Barbier, Johann (2007) Analysis of communication channels in a non cooperative context. PhD thesis LIX, LIX, EP/X p.322.

Alternative Locations: http://www.imprimerie.polytechnique.fr/Theses/Files/Barbier.pdf

Abstract

In this thesis, we study communication channels in a non cooperative context and more particularly, error correcting codes reconstruction on one hand, and steganalysis on the other hand. We play an unauthorized observer who wants to have access to the information exchanged between two legal users. Our researches on algorithms to reconstruct error correcting codes lead us to propose a generic approach for linear block codes, convolutional and turbo codes. We analyze the Sicot-Houcke algorithm and use it as a base to design an entirely automatic technique to reconstruct convolutional codes. Moreover, this technique has a better complexity than existing ones. Finally, we adapt theses results to retrieve the parameters of turbo code encoders. In the context of steganographic analysis, we first propose two new models of security which play with a real-life adversary. Then, we adapt the RS analysis int!

o a detection scheme for the Multi Bit Plane Image Steganography for the spatial domain. This algorithm was proposed by Nguyen et al. at IWDW'06. Finally, we develop a new approach to analyze JPEG files. We study statistics of compressed DCT coefficients and point out new detectors with high performances which are independent, in practice, of the amount of hidden information. We illustrate these results with an universal steganalysis scheme and a specific one to detect Outguess, F5 and JPHide and JPSeek.

Table of content

Remerciements 1

Contributions 5

Introduction 13

I Techniques de reconstructions de codes correcteurs d’erreurs 17

Introduction 19

1 Représentation algébrique des codes convolutifs et linéaires 25

1.1 L’approche algébrique - 26

1.1.1 Codeurs et codes convolutifs - 26

1.1.2 Fonctions génératrices - 28

1.1.3 Définition d’un code convolutif - 29

1.1.4 Codeurs convolutifs récursifs - 31

1.2 Propriétés de codeurs convolutifs - 32

1.2.1 La notion de degré - 32

1.2.2 Matrices génératrices - 33

1.2.3 Matrices catastrophiques - 36

1.2.4 Les codes optimaux - 37

1.3 Les codes convolutifs poinconnés - 39

1.3.1 Définition des codes poinconnés - 39

1.3.2 Construction par regroupement - 42

1.3.3 Approche algébrique du regroupement - 43

1.3.4 Poinconnage - 45

1.3.5 Les « bons » codes poinconnés - 45

2 Reconstruction des codes linéaires 49

2.1 Etude algébrique - 51

2.1.1 Formalisation du problème de reconstruction - 51

2.1.2 Algorithme de Gauss randomisé - 57

2.2 Algorithmes de reconstruction - 60

2.2.1 Canal sans erreur - 60

2.2.2 Canal avec erreur - 63

2.3 Analyse des algorithmes - 65

2.3.1 Canal sans erreur - 67

2.3.2 Canal avec erreur - 69

2.4 Résultats expérimentaux - 77

2.4.1 Impact du poids d’une relation de parité - 77

2.4.2 Impact du nombre de mots de code interceptés - 78

2.4.3 Impact de l’erreur - 79

2.4.4 Des codes bien réels - 80

2.5 Conclusion et perspectives - 82

3 Reconstruction des codes convolutifs 87

3.1 Etude algébrique - 89

3.1.1 Retrouver les mineurs d’ordre k - 90

3.1.2 Déterminer une matrice génératrice - 93

3.2 Algorithmes de reconstruction - 94

3.2.1 Canal sans erreur - 95

3.2.2 Canal avec erreur - 104

3.3 Analyse des algorithmes - 105

3.3.1 Canal sans erreur - 105

3.3.2 Canal avec erreur - 108

3.4 Résultats expérimentaux - 109

3.5 Conclusion et perspectives - 112

4 Reconstruction des turbo-codes 115

4.1 Tries dynamiques - 117

4.2 Algorithmes de reconstruction - 120

4.2.1 Canal sans erreur - 120

4.2.2 Canal avec erreur - 123

4.3 Analyse des algorithmes - 126

4.3.1 Canal sans erreur - 126

4.3.2 Canal avec erreur - 127

4.4 Résultats expérimentaux - 128

4.5 Conclusion et perspectives - 130

Conclusion et perspectives 131

II Etude de techniques de stéganalyse 133

Introduction 135

5 Stéganographie adaptée aux images non compressées et au JPEG 143

5.1 Stéganographie dans le domaine spatial - 144

5.1.1 Les images non compressées - 144

5.1.2 Stéganographie dans des plans de bits multiples - 145

5.2 Le format JPEG - 151

5.2.1 Changement de l’espace des couleurs - 151

5.2.2 Transformation DCT (Discrete Cosinus Transform) - 152

5.2.3 Quantification - 154

5.2.4 Codage RLE - 156

5.2.5 Codage de Huffman - 157

5.3 Stéganographie adaptée au format JPEG - 159

5.3.1 Outguess - 159

5.3.2 F5 - 161

5.3.3 JPHide and JPSeek - 168

6 Introduction à la stéganalyse 173

6.1 Un problème de discrimination - 175

6.2 Modèles d’attaquants - 178

6.2.1 Modèle d’indistingabilité - 178

6.2.2 Attaquant spécifique - 182

6.2.3 Attaquant universel - 185

6.2.4 Evaluation de la sécurité contre une attaque - 187

6.3 Distingueur de Fisher - 189

6.3.1 L’analyse discriminante - 189

6.3.2 Discrimination particulière restreinte à deux classes - 192

6.4 Conclusion - 193

7 Stéganalyse dans le domaine spatial 195

7.1 Stéganalyse RS - 196

7.2 Relative immunité de MBPIS - 198

7.3 Stéganalyse RS locale - 201

7.4 Résultats expérimentaux - 203

7.4.1 Phase d’apprentissage, stéganalyse MBPIS-RS locale - 204

7.4.2 Phase de challenge, stéganalyse MBPIS-RS locale - 205

7.4.3 Phase d’apprentissage, stéganalyse LSB-RS classique - 206

7.4.4 Phase de challenge, stéganalyse LSB-RS classique - 207

7.4.5 Comparaison des détecteurs - 208

7.5 Conclusion - 209

8 Stéganalyse dans le domaine fréquentiel compressé 211

8.1 Le domaine fréquentiel compressé - 212

8.2 Stéganalyse universelle dans le DFC - 215

8.2.1 Schéma de stéganalyse universelle - 215

8.2.2 Résultats expérimentaux - 217

8.3 Stéganalyse spécifique dans le DFC - 221

8.3.1 Schéma de stéganalyse spécifique - 221

8.3.2 Résultats expérimentaux - 232

8.4 Conclusion et perspectives - 235

Conclusion et perspectives 241

Conclusion 245

Annexes 248

A Encadrement de $\prod_{i=0}^{n-1}(1-2^{i-M})$ 249

B Quelques standards et normes 253

B.1 Téléphonie mobile terrestre - 254

B.1.1 Le GSM - 254

B.1.2 L’UMTS - 255

B.1.3 IS95 - 256

B.1.4 CDMA 2000 - 256

B.2 Transmissions satellites - 257

B.2.1 INMARSAT - 257

B.2.2 INTELSAT - 257

B.2.3 GLOBALSTAR - 258

B.2.4 DVB-S - 258

B.3 Réseaux sans fils - 258

B.3.1 La norme 802.11a et HYPERLAN-2 - 258

B.4 Télévision Numérique Terrestre - 258

C Hauteur moyenne d’un trie dynamique 261

C.1 Transformée de Mellin - 261

C.2 Poissonnisation - 263

C.3 Dépoissonisation - 263

C.4 Etude asymptotique - 267

D Logiciels de stéganographie 2004-2006 269

Bibliographie 284

Glossaire 299

Index 306

Table des figures 310

Liste des tableaux 312

Table des matières 313

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