Стеганография цифровая – Вадим Грибунин — Цифровая стеганография » Книги читать онлайн бесплатно без регистрации

Содержание

Стеганография - это... Что такое Стеганография?

Стеганогра́фия (от греч. στεγανός — скрытый + γράφω — пишу; буквально «тайнопись») — это наука о скрытой передаче информации путём сохранения в тайне самого факта передачи. Этот термин ввел в 1499 году Иоганн Тритемий в своем трактате «Стеганография» (Steganographia), зашифрованном под магическую книгу.

В отличие от криптографии, которая скрывает содержимое секретного сообщения, стеганография скрывает сам факт его существования. Как правило, сообщение будет выглядеть как что-либо иное, например, как изображение, статья, список покупок, письмо или судоку. Стеганографию обычно используют совместно с методами криптографии, таким образом, дополняя её.

Преимущество стеганографии над чистой криптографией состоит в том, что сообщения не привлекают к себе внимания. Сообщения, факт шифрования которых не скрыт, вызывают подозрение и могут быть сами по себе уличающими в тех странах, в которых запрещена криптография.[1] Таким образом, криптография защищает содержание сообщения, а стеганография защищает сам факт наличия каких-либо скрытых посланий.

История

Первая запись об использовании стеганографии встречается в трактате Геродота «История», относящегося к 440 году до н. э.

[2] В трактате были описаны два метода скрытия информации. Демарат отправил предупреждение о предстоящем нападении на Грецию, записав его на деревянную подложку восковой таблички до нанесения воска. Второй способ заключался в следующем: на обритую голову раба записывалось необходимое сообщение, а когда его волосы отрастали, он отправлялся к адресату, который вновь брил его голову и считывал доставленное сообщение.[3]

Существует версия[4], что древние шумеры одними из первых использовали стеганографию, так как было найдено множество глиняных клинописных табличек, в которых одна запись покрывалась слоем глины, а на втором слое писалась другая. Однако противники этой версии считают, что это было вовсе не попыткой скрытия информации, а всего лишь практической потребностью.[5]

Классификация стеганографии

В конце 90-х годов выделилось несколько направлений стеганографии:

  • Классическая стеганография
  • Компьютерная стеганография
  • Цифровая стеганография

Классическая стеганография

Симпатические чернила

Одним из наиболее распространенных методов классической стеганографии является использование симпатических (невидимых) чернил. Текст, записанный такими чернилами, проявляется только при определенных условиях (нагрев, освещение, химический проявитель и т. д.)[6] Изобретенные ещё в I веке н. э. Филоном Александрийским[7], они продолжали использоваться как в средневековье, так и в новейшее время, например, в письмах русских революционеров из тюрем. В советской школьной программе в курсе литературы изучался рассказ о том, как Владимир Ленин писал молоком на бумаге между строк, см. Рассказы о Ленине. Молоко проявлялось при нагреве над пламенем.

Существуют также чернила с химически нестабильным пигментом. Написанное этими чернилами выглядит как написанное обычной ручкой, но через определенное время нестабильный пигмент разлагается, и от текста не остается и следа. Хотя при использовании обычной шариковой ручки текст можно восстановить по деформации бумаги, этот недостаток можно устранить с помощью мягкого пишущего узла, наподобие фломастера.

Другие стеганографические методы

Во время Второй мировой войны активно использовались микроточки — микроскопические фотоснимки, вклеиваемые в текст писем.

Также существует ряд альтернативных методов сокрытия информации:[6]

  • запись на боковой стороне колоды карт, расположенных в условленном порядке;
  • запись внутри варёного яйца;
  • «жаргонные шифры», где слова имеют другое обусловленное значение;
  • трафареты, которые, будучи положенными на текст, оставляют видимыми только значащие буквы;
  • узелки на нитках и т. д.

В настоящее время под стеганографией чаще всего понимают скрытие информации в текстовых, графических либо аудиофайлах путём использования специального программного обеспечения.

Стеганографические модели

Стеганографические модели — используются для общего описания стеганографических систем.

