Şeref SAĞIROĞLU,
Erciyes Üniversitesi
ss@erciyes.edu.tr
Mehmet TUNÇKANAT
İvme Mühendislik
tunckanat@ivmemühendislik.com
Mehmet ALTUNER
Telekomünikasyon Kurumu maltuner@tk.gov.tr

Kriptolojide Yeni Bir Yaklaşım:
Resimli Mesaj

Bilgiye değer veren toplumlar her alandaki bilgiyi kullanıp geliştirme yolunda büyük çabalar harcamakta ve bilgi toplumu olmanın gereği yerine getirilmektedir. İnsanoğlu, mevcut bilgi birikimini arttırıp geliştirirken bu bilgileri güvenli bir ortamda tutabilmek için büyük para ve emek harcamaktadır. Mevcut bilginin her yıl iki kat arttığı göz önüne alınırsa, gelecekte daha da önemli olacağı ortadadır.
Dijital (sayısal) dünyanın her geçen gün hayatımıza daha fazla girdiği bir dönemde kişisel hak ve özgürlüklerimiz ile özel yaşantımız da bundan fazlaca etkilenecektir. Günlük yaşantımızdaki işlemlerin sayısallaşma yüzdesi bunun bir göstergesidir. Bu oran Amerika'da %60 seviyelerinde iken ülkemizde %10'un altında bulunmakta ve bunların büyük çoğunluğunu bankacılık işlemleri teşkil etmektedir.

Bilgi güvenliği günümüzde kişisel olarak önemli olsa da, bundan daha önemlisi bazı toplumların geleceklerinin teminatı olan özel iş ve görev yapan birimlerde/kurumlar için çok daha önem arz etmektedir. Askeri uygulamalar bunların başında gelen önemli örneklerden birisidir. II. Dünya Savaşı'ndan 35 yıl sonra açıklanan bir rapora göre, İngiltere ile Almanya arasında geçen savaşın seyri, savaş taktiklerini içeren mesajların çözülmesiyle değişmiş ve savaşın müttefikler tarafından kazanılmasında büyük rol oynamıştır. Boston Globe gazetesi bir haberinde bu olayın, II. Dünya Savaşı hakkında daha önce yazılmış tarih kitaplarında birçok değişiklikler yapılmasını gerektirecek kadar önemli olduğunu vurgulamıştır. Tarihi şekillendirecek kadar önemli olan şifre çözme olayı, bu konunun önemini vurgulamada verilebilecek en iyi örneklerden birisidir. Günümüzde insanı gerçekten hayrete düşürecek milyonlarca örnek bulunabilir. Bilişim dünyasında sayısallaşmanın hızla yaygınlaşması, gerek kişisel, gerekse kurumsal veri güvenliği için şifreleme metotlarının veya kriptolama sistemlerinin kullanımını bir zorunluluk haline getirmiştir [1].
Kriptoloji, matematiğin hem şifre bilimi (kriptografi), hem de şifre analizini (kripto-analiz) kapsayan dalıdır. Kullanılan isim ise Yunanca gizli kelime anlamına gelen Kryptos Logos kelimelerinden gelir. şifre biliminin amacı, gönderilen veya alınan verinin güvenliğini sağlamaktır. Şifre analizinin amacı ise var olan şifreleri çözmektir.

Şifreleme, bir iletinin (düz metin) içeriğini, uygun bilgi (anahtar bilgisi) elde olmadan okunamayacak hale getirme işlemidir. Şifrelemenin amacı, iletinin istenmeyen şahıslar tarafından okunmasını engellemektir. Şifre çözümü (deşifre) ise şifrelemenin tam tersi, yani şifreli metinin düz metine çevrilmesi işlemidir.

Yeni yaklaşım metodu

Son yıllarda yeni bir yaklaşım metodu olarak Steganography karşımıza çıkmaktadır [1-4]. Bu yaklaşım kısaca bir nesnenin içerisine bir verinin gizlenmesi olarak tarif edilebilir. Ses, sayısal resim, video görüntüleri üzerine veri saklanabilir. Bu veriler metin dosyası olabileceği gibi, herhangi bir görüntü içerisine başka bir görüntüyü de gizlemek muhtemeldir.

