Состояние исследований в области ассоциативной защиты данных

Ассоциативная защита данных не имеет и никогда не имела аналогов в мировой практике, поэтому до сих пор с осторожностью воспринимается специалистами. Настала пора дать о ней целостное представление, показав ее несомненные достоинства. Наша единственная цель – убедить специалистов в этих достоинствах путем систематизации основных результатов оригинальных исследований. Без полной детализации, но с нужными ссылками рассмотрены особенности ассоциативной защиты, установленные авторами: вопросы морфологии, стегостойкость, криптостойкость, помехоустойчивость, объемы передаваемой и хранимой информации. Потенциально перспективный симбиоз стеганографии и криптографии – главный научный результат проведенного исследования. Среди частных результатов наиболее значимы разработки алгоритма маскирования и стратегий ассоциативной защиты картографических сцен и текстов; достижение т. н. полноты покрытия; открытие базовой теоремы однозначности распознавания; оценки числа ключей, стегостойкости, криптостойкости и помехоустойчивости ассоциативной защиты. Приведены ссылки на выполненные разработки систем управления базами данных (СУБД) с такой защитой. Авторы видят значительные перспективы дальнейшего развития теории и практики ассоциативной защиты данных.

1. Анохин П.К. Идеи и факты в разработке теории функциональных систем // Психол. журн. 1984. Т. 5, № 2. С. 107–118. URL: https://spkurdyumov.ru/evolutionism/idei-i-fakty-v-razrabotke-teorii-funkcionalnyx-sistem.

2. Райхлин В.А., Медведев А.С., Мотягин В.Г. Вопросы разработки матричных компиляторов // Вычисл. сист. 1981. № 89. С. 69–83.

3. Райхлин В.А. Операционные логико-запоминающие среды. Вопросы применения и синтеза // Автомат. и телемех. 1983. № 11. С. 161–171.

4. Райхлин В.А., Медведев А.С., Мотягин В.Г., Ильин А.В., Шварцман М.И. К исследованию эффективности комплектования универсальных ЭВМ средней производительности матричными процессорами ассоциативного типа // Управляющ. сист. и машины. 1985. № 3. С. 23–28.

5. Райхлин В.А Об использовании аппарата двумерного ассоциативного поиска в процессе распознавания. Казань: КАИ, 1991. С. 38–54.

6. Райхлин В.А Анализ производительности процессорных матриц при распознавании двоичных образов // Автометрия. 1996. № 5. С. 97–103.

7. Duda R.O., Hart P.E. Pattern Classification and Scene Analysis. New York, NY: Wiley-Intersci. Publ., 1973. xvii, 482 p. 8. Райхлин В.А. Конструктивное моделирование систем. Казань: Фэн, 2005. 303 с.

8. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Проблемы системологии (проблемы теории сложных систем). М.: Сов. радио, 1976. 296 с.

9. Тейз А., Грибомон П., Юлен Г. и др. Логический подход к искусственному интеллекту: от модальной логики к логике баз данных. М.: Мир, 1998. 494 с.

10. Абазина Е.С., Ерунов А.А. Цифровая стеганография: состояние и перспективы // Сист. упр., связи и безопасн. 2016. № 2. С. 182–201.

11. Дрюченко М.А., Сирота А.А. Блочный алгоритм стеганографического скрытия информации в видео на основе универсальных сжимающих преобразований // DSPA: Вопр. примен. цифр. обраб. сигн. 2017. Т. 7, № 3. С. 78–82.

12. Коржик В.И., Федянин И.А., Копылова О.Д. Синтез высокоскоростных стегоалгоритмов, устойчивых к «слепому» стегоанализу // ВЗИ. 2014. № 2. С. 51–56.

13. Сирота А.А., Дрюченко М.А., Митрофанова Е.Ю. Нейросетевые алгоритмы создания цифровых водяных знаков на основе гетероассоциативных сжимающих преобразований // Киберн. и высок. технол. XXI в. 2014. С. 68–78.

14. Шелухин О.И., Олейникова Т.В. Оценка эффективности стеганографического скрытия цифровых водяных знаков в видеопоследовательностях за счет дифференциальной разности энергий областей изображения // Наукоемк. технол. в космич. исслед. земли. 2016. № 2. С. 70–76.

15. Wang Z., Zhang X. Secure cover selection for steganography // IEEE Access. 2019. V. 7. P. 57857–57867. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2914226.

16. Cachin C. An information-theoretic model for steganography // Inf. Comput. 2004. V. 192, No 1. P. 41–56. https://doi.org/10.1016/j.ic.2004.02.003.

17. ГОСТ 28147-89. Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования. М.: Госстандарт СССР, 1989.

18. ГОСТ 34.12-2018. Информационная технология. Криптографическая защита информации. Блочные шифры. М.: Стандартинформ, 2018.

19. Advanced Encryption Standard (AES). Ser.: Federal Information Processing Standards Publication. FIPS 197. Upd. 1. Gaithersburg, MD: Natl. Inst. Stand. Technol., 2023. vii, 38 p. https://doi.org/10.6028/NIST.FIPS.197-upd1.

20. Coutinho S.C. The Mathematics of Ciphers: Number Theory and RSA Cryptography. New York, NY: AK Peters/CRC Press, 1999. 198 p. https://doi.org/10.1201/9781439863893.