Основные понятия

В 1983 году Симмонс предложил т. н. «проблему заключенных». Её суть состоит в том, что есть человек на свободе (Алиса), в заключении (Боб) и охранник Вилли. Алиса хочет передавать сообщения Бобу без вмешательства охранника. В этой модели сделаны некоторые допущения: предполагается, что перед заключением Алиса и Боб договариваются о кодовом символе, который отделит одну часть текста письма от другой, в которой скрыто сообщение. Вилли же имеет право читать и изменять сообщения. В 1996 году на конференции Information Hiding: First Information Workshop была принята единая терминология:

  • Стеганографическая система (стегосистема) — объединение методов и средств используемых для создания скрытого канала для передачи информации. При построении такой системы условились о том, что: 1) враг представляет работу стеганографической системы. Неизвестным для противника является ключ с помощью которого можно узнать о факте существования и содержания тайного сообщения. 2) При обнаружении противником наличия скрытого сообщения он не должен смочь извлечь сообщение до тех пор пока он не будет владеть ключом. 3) Противник не имеет технических и прочих преимуществ.
  • Сообщение — это термин, используемый для общего названия передаваемой скрытой информации, будь то лист с надписями молоком, голова раба или цифровой файл.
  • Контейнер — так называется любая информация, используемая для сокрытия тайного сообщения. Пустой контейнер — контейнер, не содержащий секретного послания. Заполненный контейнер (стегоконтейнер) — контейнер, содержащий секретное послание.
  • Стеганографический канал (стегоканал) — канал передачи стегоконтейнера.
  • Ключ (стегоключ) — секретный ключ, нужный для сокрытия стегоконтейнера. Ключи в стегосистемах бывают двух типов: секретные и открытые. Если стегосистема использует секретный ключ, то он должен быть создан или до начала обмена сообщениями, или передан по защищённому каналу. Стегосистема, использующая открытый ключ, должна быть устроена таким образом, чтобы было невозможно получить из него закрытый ключ. В этом случае открытый ключ мы можем передавать по незащищённому каналу.

Компьютерная стеганография

Компьютерная стеганография — направление классической стеганографии, основанное на особенностях компьютерной платформы. Примеры — стеганографическая файловая система StegFS для Linux, скрытие данных в неиспользуемых областях форматов файлов, подмена символов в названиях файлов, текстовая стеганография и т. д. Приведём некоторые примеры:

  • Использование зарезервированных полей компьютерных форматов файлов — суть метода состоит в том, что часть поля расширений, не заполненная информацией о расширении, по умолчанию заполняется нулями. Соответственно мы можем использовать эту «нулевую» часть для записи своих данных. Недостатком этого метода является низкая степень скрытности и малый объём передаваемой информации.
  • Метод скрытия информации в неиспользуемых местах гибких дисков — при использовании этого метода информация записывается в неиспользуемые части диска, к примеру, на нулевую дорожку. Недостатки: маленькая производительность, передача небольших по объёму сообщений.
  • Метод использования особых свойств полей форматов, которые не отображаются на экране — этот метод основан на специальных «невидимых» полях для получения сносок, указателей. К примеру, написание чёрным шрифтом на чёрном фоне. Недостатки: маленькая производительность, небольшой объём передаваемой информации.
  • Использование особенностей файловых систем — при хранении на жестком диске файл всегда (не считая некоторых ФС, например, ReiserFS) занимает целое число кластеров (минимальных адресуемых объёмов информации). К примеру, в ранее широко используемой файловой системе FAT32 (использовалась в Windows98/Me/2000) стандартный размер кластера — 4 Кб. Соответственно для хранения 1 Кб информации на диске выделяется 4 Кб информации, из которых 1Кб нужен для хранения сохраняемого файла, а остальные 3 ни на что не используются — соответственно их можно использовать для хранения информации. Недостаток данного метода: лёгкость обнаружения.

Цифровая стеганография

Изображение дерева со скрытым с помощью цифровой стеганографии в нём другим изображением. Изображение спрятано с помощью удаления всех, кроме двух младших битов с каждого цветового компонента и последующей нормализации.

Изображение кота, извлеченное из изображения дерева, расположенного выше

Цифровая стеганография — направление классической стеганографии, основанное на сокрытии или внедрении дополнительной информации в цифровые объекты, вызывая при этом некоторые искажения этих объектов. Но, как правило, данные объекты являются мультимедиа-объектами (изображения, видео, аудио, текстуры 3D-объектов) и внесение искажений, которые находятся ниже порога чувствительности среднестатистического человека, не приводит к заметным изменениям этих объектов. Кроме того, в оцифрованных объектах, изначально имеющих аналоговую природу, всегда присутствует шум квантования; далее, при воспроизведении этих объектов появляется дополнительный аналоговый шум и нелинейные искажения аппаратуры, все это способствует большей незаметности сокрытой информации.

Алгоритмы

Все алгоритмы встраивания скрытой информации можно разделить на несколько подгрупп:

  • Работающие с самим цифровым сигналом. Например, метод LSB.
  • «Впаивание» скрытой информации. В данном случае происходит наложение скрываемого изображения (звука, иногда текста) поверх оригинала. Часто используется для встраивания ЦВЗ.
  • Использование особенностей форматов файлов. Сюда можно отнести запись информации в метаданные или в различные другие не используемые зарезервированные поля файла.

По способу встраивания информации стегоалгоритмы можно разделить на линейные (аддитивные), нелинейные и другие. Алгоритмы аддитивного внедрения информации заключаются в линейной модификации исходного изображения, а её извлечение в декодере производится корелляционными методами. При этом ЦВЗ обычно складывается с изображением-контейнером, либо «вплавляется» (fusion) в него. В нелинейных методах встраивания информации используется скалярное либо векторное квантование. Среди других методов определенный интерес представляют методы, использующие идеи фрактального кодирования изображений. К аддитивным алгоритмам можно отнести:

  • А17 (Cox)
  • А18 (Barni)
  • L18D (Lange)
  • А21 (J. Kim).
  • А25 (С. Podilchuk).
Метод LSB

LSB (Least Significant Bit, наименьший значащий бит) — суть этого метода заключается в замене последних значащих битов в контейнере (изображения, аудио или видеозаписи) на биты скрываемого сообщения. Разница между пустым и заполненным контейнерами должна быть не ощутима для органов восприятия человека.

Суть метода заключается в следующем: Допустим, имеется 8-битное изображение в градациях серого. 00h (00000000b) обозначает чёрный цвет, FFh (11111111b) — белый. Всего имеется 256 градаций (). Также предположим, что сообщение состоит из 1 байта — например, 01101011b. При использовании 2 младших бит в описаниях пикселей, нам потребуется 4 пикселя. Допустим, они чёрного цвета. Тогда пиксели, содержащие скрытое сообщение, будут выглядеть следующим образом: 00000001 00000010 00000010 00000011. Тогда цвет пикселей изменится: первого — на 1/255, второго и третьего — на 2/255 и четвёртого — на 3/255. Такие градации, мало того что незаметны для человека, могут вообще не отобразиться при использовании низкокачественных устройств вывода.

Методы LSB являются неустойчивыми ко всем видам атак и могут быть использованы только при отсутствии шума в канале передачи данных.

Обнаружение LSB-кодированного стего осуществляется по аномальным характеристикам распределения значений диапазона младших битов отсчётов цифрового сигнала.

Все методы LSB являются, как правило, аддитивными (A17, L18D).

Другие методы скрытия информации в графических файлах ориентированы на форматы файлов с потерей, к примеру, JPEG. В отличие от LSB они более устойчивы к геометрическим преобразованиям. Это получается за счёт варьирования в широком диапазоне качества изображения, что приводит к невозможности определения источника изображения.

Эхо-методы

Эхо-методы применяются в цифровой аудиостеганографии и используют неравномерные промежутки между эхо-сигналами для кодирования последовательности значений. При наложении ряда ограничений соблюдается условие незаметности для человеческого восприятия. Эхо характеризуется тремя параметрами: начальной амплитудой, степенью затухания, задержкой. При достижении некоего порога между сигналом и эхом они смешиваются. В этой точке человеческое ухо не может уже отличить эти два сигнала. Наличие этой точки сложно определить, и она зависит от качества исходной записи, слушателя. Чаще всего используется задержка около 1/1000, что вполне приемлемо для большинства записей и слушателей. Для обозначения логического нуля и единицы используется две различных задержки. Они обе должны быть меньше, чем порог чувствительности уха слушателя к получаемому эху.

Эхо-методы устойчивы к амплитудным и частотным атакам, но неустойчивы к атакам по времени.

Фазовое кодирование

Фазовое кодирование (phase coding, фазовое кодирование) — так же применяется в цифровой аудиостеганографии. Происходит замена исходного звукового элемента на относительную фазу, которая и является секретным сообщением. Фаза подряд идущих элементов должна быть добавлена таким образом, чтобы сохранить относительную фазу между исходными элементами. Фазовое кодирование является одним из самых эффективных методов скрытия информации.

Метод расширенного спектра

Метод встраивания сообщения заключается в том, что специальная случайная последовательность встраивается в контейнер, затем, используя согласованный фильтр, данная последовательность детектируется. Данный метод позволяет встраивать большое количество сообщений в контейнер, и они не будут создавать помехи друг другу. Метод заимствован из широкополосной связи.

Атаки на стегосистемы

Под атакой на стегосистему понимается попытка обнаружить, извлечь, изменить скрытое стеганографическое сообщение. Такие атаки называются стегоанализом по аналогии с криптоанализом для криптографии. Способность стеганографической системы противостоять атакам называется стеганографической стойкостью. Наиболее простая атака — субъективная. Внимательно рассматривается изображение, прослушивается звукозапись в попытках найти признаки существования в нём скрытого сообщения. Такая атака имеет успех лишь для совсем незащищенных стегосистем. Обычно это первый этап при вскрытии стегосистемы. Выделяются следующие типы атак.[8]

  • Атака по известному заполненному контейнеру;
  • Атака по известному встроенному сообщению;
  • Атака на основе выбранного скрытого сообщения;
  • Адаптивная атака на основе выбранного скрытого сообщения;
  • Атака на основе выбранного заполненного контейнера;
  • Атака на основе известного пустого контейнера;
  • Атака на основе выбранного пустого контейнера;
  • Атака по известной математической модели контейнера.

Рассмотрим некоторые из них:

Атака по известному заполненному контейнеру — у взломщика имеется одно или несколько стего. В случае нескольких стего считается, что запись скрытой информации проводилось отправителем одинаковым способом. Задача взломщика заключается в обнаружении факта наличия стегоканала, а также доступа к нему или определения ключа. Имея ключ, можно раскрыть другие стегосообщения.

Атака по известной математической модели контейнера — взломщик определяет отличие подозрительного послания от известной ему модели. К примеру, пусть биты внутри отсчета изображения коррелированны. Тогда отсутствие корреляции может служить сигналом о наличии скрытого сообщения. При этом задача внедряющего сообщение состоит в том, чтобы не нарушить статистических закономерностей в контейнере.

Атака на основе известного пустого контейнера — если злоумышленнику известен пустой контейнер, то сравнивая его с предполагаемым стего можно установить наличие стегоканала. Несмотря на кажущуюся простоту метода, существует теоретическое обоснование эффективности этого метода. Особый интерес представляет случай, когда контейнер нам известен с некоторой погрешностью (такое возможно при добавлении к нему шума).

Стеганография и цифровые водяные знаки

Цифровые водяные знаки (ЦВЗ) используются для защиты от копирования, сохранения авторских прав. Невидимые водяные знаки считываются специальным устройством, которое может подтвердить либо опровергнуть корректность. ЦВЗ могут содержать различные данные: авторские права, идентификационный номер, управляющую информацию. Наиболее удобными для защиты с помощью ЦВЗ являются неподвижные изображения, аудио и видео файлы.

Технология записи идентификационных номеров производителей очень похожа на ЦВЗ, но отличие состоит в том, что на каждое изделие записывается свой индивидуальный номер (так называемые «отпечатки пальцев»), по которому можно вычислить дальнейшую судьбу изделия. Невидимое встраивание заголовков иногда используется, к примеру, для подписей медицинских снимков, нанесения пути на карту и т. п. Скорее всего, это единственное направление стеганографии, где нет нарушителя в явном виде.

Основные требования, предъявляемые к водяным знакам: надёжность и устойчивость к искажениям, незаметности, робастности к обработке сигналов (робастность — способность системы к восстановлению после воздействия на неё внешних/внутренних искажений, в том числе умышленных). ЦВЗ имеют небольшой объём, но для выполнения указанных выше требований, при их встраивании используются более сложные методы, чем для встраивания обычных заголовков или сообщений. Такие задачи выполняют специальные стегосистемы.

Перед помещением ЦВЗ в контейнер, водяной знак нужно преобразовать к подходящему виду. К примеру, если в качестве контейнера используется изображение, то и ЦВЗ должны быть представлена как двумерный битовый массив.

Для повышения устойчивости к искажениям часто применяют помехоустойчивое кодирование или используют широкополосные сигналы. Начальную обработку скрытого сообщения делает прекодер. Важная предварительная обработка ЦВЗ — вычисление его обобщенного Фурье-преобразования. Это повышает помехоустойчивость. Первичную обработку часто производят с использованием ключа — для повышения секретности. Потом водяной знак «укладывается» в контейнер (например, путем изменения младших значащих бит). Здесь используются особенности восприятия изображений человеком. Широко известно, что изображения имеют огромную психовизуальную избыточность. Глаза человека подобны низкочастотному фильтру, который пропускает мелкие элементы изображения. Наименее заметны искажения в высокочастотной области изображений. Внедрение ЦВЗ также должно учитывать свойства восприятия человека.

