, H.The maximum matching degree sifting algorithm for steganography pretreatment applied to IoT / H. Li, L. Hu, J. Chu, L. Chi, H. Li // Multimedia Tools and Applications. – 2018. – Vol. 77, Issue 14. – P. 18203-18221. – DOI: 10.1007/s11042-017-5075-1.

  14. Parah, S.A.High capacity and secure electronic patient record (EPR) embedding in color images for IoT driven healthcare systems / S.A. Parah, J.A. Sheikh, F. Ahad, G.M. Bhat. – In: Internet of things and big data analytics toward next-generation intelligence / ed. by N. Dey, A.E. Hassanien, C. Bhatt, A.S. Ashour, S.C. Satapathy. – Cham, Switzerland: Springer International Publishing AG, 2018. – P. 409-437. – DOI: 10.1007/978-3-319-60435-0_17.

  15. Parah, S.A.Electronic Health Record hiding in Images for smart city applications: A computationally efficient and reversible information hiding technique for secure communication / S.A. Parah, J.A. Sheikh, J.A. Akhoon, N.A. Loan // Future Generation Computer Systems. – 2018. – In Press. – DOI: 10.1016/j.future.2018.02.023.

  16. Huang, C.-T.VQ-based data hiding in IoT networks using two-level encoding with adaptive pixel replacements / C.-T. Huang, M.-Y. Tsai, L.-C. Lin, W.-J. Wang, S.-J. Wang // Journal of Supercomputing. – 2016. – Vol. 74, Issue 9. – P. 4295-4314. – DOI: 10.1007/s11227-016-1874-9.

  17. Tondwalkar, A.Secure localisation of wireless devices with application to sensor networks using steganography / A. Tondwalkar, P. Vinayakray-Jani // Procedia Computer Science. – 2016. – Vol. 78. – P. 610-616. – DOI: 10.1016/j.procs.2016.02.107.

  18. Kim, S.R.Anti-reversible dynamic tamper detection scheme using distributed image steganography for IoT applications / S.R. Kim, J.N. Kim, S.T. Kim, S. Shin, J.H. Yi // The Journal of Supercomputing. – 2018. – Vol. 74, Issue 9. – P. 4261-4280. – DOI: 10.1007/s11227-016-1848-y.

  19. Elhoseny, M.Secure medical data transmission model for IoT-based healthcare systems / M. Elhoseny, G. Ramírez-González, O.M. Abu-Elnasr, S.A. Shawkat, A. N, A. Farouk // IEEE Access. – 2018. – Vol. 6. – P. 20596-20608. – DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2817615.

  20. Das, R.Secure data transfer in IoT environment: Adopting both cryptography and steganography techniques / R. Das, I. Das // Proceedings of the 2016 Second International Conference on Research in Computational Intelligence and Communication Networks (ICRCICN). – 2016. – P. 296-301. – DOI: 10.1109/ICRCICN.2016.7813674.

  21. Yassin, A.A.Toward for strong authentication code in cloud of internet of things based on DWT and steganography / A.A. Yassin, A.M. Rashid, Z.A. Abduljabbar, H.A.A. Alasadi, A.J.Y. Aldarwish // Journal of Theoretical and Applied Information Technology. – 2018. – Vol. 96, Issue 10. – P. 2922-2935.

  22. Bapat, C.Smart-lock security re-engineered using cryptography and steganography / C. Bapat, G. Baleri, S. Inamdar, A.V. Nimkar. – In Book: Security in computing and communications / ed. by S.M. Thampi, G.M. Pérez, C.B. Westphall, J. Hu, C.I. Fan, F.G. Mármol. – Singapore: Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2017. – P. 325-336. – DOI: 10.1007/978-981-10-6898-0_27.

  23. Li, L. Distortion less secret image sharing scheme for Internet of Things system / L. Li, M.S. Hossain, A.A. Abd El-Latif, M.F. Alhamid // Cluster Computing. – 2017. – P. 1-15. – DOI: 10.1007/s10586-017-1345-y.

  24. De Fuentes, J.M. Applying information hiding in VANETs to covertly report misbehaving vehicles / J.M. de Fuentes, J. Blasco, A.I. González-Tablas, L. González-Manzano // International Journal of Distributed Sensor Networks. – 2014. – Vol. 10, Issue 2. – P. 1-15. – DOI: 10.1155/2014/120626.

  25. Ren, J.A sensitive data aggregation scheme for body sensor networks based on data hiding / J. Ren, G. Wu, L. Yao // Personal and Ubiquitous Computing. – 2013. – Vol. 17, Issue 7. – P. 1317-1329. – DOI: 10.1007/s00779-012-0566-6.

  26. Pizzolante, R.On the protection of consumer genomic data in the Internet of Living Things / R. Pizzolante, A. Castiglione, B. Carpentieri, A. De Santis, F. Palmieri, A. Castiglione // Computers & Security. – 2018. – Vol. 74. P. 384-400. – DOI: 10.1016/j.cose.2017.06.003.

  27. Wang, H.Communication-resource-aware adaptive watermarking for multimedia authentication in wireless multimedia sensor networks / H. Wang // Journal of Supercomputing. – 2013. – Vol. 64, Issue 3. – P. 883-897. – DOI: 10.1016/j.cose.2017.06.003.

  28. Wang, J.A cross-layer authentication design for secure video transportation in wireless sensor network / J. Wang, G.L. Smith // International Journal of Security and Networks. – 2010. – Vol. 5, Issue 1. – P. 63-76. – DOI: 10.1504/IJSN.2010.030724.

  29. Zhang, W.Secure data aggregation in wireless sensor networks: A watermark based authentication supportive approach / W. Zhang, Y. Liu, S.K. Das, P. De // Pervasive and Mobile Computing. – 2008. – Vol. 4, Issue 5. – P. 658-680. – DOI: 10.1016/j.pmcj.2008.05.005.

  30. Panah, A.S.In the shadows we trust: A secure aggregation tolerant watermark for data streams / A.S. Panah, R.V. Schyndel, T. Sellis, E. Bertino // Proceedings of the IEEE 16th International Symposium on A World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks (WoWMoM). – 2015. – P. 1-9. – DOI: 10.1109/WoWMoM.2015.7158149.

  31. Yavari, A. Scalable role-based data disclosure control for the Internet of Things / A. Yavari, A.S. Panah, D. Georgakopoulos, P.P. Jayaraman, R. Van Schyndel // Proceedings of the IEEE 37th International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS). – 2017. – P. 2226-2233. – DOI: 10.1109/ICDCS.2017.307.

  32. Yi, Y.A digital watermarking approach to secure and precise range query processing in sensor networks // Y. Yi, R. Li, F. Chen, A.X. Liu, Y. Lin // 2013 Proceedings IEEE INFOCOM. – 2013. – P. 1950-1958. – DOI: 10.1109/INFCOM.2013.6566995.

  33. Yue, M.Rights protection for trajectory streams / M. Yue, Z. Peng, K. Zheng, Y. Peng. – In: Database systems for advanced applications / ed. by S.S. Bhowmick, C.E. Dyreson, C.S. Jensen, M.L. Lee, A. Muliantara, B. Thalheim. – Cham, Switzerland: Springer International Publishing, 2014. – P. 407-421. – DOI: 10.1007/978-3-319-05813-9_27.

  34. Lipuš, B.Robust watermarking of airborne LiDAR data / B. Lipuš, B. Žalik // Multimedia Tools and Applications. – 2018. – Vol. 77, Issue 21. – P. 29077-29097. – DOI: 10.1007/s11042-018-6039-9.

  35. Hameed, K.Towards a formally verified zero watermarking scheme for data integrity in the Internet of Things based-wireless sensor networks / K. Hameed, A. Khan, M. Ahmed, A.G. Reddy, M.M. Rathore // Future Generation Computer Systems. – 2018. – Vol. 82. – P. 274-289. – DOI: 10.1016/j.future.2017.12.009.

  36. Wang, C.Data secure transmission model based on compressed sensing and digital watermarking technology / C. Wang, Y. Bai, X. Mo // Wuhan University Journal of Natural Sciences. – 2014. – Vol. 19, Issue 6. – P. 505-511. – DOI: 10.1007/s11859-014-1045-x.

  37. Zhang, G.A new digital watermarking method for data integrity protection in the perception layer of IoT / G. Zhang, L. Kou, L. Zhang, C. Liu, Q. Da, J. Sun // Security and Communication Networks. – 2017. – Vol. 2017. – 3126010 (12 p.). – DOI: 10.1155/2017/3126010.

  38. Kamel, I. Simplified watermarking scheme for sensor networks / I. Kamel, H. Juma // International Journal of Internet Protocol Technology. – 2010. – Vol. 5, Issues 1-2. – P. 101-111. – DOI: 10.1504/IJIPT.2010.032619.
  39. Shi, X. A reversible watermarking authentication scheme for wireless sensor networks / X. Shi, D. Xiao // Information Sciences. – 2013. – Vol. 240. – P. 173-183. – DOI: 10.1016/j.ins.2013.03.031.
  40. Chong, S. Self-identifying data for fair use / S. Chong, C. Skalka, J.A. Vaughan // Journal of Data and Information Quality. – 2015. – Vol. 5, Issue 3. – 11 (30 p.). – DOI: 10.1145/2687422.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20