وضع بت تكيفي للمصادقة البيومترية المزدوجة باستخدام التوقيع وبصمة الإصبع لتخفي الصور DWT-DCT

لماذا يهم إخفاء الهوية داخل صورة

في كل مرة نفتح فيها هاتفًا ببصمة إصبع أو نرسل توقيعًا ممسوحًا ضوئيًا عبر الإنترنت، نحن نسلم أجزاء من هويتنا. إذا اعترض شخص ما هذه البيانات أو نسخها، يمكنه انتحال شخصيتنا بطرق قوية. تستكشف هذه الورقة طريقة ذكية لإخفاء نوعين من المعلومات البيومترية—توقيع مكتوب بخط اليد وبصمة إصبع—داخل صورة واحدة تبدو عادية. الهدف هو جعل البيانات المخفية صعبة الاكتشاف والتلف، وفي الوقت نفسه سهلة الاسترداد لفحوصات الأمان المصرح بها.

تحويل الصورة إلى ناقل سري

يبدأ الباحثون بصورة شائعة ومفصلة مثل صورة الاختبار الشهيرة «بابون». الصور المزدحمة ذات الملمس مثل هذه مناسبة جدًا للإخفاء لأن التغييرات الصغيرة تضيع بصريًا في الفوضى الطبيعية. قبل إخفاء أي بيانات، تُجزأ الصورة رياضيًا إلى طبقات تمثل الأشكال العامة والتفاصيل الدقيقة. يتم ذلك باستخدام أداتين قياسيتين في معالجة الصور الرقمية: إحداهما تفصل الصورة إلى نطاقات منخفضة وعالية التفاصيل، والأخرى تكسر تلك النطاقات إلى كتل مبنية على ترددات مختلفة. تسمح هاتان الأداتان للنظام بتحديد المواضع التي يكون فيها التغيير الطفيف أقل قدرة على أن يلاحظه الإنسان وما زال يقاوم عمليات الصورة الشائعة مثل الضغط أو الضوضاء.

إخفاء علامتين جسدتين في آن واحد

يُنقح التوقيع وبصمة الإصبع أولًا ويُبسَّطان بحيث يصبح كل منهما شبكة مرتبة من بكسلات سوداء وبيضاء. ثم تُحوّل هذه الشبكات إلى تيارات من البتات (صفر وواحد). بدلًا من وضع هذه البتات في مواقع ثابتة، تُعيّن الطريقة كل نوع من البيانات البيومترية إلى طبقة مختلفة من الصورة المحوَّلة: تذهب بتات التوقيع إلى نطاق غني بالتفاصيل الأفقية، بينما تذهب بتات البصمة إلى نطاق غني بالتفاصيل الرأسية. تعني هذه الفصلية أنه حتى لو تضرر جزء من الصورة أو تغيّر، يمكن استعادة كل من البيومتريتين غالبًا بشكل مستقل، ما يوفر شكلاً من أشكال النسخ الاحتياطي ويصعّب على المهاجم انتحال أو محو كلتيهما في آن واحد.

السماح للصورة باختيار مواضع البتات

محور العمل هو «وضع البتات التكيفي». بدلًا من الكتابة فوق نفس المواضع في كل مكان، يقيس الخوارزم مقدار أو أهمية كل معامل صغير في الصورة المحوَّلة. تُخفى البتات فقط حيث تكون القيم كبيرة أو حيث تكون الملمس المحلي معقدًا—أماكن تندمج فيها التغييرات الطفيفة في التباين الطبيعي. يقرر عتبة، مستمدة من إحصاءات بسيطة لهذه القيم، المواضع الآمنة. كما تُضبط شدة كل تغيير بحيث يمكن التحكم في الموازنة بين التخفي والمتانة. عمليًا، تقود بنية الصورة نفسها موضع الأسرار، مما يصعّب إلى حد كبير الكشف الإحصائي والتحليل القائم على التعلم الآلي.

اختبار الطريقة

لمعرفة ما إذا كانت هذه المقاربة تعمل حقًا، تضمّن المؤلفون كلا البيومتريتين في مجموعة متنوعة من صور الاختبار القياسية ثم قاسوا ثلاثة أشياء: مدى تشابه صورة الستيجو مع الأصل، مقدار البيانات الذي يمكن أن تحمله، ومدى بقاء البيومتريتين المخفيتين عند التعرض لسوء المعاملة. الاختلافات البصرية صغيرة للغاية بحيث تكاد تكون غير مرئية، مؤكدًا ذلك بدرجات عالية على مقاييس الجودة الشائعة. تحمل الطريقة بيانات أكثر قليلاً من مخططات البيومترية المزدوجة السابقة، رغم أنها تخفي نموذجين كاملين. عندما تُدوَّر الصور أو تُقتطع أو تُضغط بصيغة JPEG أو تُلَطَّخ بالضوضاء، تبقى التواقيع وبصمات الأصابع المستردة متطابقة بدرجة كافية للمصادقة الموثوقة، بمعدلات خطأ أقل بشكل ملحوظ من الطرق المنافسة.

ماذا يعني هذا لأمننا اليومي

بعبارة بسيطة، تُظهر هذه الأبحاث كيف يمكن لصورة واحدة تبدو بريئة أن «تحمل» بأمان كل من بصمة الإصبع والتوقيع لشخص بطريقة يصعب ملاحظتها وكسرها. من خلال السماح لبنية الصورة نفسها بتقرير أين وكيف تُخفى البتات، يحافظ النظام على المظهر الطبيعي للصورة مع حماية الهوية المُضمنة من العبث الرقمي الشائع. يمكن أن يعزز مثل هذا الإطار فحوصات الهوية في بيئات عالية الأمان—من الدفاع والأعمال الجنائية إلى الأجهزة الطبية والمدن الذكية—حيث لا يُحتمل فقدان أو تسريب البيانات البيومترية.

الاستشهاد: Bhattacharya, A., Welekar, A.R., Sarkar, P. et al. Adaptive bit placement for dual biometric using signature and finger print for DWT-DCT picture steganography. Sci Rep 16, 8758 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37827-x

الكلمات المفتاحية: أمن بيومتري, تخفي الصور, الخصوصية الرقمية, التعرف على بصمات الأصابع, التحقق من التوقيع