Во многих стегосистемах для записи и считывания ЦВЗ используется ключ. Он может предназначаться для ограниченного круга пользователей или же быть секретным. Например, ключ нужен в DVD-плейерах для возможности прочтения ими содержащихся на дисках ЦВЗ. Как известно, не существует таких стегосистем, в которых бы при считывании водяного знака требовалась другая информация, нежели при его записи. В стегодетекторе происходит обнаружение ЦВЗ в защищённом им файле, который, возможно, мог быть изменён. Эти изменения могут быть связаны с воздействиями ошибок в канале связи, либо преднамеренными помехами. В большинстве моделей стегосистем сигнал-контейнер можно рассмотреть как аддитивный шум. При этом задача обнаружения и считывания стегосообщения уже не представляет сложности, но не учитывает двух факторов: неслучайности сигнала контейнера и запросов по сохранению его качества. Учет этих параметров позволит строить более качественные стегосистемы. Для обнаружения факта существования водяного знака и его считывания используются специальные устройства — стегодетекторы. Для вынесения решения о наличии или отсутствии водяного знака используют, к примеру, расстояние по Хэммингу, взаимокорреляцию между полученным сигналом и его оригиналом. В случае отсутствия исходного сигнала в дело вступают более изощренные статистические методы, которые основаны на построении моделей исследуемого класса сигналов.

Применение стеганографии

В современных принтерах

Стеганография используется в некоторых современных принтерах. При печати на каждую страницу добавляются маленькие точки, содержащие информацию о времени и дате печати, а также серийный номер принтера.[9]

Применение цифровой стеганографии

Из рамок цифровой стеганографии вышло наиболее востребованное легальное направление — встраивание цифровых водяных знаков (ЦВЗ) (watermarking), являющееся основой для систем защиты авторских прав и DRM (Digital rights management) систем. Методы этого направления настроены на встраивание скрытых маркеров, устойчивых к различным преобразованиям контейнера (атакам).

Полухрупкие и хрупкие ЦВЗ используются в качестве аналоговой ЭЦП, обеспечивая хранение информации о передаваемой подписи и попытках нарушения целостности контейнера (канала передачи данных).

Например, разработки Digimarc в виде плагинов к редактору Adobe Photoshop позволяют встроить в само изображение информацию об авторе. Однако такая метка неустойчива, впрочем как и абсолютное их большинство. Программа Stirmark, разработчиком которой является ученый Fabien Petitcolas, с успехом атакует подобные системы, разрушая стеговложения.

Предполагаемое использование террористами

Пример, показывающий то, как террористы могут использовать аватары для передачи скрытых сообщений. Эта картинка содержит в себе сообщение «Босс сказал, что мы должны взорвать мост в полночь.», зашифрованное с помощью http://mozaiq.org/encrypt с использованием сочетания символов «växjö» в качестве пароля.

Слухи о использовании стеганографии террористами появились с момента публикации в газете USA Today 5 февраля 2001 года двух статей — «Террористы прячут инструкции онлайн»[10] и «Террористические группы прячутся за веб-шифрованием».[11]10 июля 2002 года в той же газете появилась статья «Боевики окутывают веб с помощью ссылок на джихад». В этой статье была опубликована информация о том, что террористы использовали фотографии на сайте eBay для передачи скрытых сообщений.[12] Многие средства массовой информации перепечатывали данные сообщения, особенно после терактов 11 сентября, хотя подтверждения данной информации получено не было. Статьи в USA Today написал иностранный корреспондент Джек Келли, который был уволен в 2004 году после того, как выяснилось, что данная информация была сфабрикована.[13]30 октября 2001 года газета The New York Times опубликовала статью «Замаскированные сообщения террористов могут скрываться в киберпространстве».[14] В статье было высказано предположение о том, что Аль-Каида использовала стеганографию для скрытия сообщений в изображениях, а затем передавала их по электронной почте и Usenet в целях подготовки терактов 11 сентября. В пособии по обучению террориста «Технологичный муджахид, учебное пособие для джихада» присутствует глава, посвященная использованию стеганографии.[15]

Предполагаемое использование спецслужбами

В 2010 году Федеральное бюро расследований выяснило, что Служба внешней разведки Российской Федерации использовала специальное программное обеспечение для скрытия информации в изображениях. Данный способ использовался для связи с агентами без дипломатического прикрытия за рубежом.[16]

Интересные факты

  • В фильме «Гений» главный герой — персонаж Александра Абдулова — обманывает милицию, написав признание симпатическими чернилами.

Ссылки

Программные реализации

  • OpenPuff: Двойная стеганография, Bmp, Jpeg, Png, Tga, Pcx, Aiff, Mp3, Next, Wav, 3gp, Mp4, Mpeg I, MPEG II, Vob, Flv, Pdf, Swf

Статьи

Прочее

См. также

Список использованной литературы

  • Быков С. Ф. Алгоритм сжатия JPEG с позиции компьютерной стеганографии // Защита информации. Конфидент. — СПб.: 2000, № 3.
  • Конахович Г. Ф., Пузыренко А. Ю. Компьютерная стеганография. Теория и практика. — К.: МК-Пресс, 2006. — 288 с, ил. описание
  • Грибунин В. Г., Оков И. Н., Туринцев И. В. Цифровая стеганография. — М.: Солон-Пресс, 2002. — 272 с, ил.

