diplomová práce

Steganografie založená na hlubokém učení pro zabezpečení medicínských obrazových dat

Text práce 12.46 MB Příloha 56.1 kB

Autor práce: Ing. Martin Hanták

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: Ing. Anzhelika Mezina, Ph.D.

Oponent: Ing. Martin Rosa

Abstrakt:

Diplomová práce se zabývá využitím metod hlubokého učení pro steganografii v oblasti zabezpečení medicínských obrazových dat. Teoretická část představuje principy steganografie a kryptografie se zaměřením na specifika medicínských formátů a analyzuje současné přístupy hlubokého učení v obrazové steganografii. V experimentální části jsou na datasetu MRI snímků mozku otestovány tři existující architektury: StegFormer, MultiImage Deep Steganography a TransStego. Vlastním přínosem je návrh a implementace systému MedStegViT (Medical Steganography Vision Transformer), který vkládá SHA256 hash identifikátoru pacienta do DICOM rentgenových snímků pomocí architektury Vision Transformer řízené adaptivní anatomickou maskou a zabezpečené LDPC korekčním kódem. Na testovací množině snímků dosahuje systém bitové přesnosti 94,7 %, PSNR 30,1 dB a SSIM 0,96, přičemž při doporučené sazbě LDPC 0,50 je hash rekonstruován se 100 % úspěšností. Práce dále hodnotí robustnost vůči degradaci a odolnost vůči steganalýze.

Klíčová slova:

autoenkodér, DICOM, embedding, hluboké učení, korekční kódy, LDPC, lékařské snímky, MedStegViT, anonymizace pacienta, SHA-256, steganografie, steganalýza, vision transformery

Termín obhajoby

09.06.2026

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil diplomovou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta. Otázka: 1. Prečo bola pri trénovaní architektúry MedStegViT použitá iná dátová množina ako pri trénovaní ostatných architektúr (StegFormer, TransStego a Multi-Image Deep Steganography)? 2. Vedeli by ste uviesť konkrétny príklad, kde je využitie steganografie výhodnejšie ako využitie zabezpečenia pomocou kryptografie? 3. Vedeli by ste uviesť konkrétny príklad využitia steganografie na medicínskych datach? 4. Nesposobi zmena snímku steganografiou znehodnotenie medicínskych dát obvzlášt pri použití medicínskeho softvéru? 5. Ako robustné sú výsledky proti zmene rozmeru obrázku? 6. Uvažoval ste ako vylepšiť vašu architektúru proti kompresii?

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Informační bezpečnost (MPC-IBE)

Složení komise

Ing. Eva Holasová, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Machník, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Šiška, Ph.D. (místopředseda)
JUDr. Pavel Loutocký, BA (Hons), Ph.D. (člen)
prof. Ing. Radim Burget, Ph.D. (předseda)
Ing. Petr Blažek, Ph.D. (člen)
Ing. Ondřej Pospíšil, Ph.D. (člen)
Ing. Jorge Truffin (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Anzhelika Mezina, Ph.D.

Student Bc. Martin Hanták pracoval na své diplomové práci velmi aktivně a pravidelně konzultoval dosažené výsledky. Teoretická část obsahuje podrobné informace o problematice steganografie, hlubokého učení a zpracování medicínských dat, což dokládá schopnost studenta pracovat s odbornou literaturou.

V rámci praktické části bylo vyzkoušeno několik různých metod, přičemž hlavním přínosem práce je návrh a implementace vlastního řešení kombinujícího moderní přístupy. Kladně hodnotím rovněž zahrnutí výsledků testování s různými typy degradací, které mají z praktického hlediska významnou vypovídací hodnotu.
Velmi pozitivně hodnotím také jeho iniciativu při navrhování vlastních řešení.