Bu çalışmadaki yaklaşım, sayısal resimlerin içerisine bir veri nasıl gizlenebileceği üzerinedir. Bunu açıklamak için tipik bir sayısal resim örneği Şekil 1'de verilmiştir. Bu resim N satır ve M sütunluk bir dizi ile temsil edilir (Şekil 1). Genellikle satır ve sütun indisleri y ve x veya r ve c olarak gösteri-lebilir. Çoğunlukla (tamamı değil) resim dizisi kare şeklindedir. Yani N=M ve tipik N ve M değerleri 128, 256, 512 veya 1024 gibi olabilmektedir.
Böyle bir resim dizisinin elemanlarına piksel denir ve en basit durumda pikseller 0 veya 1 değerini alırlar. Bu piksellerden oluşan resimlere ikili (binary) resim denir ve genellikle 1 ve 0 değerleri sırasıyla aydınlık ve karanlık bölgeleri veya nesne ve zemini (nesnenin önünde veya üzerinde bulunduğu çevre zemini) temsil ederler. Video resimlerinin ışık seviyelerini (intensity) daha iyi derecelendirebilmek için piksel başına 1 bayt kullanılır. Bununla 0 (siyah) ile 255 (beyaz) arasında tam sayılar elde edilebilir. Bu sayılar arasındaki değerler gri (gray)'dir ve bundan dolayı bir resme ait tam sayı gri ton seviye (gray level) olarak isimlendirilir. Renkli resimlerde ise; bir resim kırmızı, yeşil ve mavi gibi temel renklerin her biri için NxM'lik bir diziye ihtiyaç duyar. Böylece her dizinin "gri seviyeleri" belirli bir pozisyondaki pikselin kırmızı, yeşil ve mavi resimlerinin bileşenlerinin şiddetini belirler.

Burada yapılan işlemi anlamak için en az öneme sahip bit (LSB: Least Significant Bit) kavramını iyi anlamak gerekir. İkili sayı sistemine göre 10110111 sayısını ele alalım. Bu ikili tabanlı sayıyı ondalık tabanlı sayıya çevirdiğimizde 183 sayısı elde edilir. Sondaki (LSB) bit'in 1 veya 0 olması bu değeri çok fazla değiştirmeyecektir. Sondaki bit değeri eğer 0 olsaydı, ondalık karşılığı 182 olacak ve renk üzerinde gözle görülecek büyük bir değişikliğe neden olmayacaktır. Böylelikle LSB'lerin yerine gizlenmesi düşünülen veri yerleştirilebilir.

Uygulama

Yukarıda anlatılan yeni yaklaşımın örnek bir uygulamasını burada göstererek bu yaklaşımın sonuç-larını tartışalım: Bu amaçla mevcut resim formatları arasında yer alan BMP formatı üzerinde çalışılmış ve örnek olarak Şekil 2'de gösterilen Ulu Önder Atatürk'ün BMP formatlı resmi seçilmiştir. Resim içerisine gizlenecek doküman olarak da Atatürk'ün Gençliğe Hitabı seçilmiştir. Burada sunulan yaklaşımın kolaylıkla sunulabilmesi için, yukarıda anlatılan işlemleri otomatik olarak yapan bir yazılım Delphi ortamında geliştirilmiştir.
Bu yazılım ile otomatik olarak gizlenecek döküman Şekil 3'te verilen resim içerisine veri olarak gizlenmiştir. Resimler karşılaştırıldığında, aralarındaki farkın gözle görülemeyecek boyutta olduğu ortadadır.
İçerisine veri gizlenmiş resim sıradan bir mesajla birlikte e-posta veya başka bir elektronik iletişim yoluyla gönderildiğinde, internet trafiğini denetleyen veya mesajı alan herhangi bir kişi sadece sıradan mesajı okuyabilecek ve mesaj ilişiğindeki resmi görebilecektir.
Herhangi bir resim üzerine gizlenen doküman, resim boyutunu değiştirmemektedir. Bu da beklenen bir sonuçtur. Boyut değişikliğinin olmaması şifreleme işleminin başarısının ayrı bir göstergesidir. Gizlenen verinin tekrar elde edilmesi için yine geliştirdiğimiz yazılım ile işlemi tersine gerçekleştirmek ve LSB bitlerini okuyarak dokümanı geri elde etmek mümkündür. Geliştirilen yazılım ile yapılan şifreleme ve Deşifreleme işlemlerine ilişkin örnek ekran çıktıları Şekil 4'te verilmiştir.
Bilginin hızla çoğaldığı ve güvenliğin her geçen gün daha da önem kazandığı günümüzde dokümanların güvenli bir şekilde gönderilebilmesine yönelik hazırlanmış olan yeni yaklaşım başarıyla sonuçlandırılmıştır. Bu yaklaşım hazır program haline getirildiği için kullanıcılar tarafından kolayca ve güvenli bir şekilde kullanılabilir. Bu yaklaşımın tek bir dezavantajı gönderilecek mesajın uzunluğunun resim boyutuna bağlı olmasıdır. Uzun mesajlar için yüksek çözünürlükte ve boyutta resimlerin kullanılması gerekir.

Referanslar:
[1]. Information Hiding Techniques for Steganography and Digital Watermarking,
and (Editors), Artech House, Computer Security Series, Jan. 2000.
[2]. http://www.teknohaber.net/makale
[3]. http://www.jjtc.com/steganograph
[4]. http://www.all.nettools.com/privacy/stegano.htm