Примечания

  1. Pahati, OJ Confounding Carnivore: How to Protect Your Online Privacy  (англ.). AlterNet (29 November 2001). Архивировано из первоисточника 16 июля 2007. Проверено 2 сентября 2008.
  2. Fabien A. P. Petitcolas, Ross J. Anderson and Markus G. Kuhn. Information Hiding: A Survey (англ.) // Proceedings of the IEEE (special issue). — 1999. — Т. 87. — № 7. — С. 1062–1078. — DOI:10.1109/5.771065
  3. А.В. Бабаш Зарождение криптографии. Материалы к лекции по теме «Криптография в древние времена»  (рус.). — Излагаемый материал входит в двухсеместровый курс «История криптографии», читаемый в ИКСИ Академии ФСБ. Архивировано из первоисточника 20 марта 2012. Проверено 20 марта 2012.
  4. Михаил Попов. Вперед в прошлое. Криптография (рус.) // Мир фантастики. — 2007. — № 50.
  5. Александр Барабаш Cтеганография. Древняя тайнопись в цифровую эпоху  (рус.) (19 февраля 2009). Архивировано из первоисточника 20 марта 2012. Проверено 20 марта 2012.
  6. 1 2 Громов В. И., Энциклопедия безопасности
  7. Вокруг Света | Вопрос-Ответ | Для чего нужны симпатические чернила?
  8. :::::: НОУ ДПО 'Центр предпринимательских рисков' ::::: — Библиотека начальника СБ
  9. Electronic Frontier Foundation DocuColor Tracking Dot Decoding Guide  (англ.). Архивировано из первоисточника 30 мая 2012. Проверено 18 февраля 2012.
  10. Jack Kelley. Terrorist instructions hidden online  (англ.), USA Today (5 February 2001). Проверено 26 февраля 2012.
  11. Jack Kelley. Terror groups hide behind Web encryption  (англ.), USA Today (5 February 2001). Проверено 26 февраля 2012.
  12. Jack Kelley. Militants wire Web with links to jihad  (англ.), USA Today (10 July 2002). Проверено 26 февраля 2012.
  13. Blake Morrison. Ex-USA TODAY reporter faked major stories  (англ.), USA Today (19 March 2004). Проверено 26 февраля 2012.
  14. Gina Kolata. Veiled Messages of Terrorists May Lurk in Cyberspace  (англ.), The New York Times (30 October 2001). Проверено 26 февраля 2012.
  15. Abdul Hameed Bakier The New Issue of Technical Mujahid, a Training Manual for Jihadis  (англ.). Terrorism Monitor Volume: 5 Issue: 6 (30 March 2007).(недоступная ссылка — история) Проверено 18 февраля 2012.
  16. Criminal complaint by Special Agent Ricci against alleged Russian agents. United States Department of Justice. (англ.)

Стеганография - это... Что такое Стеганография?

Стеганогра́фия (от греч. στεγανός — скрытый + γράφω — пишу; буквально «тайнопись») — это наука о скрытой передаче информации путём сохранения в тайне самого факта передачи. Этот термин ввел в 1499 году Иоганн Тритемий в своем трактате «Стеганография» (Steganographia), зашифрованном под магическую книгу.

В отличие от криптографии, которая скрывает содержимое секретного сообщения, стеганография скрывает сам факт его существования. Как правило, сообщение будет выглядеть как что-либо иное, например, как изображение, статья, список покупок, письмо или судоку. Стеганографию обычно используют совместно с методами криптографии, таким образом, дополняя её.

Преимущество стеганографии над чистой криптографией состоит в том, что сообщения не привлекают к себе внимания. Сообщения, факт шифрования которых не скрыт, вызывают подозрение и могут быть сами по себе уличающими в тех странах, в которых запрещена криптография.[1] Таким образом, криптография защищает содержание сообщения, а стеганография защищает сам факт наличия каких-либо скрытых посланий.