Zadání práce bylo splněno v plném rozsahu. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm A (95 bodů). Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 95

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Ing. Martin Rosa

V práci „Steganografie založená na hlubokém učení pro zabezpečení medicínských obrazových dat" sa študent Bc. Martin Hanták venoval návrhu a testovaniu architektúr pre ukladanie textovej informácie do medicínskeho obrazu.
V teoretickej časti autor opisuje samotnú steganografiu a jej rozdiely oproti klasickej kryptografii, ďalej využitie strojového učenia a neurónových sietí v steganografii a jednotlivé architektúry použiteľné na daný účel. Za nedostatok považujem objem informácií, ktoré autor do tejto časti vložil – mnohé z nich nie sú pre samotnú prácu relevantné. Príkladom je historický exkurz do steganografie, ktorý mohol byť výrazne skrátený. Podobne aj následná časť venovaná snímacím technikám v medicíne nie je pre tému diplomovej práce príliš relevantná. Autor má taktiež na konci každej kapitoly sumarizačnú sekciu, ktorá pôsobí ako umelé rozťahovanie textu. Nerozumiem však, prečo by sa o to pokúšal, keďže práca má 102 strán, čo značne presahuje štandardný rozsah diplomových prác.
V ďalšej časti autor predstavuje rešerš využitia umelej inteligencie v steganografii. Tá je spracovaná podrobne, čo svedčí o dobrom prehľade autora v danej oblasti – to hodnotím ako výrazné pozitívum. Čo mi však vadí, je miera detailov pri popise jednotlivých článkov. Autor ich miestami opisuje až príliš dopodrobna; v niektorých prípadoch uvádza aj nepodstatné technické parametre, ako napríklad rýchlosť učenia, čo do rešerše nepatrí. Samotný štýl textu teoretickej časti hodnotím pozitívne – je napísaný odborne a obsahuje dostatočné citácie.
V praktickej časti autor začína trénovaním vybraných existujúcich architektúr – StegFormer, TransStego a Multi-Image Deep Steganography. Postup trénovania je dobre popísaný a obsahuje všetky potrebné informácie, pričom text vhodne dopĺňajú kvalitne spracované grafy zobrazujúce priebeh učenia. Osobitne oceňujem tabuľky hodnotiacich metrík jednotlivých architektúr a zahrnutie porovnaní výsledného obrazu s pôvodným, ako aj extrahovaného tajomstva s pôvodným – tieto prvky výborne komunikujú kvalitu jednotlivých architektúr.
V nadväzujúcej časti autor predstavuje vlastnú architektúru MedStegViT, ktorá tvorí hlavný prínos diplomovej práce. Nákres architektúry a trénovacej pipeline je detailný a prehľadne podporený schémami. Využitie LDPC kódovania na opravu chýb dekóderu považujem za dobrý nápad. Oceňujem dobré hodnotiace metriky tejto architektúry a jej robustnosť voči degradácii spôsobenej kompresiou, zmenou jasu alebo rozostrením.
MedStegViT je následne porovnaná s natrénovanými architektúrami z predošlej časti. Tu vidím nedostatok, keďže MedStegViT bola trénovaná na inej dátovej množine ako ostatné architektúry, čo znižuje výpovednú hodnotu tohto porovnania – zatiaľ čo MedStegViT bola trénovaná na rentgenových snímkach hrudníka, vybrané existujúce architektúry boli trénované na rentgenových snímkach mozgu. Sám autor v texte priznáva, že jeho architektúra nepracuje rovnako dobre na snímkach iných častí tela.
Napriek uvedeným nedostatkom prácu hodnotím pozitívne. Splnila všetky body zadania a dosiahla dobrých výsledkov. Preto ju odporúčam k obhajobe s hodnotením 85 b – B. Otázky k obhajobě:
  1. Prečo bola pri trénovaní architektúry MedStegViT použitá iná dátová množina ako pri trénovaní ostatných architektúr (StegFormer, TransStego a Multi-Image Deep Steganography)?
  2. Vedeli by ste uviesť konkrétny príklad, kde je využitie steganografie výhodnejšie ako využitie zabezpečenia pomocou kryptografie?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 85

Známka navržená oponentem: B

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová