Criptografía visual

La criptografía visual es una técnica criptográfica que permite cifrar información visual (imágenes, texto, etc.) de tal manera que la información descifrada aparezca como una imagen visual.

Una de las técnicas más conocidas se atribuye a Moni Naor y Adi Shamir , quienes la desarrollaron en 1994. ^{[ 1 ]} Demostraron un esquema visual de compartición secreta , donde una imagen binaria se dividía en n partes de modo que solo alguien con las n partes podía descifrarla, mientras que las n − 1 partes restantes no revelaban información sobre la imagen original. Cada parte se imprimía en una transparencia separada, y el descifrado se realizaba superponiendo las partes. Cuando se superponían las n partes, aparecía la imagen original. Existen varias generalizaciones del esquema básico, incluyendo la criptografía visual k de n , ^{[ 2 ] [ 3 ]} y el uso de láminas opacas iluminadas con múltiples conjuntos de patrones de iluminación idénticos bajo la grabación de un único detector de un solo píxel, que exponía la imagen. ^{[ 4 ]}

Siguiendo una idea similar, se pueden usar transparencias para implementar un cifrado de clave de un solo uso , donde una transparencia es una clave aleatoria compartida y otra actúa como texto cifrado. Normalmente, la criptografía visual requiere más espacio. Pero si una de las dos partes se estructura recursivamente, la eficiencia de la criptografía visual puede aumentar hasta el 100 %. ^{[ 5 ]}

Algunos antecedentes de la criptografía visual se encuentran en patentes de la década de 1960. ^{[ 6 ] [ 7 ]} Otros antecedentes se encuentran en trabajos sobre percepción y comunicación segura. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

La criptografía visual puede utilizarse para proteger plantillas biométricas cuyo descifrado no requiere cálculos complejos. ^{[ 10 ]}

En este ejemplo, la imagen binaria se ha dividido en dos imágenes componentes. Cada imagen componente tiene un par de píxeles por cada píxel de la imagen original. Estos pares de píxeles se sombrean en blanco o negro según la siguiente regla: si el píxel de la imagen original era negro, los pares de píxeles en las imágenes componentes deben ser complementarios; se sombrea aleatoriamente uno ■□ y el otro □■. Cuando estos pares complementarios se superponen, aparecerán en gris oscuro. Por otro lado, si el píxel de la imagen original era blanco, los pares de píxeles en las imágenes componentes deben coincidir: ambos ■□ o ambos □■. Cuando estos pares coincidentes se superponen, aparecerán en gris claro.

Así, al superponer las dos imágenes componentes, aparece la imagen original. Sin embargo, sin la otra imagen componente, una imagen componente no revela información sobre la imagen original; es indistinguible de un patrón aleatorio de pares ■□ / □■. Además, si se dispone de una imagen componente, se pueden utilizar las reglas de sombreado anteriores para generar una imagen componente falsa que, combinada con ella, produzca cualquier imagen.

Compartir un secreto con un número arbitrario de personas, n , de manera que al menos dos de ellas sean necesarias para descifrarlo, es una forma del esquema de compartición visual de secretos presentado por Moni Naor y Adi Shamir en 1994. En este esquema, tenemos una imagen secreta codificada en n partes impresas en transparencias. Las partes parecen aleatorias y no contienen información descifrable sobre la imagen secreta subyacente; sin embargo, si se apilan dos de las partes, la imagen secreta se vuelve descifrable a simple vista.

Cada píxel de la imagen secreta se codifica en múltiples subpíxeles en cada imagen compartida utilizando una matriz para determinar el color de los píxeles. En el caso (2, n ), un píxel blanco en la imagen secreta se codifica utilizando una matriz del siguiente conjunto, donde cada fila proporciona el patrón de subpíxeles para uno de los componentes:

{todas las permutaciones de las columnas de} :${\displaystyle \mathbf {C_{0}=} {\begin{bmatrix}1&0&...&0\\1&0&...&0\\...\\1&0&...&0\end{bmatrix}}.}$

Mientras que un píxel negro en la imagen secreta se codifica utilizando una matriz del siguiente conjunto:

{todas las permutaciones de las columnas de} :${\displaystyle \mathbf {C_{1}=} {\begin{bmatrix}1&0&...&0\\0&1&...&0\\...\\0&0&...&1\end{bmatrix}}.}$

Por ejemplo, en el caso de compartición (2,2) (el secreto se divide en 2 partes y se requieren ambas para descifrarlo), usamos matrices complementarias para compartir un píxel negro y matrices idénticas para compartir un píxel blanco. Al apilar las partes, todos los subpíxeles asociados al píxel negro se vuelven negros, mientras que el 50 % de los subpíxeles asociados al píxel blanco permanecen blancos.

Horng et al. propusieron un método que permite a n − 1 partes confabuladas engañar a una parte honesta en criptografía visual. Aprovechan el conocimiento de la distribución subyacente de los píxeles en las partes para crear nuevas partes que se combinan con las existentes para formar un nuevo mensaje secreto elegido por los tramposos. ^{[ 11 ]}

Sabemos que dos partes son suficientes para descifrar la imagen secreta mediante el sistema visual humano. Sin embargo, examinar dos partes también proporciona información sobre la tercera. Por ejemplo, los participantes que conspiran pueden analizar sus partes para determinar cuándo ambas contienen píxeles negros y usar esa información para predecir que otro participante también tendrá un píxel negro en esa ubicación. Saber dónde se encuentran los píxeles negros en la parte de otro participante les permite crear una nueva parte que, combinada con la parte predicha, formará un nuevo mensaje secreto. De esta manera, un grupo de participantes conspiradores que posean suficientes partes para acceder al código secreto pueden engañar a otros participantes honestos.

Los subpíxeles de 2×2 también pueden codificar una imagen binaria en cada imagen componente. Por ejemplo, cada píxel blanco de cada imagen componente podría representarse mediante dos subpíxeles negros, mientras que cada píxel negro podría representarse mediante tres subpíxeles negros.

Al superponerse, cada píxel blanco de la imagen secreta está representado por tres subpíxeles negros, mientras que cada píxel negro está representado por cuatro subpíxeles negros. Cada píxel correspondiente en las imágenes componentes se rota aleatoriamente para evitar que la orientación filtre información sobre la imagen secreta. ^{[ 12 ]}

• En " No me abandones, mi querido ", un episodio de 1967 de la serie de televisión El prisionero , el protagonista utiliza una superposición de criptografía visual con múltiples transparencias para revelar un mensaje secreto: la ubicación de un amigo científico que se había escondido.

• Rejilla (criptografía)
• Esteganografía

• Implementación en Java e ilustraciones de criptografía visual.
• Implementación en Python de la criptografía visual
• Criptografía visual en máquinas de cifrado y criptología
• Página de criptografía visual de Doug Stinson
• Liu, Feng; Yan, Wei Qi (2014) Criptografía visual para el procesamiento y la seguridad de imágenes: teoría, métodos y aplicaciones, Springer
• Hammoudi, Karim; Melkemi, Mahmoud (2018). "Participaciones personalizadas en criptografía visual" . Journal of Imaging . 4 (11): 126. doi : 10.3390/jimaging4110126 .