История

Первая запись об использовании стеганографии встречается в трактате Геродота «История», относящегося к 440 году до н. э.[2] В трактате были описаны два метода скрытия информации. Демарат отправил предупреждение о предстоящем нападении на Грецию, записав его на деревянную подложку восковой таблички до нанесения воска. Второй способ заключался в следующем: на обритую голову раба записывалось необходимое сообщение, а когда его волосы отрастали, он отправлялся к адресату, который вновь брил его голову и считывал доставленное сообщение.[3]

Существует версия[4], что древние шумеры одними из первых использовали стеганографию, так как было найдено множество глиняных клинописных табличек, в которых одна запись покрывалась слоем глины, а на втором слое писалась другая. Однако противники этой версии считают, что это было вовсе не попыткой скрытия информации, а всего лишь практической потребностью.[5]

Классификация стеганографии

В конце 90-х годов выделилось несколько направлений стеганографии:

  • Классическая стеганография
  • Компьютерная стеганография
  • Цифровая стеганография

Классическая стеганография

Симпатические чернила

Одним из наиболее распространенных методов классической стеганографии является использование симпатических (невидимых) чернил. Текст, записанный такими чернилами, проявляется только при определенных условиях (нагрев, освещение, химический проявитель и т. д.)[6] Изобретенные ещё в I веке н. э. Филоном Александрийским[7], они продолжали использоваться как в средневековье, так и в новейшее время, например, в письмах русских революционеров из тюрем. В советской школьной программе в курсе литературы изучался рассказ о том, как Владимир Ленин писал молоком на бумаге между строк, см. Рассказы о Ленине. Молоко проявлялось при нагреве над пламенем.

Существуют также чернила с химически нестабильным пигментом. Написанное этими чернилами выглядит как написанное обычной ручкой, но через определенное время нестабильный пигмент разлагается, и от текста не остается и следа. Хотя при использовании обычной шариковой ручки текст можно восстановить по деформации бумаги, этот недостаток можно устранить с помощью мягкого пишущего узла, наподобие фломастера.

Другие стеганографические методы

Во время Второй мировой войны активно использовались микроточки — микроскопические фотоснимки, вклеиваемые в текст писем.

Также существует ряд альтернативных методов сокрытия информации:[6]

  • запись на боковой стороне колоды карт, расположенных в условленном порядке;
  • запись внутри варёного яйца;
  • «жаргонные шифры», где слова имеют другое обусловленное значение;
  • трафареты, которые, будучи положенными на текст, оставляют видимыми только значащие буквы;
  • узелки на нитках и т. д.

В настоящее время под стеганографией чаще всего понимают скрытие информации в текстовых, графических либо аудиофайлах путём использования специального программного обеспечения.

Стеганографические модели

Стеганографические модели — используются для общего описания стеганографических систем.

Основные понятия

В 1983 году Симмонс предложил т. н. «проблему заключенных». Её суть состоит в том, что есть человек на свободе (Алиса), в заключении (Боб) и охранник Вилли. Алиса хочет передавать сообщения Бобу без вмешательства охранника. В этой модели сделаны некоторые допущения: предполагается, что перед заключением Алиса и Боб договариваются о кодовом символе, который отделит одну часть текста письма от другой, в которой скрыто сообщение. Вилли же имеет право читать и изменять сообщения. В 1996 году на конференции Information Hiding: First Information Workshop была принята единая терминология:

  • Стеганографическая система (стегосистема) — объединение методов и средств используемых для создания скрытого канала для передачи информации. При построении такой системы условились о том, что: 1) враг представляет работу стеганографической системы. Неизвестным для противника является ключ с помощью которого можно узнать о факте существования и содержания тайного сообщения. 2) При обнаружении противником наличия скрытого сообщения он не должен смочь извлечь сообщение до тех пор пока он не будет владеть ключом. 3) Противник не имеет технических и прочих преимуществ.
  • Сообщение — это термин, используемый для общего названия передаваемой скрытой информации, будь то лист с надписями молоком, голова раба или цифровой файл.
  • Контейнер — так называется любая информация, используемая для сокрытия тайного сообщения. Пустой контейнер — контейнер, не содержащий секретного послания. Заполненный контейнер (стегоконтейнер) — контейнер, содержащий секретное послание.
  • Стеганографический канал (стегоканал) — канал передачи стегоконтейнера.
  • Ключ (стегоключ) — секретный ключ, нужный для сокрытия стегоконтейнера. Ключи в стегосистемах бывают двух типов: секретные и открытые. Если стегосистема использует секретный ключ, то он должен быть создан или до начала обмена сообщениями, или передан по защищённому каналу. Стегосистема, использующая открытый ключ, должна быть устроена таким образом, чтобы было невозможно получить из него закрытый ключ. В этом случае открытый ключ мы можем передавать по незащищённому каналу.

