A technique for secure speech communication using steganography

Une des préoccupations dans le domaine des communications sécurisées est le concept de sécurité de l'information. Aujourd’hui, la réalité a encore prouvé que la communication entre deux parties sur de longues distances a toujours été sujet au risque d'interception. Devant ces contraintes, de nombreux défis et opportunités s’ouvrent pour l'innovation. Afin de pouvoir fournir une communication sécurisée, cela a conduit les chercheurs à développer plusieurs schémas de stéganographie. La stéganographie est l’art de dissimuler un message de manière secrète dans un support anodin. L’objectif de base de la stéganographie est de permettre une communication secrète sans que personne ne puisse soupçonner son existence, le message secret est dissimulé dans un autre appelé medium de couverture qui peut être image, video, texte, audio,…. Cette propriété a motivé les chercheurs à travailler sur ce nouveau champ d’étude dans le but d’élaborer des systèmes de communication secrète résistante à tout type d’attaques. Cependant, de nombreuses techniques ont été développées pour dissimuler un message secret dans le but d’assurer une communication sécurisée. Les contributions majeures de cette thèse sont en premier lieu, de présenter une nouvelle méthode de stéganographie permettant la dissimulation d’un message secret dans un signal de parole. La dissimulation c’est le processus de cacher l’information secrète de façon à la rendre imperceptible pour une partie tierce, sans même pas soupçonner son existence. Cependant, certaines approches ont été étudiées pour aboutir à une méthode de stéganogaraphie robuste. En partant de ce contexte, on s’est intéressé à développer un système de stéganographie capable d’une part de dissimuler la quantité la plus élevée de paramètre tout en gardant la perceptibilité du signal de la parole. D’autre part nous avons opté pour la conception d’un algorithme de stéganographie assez complexe afin d’assurer l’impossibilité d’extraction de l’information secrète dans le cas ou son existence été détecter. En effet, on peut également garantir la robustesse de notre technique de stéganographie à l’aptitude de préservation du message secret face aux tentatives de détection des systèmes de stéganalyse. Notre technique de dissimulation tire son efficacité de l’utilisation de caractéristiques spécifiques aux signaux de parole et àl’imperfection du système auditif humain. Des évaluations comparatives sur des critères objectifs et subjectifs de qualité sont présentées pour plusieurs types de signaux de parole. Les résultats ont révélé l'efficacité du système développé puisque la technique de dissimulation proposée garantit l’imperceptibilité du message secret voire le soupçon de son existence. Dans la suite expérimentale et dans le même cadre de ce travail, la principale application visée par la thèse concerne la transmission de parole sécurisée par un algorithme de stéganographie. Dans ce but il s’est avéré primordial d’utiliser une des techniques de codage afin de tester la robustesse de notre algorithme stéganographique face au processus de codage et de décodage. Les résultats obtenus montrent la possibilité de reconstruction du signal original (contenant des informations secrètes) après codage. Enfin une évaluation de la robustesse de notre technique de stéganographie vis à vis des attaques est faite de façon à optimiser la technique afin d'augmenter le taux de sécurisation. Devant cette nécessité nous avons proposé une nouvelle technique de stéganalyse basée sur les réseaux de neurones AR-TDNN. La technique présentée ici ne permet pas d'extraire l'éventuel message caché, mais simplement de mettre en évidence sa présence.One of the concerns in the field of secure communication is the concept of information security. Today’s reality is still showing that communication between two parties over long distances has always been subject to interception. Providing secure communication has driven researchers to develop several cryptography schemes. Cryptography methods achieve security in order to make the information unintelligible to guarantee exclusive access for authenticated recipients. Cryptography consists of making the signal look garbled to unauthorized people. Thus, cryptography indicates the existence of a cryptographic communication in progress, which makes eavesdroppers suspect the existence of valuable data. They are thus incited to intercept the transmitted message and to attempt to decipher the secret information. This may be seen as weakness in cryptography schemes. In contrast to cryptography, steganography allows secret communication by camouflaging the secret signal in another signal (named the cover signal), to avoid suspicion. This quality motivated the researchers to work on this burning field to develop schemes ensuring better resistance to hostile attackers. The word steganography is derived from two Greek words: Stego (means cover) and graphy (means writing). The two combined words constitute steganography, which means covert writing, is the art of hiding written communications. Several steganography techniques were used to send message secretly during wars through the territories of enemies. The major contributions of this thesis are the following ones. We propose a new method to secure speech communication using the Discrete Wavelet Transforms (DWT) and the Fast Fourier Transform (FFT). Our method exploits first the high frequencies using a DWT, then exploits the low-pass spectral properties of the speech magnitude spectrum to hide another speech signal in the low-amplitude high-frequencies region of the cover speech signal. The proposed method allows hiding a large amount of secret information while rendering the steganalysis more complex. Comparative evaluation based on objective and subjective criteria is introduced for original speech signal, stego-signal and reconstructed secret speech signal after the hiding process. Experimental simulations on both female and male speakers revealed that our approach is capable of producing a stego speech that is indistinguishable from the cover speech. The receiver is still able to recover an intelligible copy of the secret speech message. We used an LPC10 coder to test the effect of the coding techniques on the stego-speech signals. Experimental results prove the efficiency of the used coding technique since intelligibility of the stego-speech is maintained after the encoding and decoding processes. We also advocate a new steganalysis technique to ensure the robustness of our steganography method. The proposed classifier is called Autoregressive time delay neural network (ARTDNN). The purpose of this steganalysis system is to identify the presence or not of embedded information, and does not actually attempt to extract or decode the hidden data. The low detecting rate prove the robustness of our hiding technique