IMPLEMENTASI STEGANOGRAPHY PADA CITRA DIGITAL DENGAN MENGGUNAKAN METODA ADAPTIVE LSB (LEAST SIGNIFICANT BITS) STEGANOGRAPHY IMPLEMENTATION ON DIGITAL IMAGE WITH ADAPTIVE
LSB METHOD (LEAST SIGNIFICANT BITS)
Danny A.s¹, -²
¹Teknik Informatika, Fakultas Teknik Informatika, Universitas Telkom
Abstrak
Steganography adalah suatu seni dan ilmu (science) dalam menyembunyikan keberadaan informasi. Kata steganography sebenarnya berasal dari bahasa Yunani, yang artinya “covered writing”. Tidak seperti cryptography, yang hanya menyembunyikan arti atau isi dari sebuah pesan (message), steganography menyembunyikan keberadaan pesan (dengan menyisipkannya dengan pesan yang lain) tersebut sehingga tidak kasat mata.
Dalam dunia komputer yang didasarkan pada steganography, beberapa media digital yang dapat digunakan sebagai cover untuk menyembunyikan keberadaan sebuah informasi : foto, dokumen-dokumen, halaman web, dan bahkan file mp3 dengan tidak merusak pesan yang disisipkan. Metoda steganography yang akan dibahas dalam tugas akhir ini didasarkan pada citra digital, resolusi 24-bit, dengan penyisipan pesan secara langsung pada intensitas pixel-pixel citra digital yang akan digunakan sebagai cover. Dimana metoda penyisipan pesan secara langsung pada cover-nya disebut sebagai metoda LSB encoding (least-significant bits encoding).
Ada dua tipe metoda penyisipan pesan dengan LSB, yaitu : fixed-sized dan variable-sized. Pada tugas besar ini akan digunakan metoda penyisipan pesan yang variable-sized, dimana jumlah LSB untuk setiap pixel yang akan digunakan sebagai media untuk penyisipan data bergantung pada karakteristik kekontrasan dan pencahayaan pada pixel tersebut terhadap pixel-pixel disekitarnya. Dan sebagai perbandingan metoda penyisipan dengan fixel-sized juga akan diberikan
implementasinya.
Model steganographic yang dimaksudkan pada tugas akhir ini adalah model steganographic yang didasarkan pada penyisipan secara variable-sized LSB yang bertujuan untuk meningkatkan kapasitas penyisipan dengan hasil yang masih dapat ditoleransi (fidelity[LEE00]). Untuk
mencapai tujuan yang diingikan tersebut, maka akan digunakan tiga metoda tambahan. Pertama, berdasarkan karakteristik dasar citra yaitu pencahayaan dan kekontrasan, maka evaluasi
kapasitas akan disediakan untuk mengestimasi kapasitas penyisipan maksimum dari setiap pixel. Kedua, metoda minimum-error replacement (MER) diadopsi untuk mengganti nilai pixel yang telah disisipi pesan sedekat mungkin dengan nilai pixel aslinya. Dan yang ketiga, dengan
menggunakan keterbatasan mata manusia maka digunakan metoda error-diffusion yang berguna untuk mengurangi efek-efek yang kesalahan pada citra (metoda ini diadopsi dari human visual system).
Hasil analisa menunjukkan bahwa dengan metoda yang dimaksudkan pada tugas akhir ini, mempunyai keefektifan seperti yang diinginkan. Dan terutama citra-citra yang baik sebagai masukan untuk metoda adaptive LSB ini adalah citra yang mempunyai kekontrasan dan pencahayaan yang cukup tinggi. Sedangkan pada citra-citra yang memiliki warna yang polos, metoda adaptive LSB akan sangat efektif pada penyisipan antara 10%-40% kapasitas total citra (kapasitas total citra = luas citra dikali tiga, tiga diperoleh dari jumlah channel pada citra 24-bit, yaitu : Red, Green, Blue).
Kata Kunci : steganography, cover, pixel, cryptography, kapasitas, least-signigicant bits(LSB), LSB encoding, fixed-sized, variable-sized.
Abstract
Steganography is the art and science of hiding the existence of information. The term originated from Greek roots that literally mean “covered writing”. Unlike cryptography, which simply conceals the content or meaning of a message, steganography conceals the very existence of a message.
In computer-based steganography, several forms of digital media may be used as “cover” for hidden information. Photos, documents, web pages, and even MP3 music files may all serve as innocuous-looking hosts for secret message.
Steganographic method is proposed that is based on 24-bits resolution, steganographic based method embed message in the intensity of pixels of images directly.
There are two types of LSB insertion methods, fixed-sized and variable-sized. In this paper will be used variable-sized embedding method, where the number of LSBs in each pixel used for message embedding depends on the contrast and luminance characteristics. In this paper, we will be used fixed-sized and variable-sized embedding method.
Steganographic method that purposed in this paper is steganographic based on variable-sized method LSB insertion to maximize the embedding capacity while maintaining the image fidelity. Three components are provided to achieve the goal. First, according to contrast and luminance characteristics, the capacity evaluation is provided to estimate the maximum embedding capacity of each pixel. Then, the minimum-error replacement method is adapted to find a pixel value as close to the original one as possible. Finally, the error-diffusion method is adapted, which takes advantage of the peculiarities of human visual system, is used to eliminate the false contouring effect.
Experimental results show effectiveness and efficiency of the proposed model.
Keywords : steganography, cover, pixel, cryptography, capacity, least-signigicant bits(LSB), fixed-sized, variable-sized.
BAB I Pendahuluan 1-3
mendistribusikan error tersebut keseluruh pixel-pixel yang berguna untuk mengurangi perbedaan yang mencolok antara citra asli dengan citra stego.
1.3. Batasan Masalah
Dalam tugas akhir ini, masalah yang dibahas akan dibatasi sebagai berikut:
1. Citra carrier yang akan disisipi pesan merupakan citra berwarna 24-bit dengan karakteristik format Window Device Independent Bitmap (DIB/BMP) versi 3.0.
2. Masalah ketahanan (robust) akan dibatasi hanya pada pengubahan format file citra yang telah disisipi pesan dengan beberapa format file citra lainnya, seperti: Windows Bitmap (*.bmp), Portable Network Graphics (*.png), Portable Pixelmap (*.ppm), Tagged Image File Format (*.tif), dan TARGA Bitmap (*.tga).
3. Dalam tugas akhir ini juga akan digunakan beberapa suplemen/tools yang
free-ware seperti library FreeImage (untuk menkonversi format file citra
digital kebeberapa format file citra digital yang lain), tools Zlib (untuk menkompresi pesan yang akan disisipkan pada citra digital), dan tools EzCriptoApi (untuk mengenkripsi pesan yang akan disisipkan pada citra digital).
1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan dari tugas akhir ini adalah :
1. Merancang dan mengimplementasikan perangkat lunak steganography pada citra digital yang memiliki fungsi utama untuk :
• Menyisipkan pesan pada suatu citra digital dengan menggunakan metoda adaptive LSB (least-significant bits).
• Mengekstrak pesan dari citra yang disisipkan.
2. Meningkatkan kapasitas jumlah bit-bit pesan yang dapat disisipkan pada citra digital sampai 50% dari tiga kali luas total citra digital tersebut, dengan kualitas citra yang masih dapat ditoleransi (fidelity[LEE00]). 3. Pengujian dilakukan berdasarkan :
• Pembandingan kualitas (fidelity[LEE00]) citra-stego yang dihasilkan dari metoda adaptive LSB dengan citra-stego yang dihasilkan dari metoda fixed-sized LSB.
1.5. Metodologi Penelitian
Untuk memecahkan permasalahan diatas, maka penelitian ini didasarkan atas metoda-metoda :
1. Studi Pustaka, yaitu mempelajari literature-literatur yang berkaitan dengan masalah diatas.
2. Merancang dan mengimplementasikan metoda yang telah dipelajari melalui studi pustaka dalam bentuk suatu program untuk meyisipkan/mengekstrak pesan dari citra digital.
3. Melakukan pengujian dengan sistem yang telah diimplementasikan untuk meneliti kualitas (fidelity[LEE00]) citra-stego.
1.6. Sistematika Penulisan
Penulisan laporan tugas akhir ini dibagi menjadi lima bab sebagai berikut :
BAB I Pendahuluan
Bab ini berisi uraian mengenai abstraksi, latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan tugas akhir ini.
BAB II Dasar Teori
Landasan teori digunakan dalam pengembangan sistem, yang mencakup metoda penyisipan dan pengekstrakan, Evaluasi
BAB I Pendahuluan 1-5
kapasitas, Minimum-Error Replacement (MER), Error Diffusion, dan Security.
BAB III Perancangan dan Implementasi
Membahas tentang perancangan sistem dan implementasinya.
BAB IV Analisa Hasil
Membahas tentang analisis dari hasil pengujian yang dilakukan dengan sistem yang dikembangkan.
BAB V Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian dan saran untuk pengembangan penelitian selanjutnya.
BAB II DASAR TEORI
Steganography adalah suatu seni menyampaikan pesan (message) dengan
menjaga kerahasiaannya, dimana hanya sipenerima saja yang tahu akan keberadaan pesan tersebut [LEE99]. Hal yang paling fundamental yang diperlukan dalam metoda
steganographic adalah imperceptibitlity (tidak terlihat jelas); artinya pesan yang
disisipkan pada media tertentu harus tidak terlihat secara kasat mata. Dua hal lain yang juga dibutuhkan adalah cara untuk memaksimalkan kapasitas pesan yang dapat disisipkan, dan juga menjamin keamanan dari pesan yang disisipkan tersebut (security). Metoda penyisipan dengan LSB (least-significant bits) adalah metoda yang umum dan mudah mengimplementasikannya dalam menyisipkan sebuah pesan pada citra digital. Akan tetapi, berapa kapasitas maksimum pesan yang dapat disisipkan pada setiap pixel citra digital merupakan hal yang sangat penting dan perlu dipertimbangkan dengan kualitas citra yang dihasilkan setelah disisipi dengan pesan. Untuk mencapai hasil yang diinginkan, ada tiga komponen [LEE99, LEE00] yang disediakan untuk memecahkan permasalahan diatas. Pertama, dengan melihat pada karakteristik kekontrasan dan pencahayaan suatu citra digital, maka evaluasi kapasitas disediakan untuk mengestimasi kapasitas maksimum yang dapat disisipi untuk setiap pixel. Kedua, metoda
minimum-error replacement (MER) diadopsi untuk mengkalkulasi nilai intensitas setiap pixel yang
telah disisipi mendekati nilai intensitas pixel di citra aslinya. Ketiga, dengan mengambil keuntungan dari keterbatasan mata manusia dalam membedakan setiap warna, hal ini diadopsi dari human visual system (HVS)[FLO75].
Metoda steganographic akan menyisipkan pesan pada sebuah media-cover dan
membangun sebuah media-stego. Beberapa metoda steganographic menggunakan
stego-key dalam menyisipkan pesan yang berguna untuk menjaga keamanan pesan yang
disisipkan.
Ada dua jenis teknik steganographic pada citra digital: metoda spatial-domain dan metoda frequency-domain. Metoda spatial-domain didasarkan pada penyisipan pesan pada intensitas setiap pixel citra digital secara langsung. Sedangkan pada metode
BAB IV ANALISA HASIL
4.1 Pendahuluan
Dalam teknik steganography pada citra digital, kualitas citra hasil sangat menentukan keberhasilan dari teknik steganography tersebut. Oleh karena itu, pada tahap analisa ini, ditentukan dua jenis pengukuran yaitu pengukuran secara
obyektif dan pengukuran secara subyektif.
Untuk citra asli f(x,y) dan citra yang telah disisipi pesan (citra-stego)
g(x,y) dengan ukuran yang sama M x N, dimana (x,y) merupakan koordinat titik
tertentu pada citra digital, maka parameter-parameter yang dijadikan sebagai kriteria penilaian obyektif adalah seperti dibawah ini (GON87):
1. Error Absolute
Merupakan nilai error yang dijumlahkan secara absolute (harga mutlak). Dimana nilai error e(x,y) diperoleh dari pengurangan nilai intensitas pixel-stego dengan pixel asli pada koordinat yang sama,
e(x,y) = g(x,y) – f(x,y). Perumusan Error Absolute dapat dilihat seperti
persamaan dibawah: 1 1 0 0 ( , ) ( , ) ( , ) M N x y e x y g x y f x y − − = = =
∑∑
−2. Mean Absolute Error (MAE)
Mean Absolute Error (MAE) merupakan nilai rata-rata jumlah Absolute Error antara citra asli dengan citra-stego.
1 1 0 0 1 ( , ) ( , ) M N x y MAE g x y f x y MN − − = = =
∑∑
−3. Mean Square Error (MSE)
Mean Square Error (MSE) merupakan nilai rata-rata dari jumlah
kuadrat Absolute Error antara citra asli dan citra-stego.
2 1 1 0 0 1 ( , ) ( , ) M N x y MSE g x y f x y MN − − = = =
∑ ∑
− 4-1 Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)4. Signal To Noise Ratio (SNR)
Signal To Noise Ratio (SNR) merupakan perbandingan jumlah kuadrat
nilai intensitas citra-stego dengan jumlah kuadrat error antara citra asli dengan citra-stego. Nilai SNR ini biasanya digunakan dalam satuan decibel (dB) = 10*log(SNR). 1 1 2 0 0 1 1 2 0 0 ( , ) ( , ) M N x y M N x y f x y SNR e x y − − = = − − = = ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ = ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦
∑∑
∑∑
Berdasarkan parameter-parameter penilaian citra seperti diatas maka
citra-stego dianalisa untuk menentukan sejauh mana pengaruh bit-bit pesan yang telah
disisipkan tersebut terhadap kualitas citra-stego, dan kemudian membandingkannya dengan citra aslinya untuk mengetahui nilai-nilai Absolute
Error, Mean Absolute Error (MAE), Mean Square Error (MSE), dan Signal To Noise Ratio (SNR) yang merupakan parameter-parameter penilaian citra secara
obyektif.
Sedangkan untuk pengukuran subyektif, kriteria ditentukan berdasarkan pengamatan mata manusia, sehingga kualitas pengukuran subyektif tergantung kepada persepsi visual pengamat.
Adapun kriteria penilaian secara subyektif yang digunakan sebagai berikut [GON87]:
1. Excellent, citra yang diamati memiliki kualitas yang sangat tinggi, sebaik-baiknya kualitas sebagaimana yang diinginkan.
2. Fine, citra yang diamati memiliki kualitas yang tinggi, enak dilihat, dimana interferensi belum terasa mengganggu.
3. Passable, citra yang diamati memiliki kualitas yang cukup tinggi, dimana interferensi terasa agak mengganggu.
4. Marginal, citra yang diamati memiliki kualitas yang rendah, sehingga diinginkan dapat diperbaiki dan interferensi terasa cukup mengganggu.