21. Иванов М.А., Матвейчиков И.В., Скитев А.А., Стрельченко П.А. Способ сокрытия информации в последовательности псевдослучайных чисел // REDS: Телекоммун. устр. и сист. 2016. Т. 6, № 3. С. 355–359.

22. Вильховский Д.Э. Обзор методов стеганографического анализа изображений в работах зарубежных авторов // Матем. структ. и моделир. 2020. № 4 (56). С. 75–102.

23. Сирота Д.А., Дрюченко М.А., Иванков А.Ю. Стегоанализ цифровых изображений с использованием методов поверхностного и глубокого машинного обучения: известные подходы и новые решения // Вестн. ВГУ. Сер.: Сист. анализ и информ. технол. 2021. № 1. С. 33–52.

24. Raikhlin V.A., Vershinin I.S., Gibadullin R.F., Pystogov S.V. Reliable recognition of masked binary matrices. Connection to information security in map systems // Lobachevskii J. Math. 2013. V. 34, No 4. P. 319–325. https://doi.org/10.1134/S1995080213040112.

25. Raikhlin V.A., Vershinin I.S., Gibadullin R.F. The elements of associative steganography theory // Moscow Univ. Comput. Math. Cybern. 2019. V. 43, No 1. P. 40–46. https://doi.org/10.3103/S0278641919010072.

26. Vershinin I.S., Gibadullin R.F., Pystogov S.V., Raikhlin V.A. Associative steganography. Durability of associative protection of information // Lobachevskii J. Math. 2020. V. 41, No 3. P. 440–450. https://doi.org/10.1134/S1995080220030191.

27. Vershinin I.S., Gibadullin R.F., Pystogov S.V., Raikhlin V.A. Associative steganography of text messages // Moscow Univ. Comput. Math. Cybern. 2021. V. 45, No 1. P. 1–11. https://doi.org/10.3103/S0278641921010076.

28. Raikhlin V.A., Gibadullin R.F., Vershinin I.S. Is it possible to reduce the sizes of stegomessages in associative steganography? // Lobachevskii J. Math. 2022. V. 43, No 2. P. 455–462. https://doi.org/10.1134/S1995080222050201.

29. Schneier B. Cryptographic design vulnerabilities // IEEE Comput. 1998. V. 31, No 9. P. 29–33.

30. Shinge S.R., Patil R. An encryption algorithm based on ASCII value of data // Int. J. Comput. Sci. Inf. Technol. 2014. V. 5, No 6. P. 7232–7234.

31. Ker D.A. A capacity result for batch steganography // IEEE Signal Process. Lett. 2007. V. 14, No 8. P. 525–528. https://doi.org/10.1109/LSP.2006.891319.

32. Matsumoto M., Nishimura T. Mersenne twister: A 623-dimensionally equidistributed uniform pseudo-random number generator // ACM Trans. Model. Computer Simul. (TOMACS). 1998. V. 8, No 1. P. 3–30. https://doi.org/10.1145/272991.272995.

33. Hegadi R., Patil A.P. A statistical analysis on in-built pseudo random number generators using NIST test suite // Proc. 2020 5th Int. Conf. on Computing, Communication and Security (ICCCS). Patna: IEEE, 2020. P. 1–6. https://doi.org/10.1109/ICCCS49678.2020.9276849.

34. Maurer U.M. A universal statistical test for random bit generators // J. Cryptol. 1992. V. 5, No 2. P. 89–105. https://doi.org/10.1007/BF00193563.

35. Sadique Uz Zaman J.K.M., Ghosh R. Review on fifteen statistical tests proposed by NIST // J. Theor. Phys. Cryptogr. 2012. V. 1. P. 18–31. 37. Gyarmati K. On a pseudorandom property of binary sequences // Ramanujan J. 2004. V. 8, No 3. P. 289–302. https://doi.org/10.1007/s11139-004-0139-z.

36. Matsumoto M., Saito M., Nishimura T., Hagita M. CryptMT stream cipher version 3 // eSTREAM, ECRYPT Stream Cipher Project, Report. V. 28. 2007.

37. Вершинин И.С. Стойкость ассоциативной защиты распределенных объектов картографии // Нелин. мир. 2011. Т. 9, № 12. С. 822–825.

38. Probert T. MapInfo Professional v10. 5 // GeoInformatics. 2010. V. 13, No 6. P. 62. 41. Вершинин И.С. Уточнение критерия избыточности помехоустойчивого сокрытия информации в рамках ассоциативной стеганографии // Информ. и безопасн. 2016. Т. 19, № 4. С. 511–514.

39. Гибадуллин Р.Ф., Вершинин И.С., Райхлин В.А. Стегостойкость и вычислительная стойкость ассоциативной стеганографии // Мет. моделир.-VII. 2019. С. 23–38.

40. Райхлин В.А., Вершинин И.С., Классен Р.К., Гибадуллин Р.Ф., Пыстогов С.В. Конструктивное моделирование процессов синтеза. Казань: Фэн, 2020. 248 с.

41. Вершинин И.С., Гибадуллин Р.Ф., Пыстогов С.В. Программа управления ассоциативно защищенными картографическими базами данных «Security Map Cluster». Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016611421. Россия, 2016.

42. Вершинин И.С., Гибадуллин Р.Ф. Программа ассоциативной защиты файлов «Stego». Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021613638. Россия, 2021.

43. Shannon C.E. Communication theory of secrecy systems // Bell Syst. Tech. J. 1949. V. 28, No 4. P. 656–715. https://doi.org/10.1002/j.1538-7305.1949.tb00928.x.