Компьютерная стеганография

Компьютерная стеганография — направление классической стеганографии, основанное на особенностях компьютерной платформы. Примеры — стеганографическая файловая система StegFS для Linux, скрытие данных в неиспользуемых областях форматов файлов, подмена символов в названиях файлов, текстовая стеганография и т. д. Приведём некоторые примеры:

  • Использование зарезервированных полей компьютерных форматов файлов — суть метода состоит в том, что часть поля расширений, не заполненная информацией о расширении, по умолчанию заполняется нулями. Соответственно мы можем использовать эту «нулевую» часть для записи своих данных. Недостатком этого метода является низкая степень скрытности и малый объём передаваемой информации.
  • Метод скрытия информации в неиспользуемых местах гибких дисков — при использовании этого метода информация записывается в неиспользуемые части диска, к примеру, на нулевую дорожку. Недостатки: маленькая производительность, передача небольших по объёму сообщений.
  • Метод использования особых свойств полей форматов, которые не отображаются на экране — этот метод основан на специальных «невидимых» полях для получения сносок, указателей. К примеру, написание чёрным шрифтом на чёрном фоне. Недостатки: маленькая производительность, небольшой объём передаваемой информации.
  • Использование особенностей файловых систем — при хранении на жестком диске файл всегда (не считая некоторых ФС, например, ReiserFS) занимает целое число кластеров (минимальных адресуемых объёмов информации). К примеру, в ранее широко используемой файловой системе FAT32 (использовалась в Windows98/Me/2000) стандартный размер кластера — 4 Кб. Соответственно для хранения 1 Кб информации на диске выделяется 4 Кб информации, из которых 1Кб нужен для хранения сохраняемого файла, а остальные 3 ни на что не используются — соответственно их можно использовать для хранения информации. Недостаток данного метода: лёгкость обнаружения.

Цифровая стеганография

Изображение дерева со скрытым с помощью цифровой стеганографии в нём другим изображением. Изображение спрятано с помощью удаления всех, кроме двух младших битов с каждого цветового компонента и последующей нормализации.

Изображение кота, извлеченное из изображения дерева, расположенного выше

Цифровая стеганография — направление классической стеганографии, основанное на сокрытии или внедрении дополнительной информации в цифровые объекты, вызывая при этом некоторые искажения этих объектов. Но, как правило, данные объекты являются мультимедиа-объектами (изображения, видео, аудио, текстуры 3D-объектов) и внесение искажений, которые находятся ниже порога чувствительности среднестатистического человека, не приводит к заметным изменениям этих объектов. Кроме того, в оцифрованных объектах, изначально имеющих аналоговую природу, всегда присутствует шум квантования; далее, при воспроизведении этих объектов появляется дополнительный аналоговый шум и нелинейные искажения аппаратуры, все это способствует большей незаметности сокрытой информации.

Алгоритмы

Все алгоритмы встраивания скрытой информации можно разделить на несколько подгрупп:

  • Работающие с самим цифровым сигналом. Например, метод LSB.
  • «Впаивание» скрытой информации. В данном случае происходит наложение скрываемого изображения (звука, иногда текста) поверх оригинала. Часто используется для встраивания ЦВЗ.
  • Использование особенностей форматов файлов. Сюда можно отнести запись информации в метаданные или в различные другие не используемые зарезервированные поля файла.

По способу встраивания информации стегоалгоритмы можно разделить на линейные (аддитивные), нелинейные и другие. Алгоритмы аддитивного внедрения информации заключаются в линейной модификации исходного изображения, а её извлечение в декодере производится корелляционными методами. При этом ЦВЗ обычно складывается с изображением-контейнером, либо «вплавляется» (fusion) в него. В нелинейных методах встраивания информации используется скалярное либо векторное квантование. Среди других методов определенный интерес представляют методы, использующие идеи фрактального кодирования изображений. К аддитивным алгоритмам можно отнести:

  • А17 (Cox)
  • А18 (Barni)
  • L18D (Lange)
  • А21 (J. Kim).
  • А25 (С. Podilchuk).
Метод LSB

LSB (Least Significant Bit, наименьший значащий бит) — суть этого метода заключается в замене последних значащих битов в контейнере (изображения, аудио или видеозаписи) на биты скрываемого сообщения. Разница между пустым и заполненным контейнерами должна быть не ощутима для органов восприятия человека.

Суть метода заключается в следующем: Допустим, имеется 8-битное изображение в градациях серого. 00h (00000000b) обозначает чёрный цвет, FFh (11111111b) — белый. Всего имеется 256 градаций (). Также предположим, что сообщение состоит из 1 байта — например, 01101011b. При использовании 2 младших бит в описаниях пикселей, нам потребуется 4 пикселя. Допустим, они чёрного цвета. Тогда пиксели, содержащие скрытое сообщение, будут выглядеть следующим образом: 00000001 00000010 00000010 00000011. Тогда цвет пикселей изменится: первого — на 1/255, второго и третьего — на 2/255 и четвёртого — на 3/255. Такие градации, мало того что незаметны для человека, могут вообще не отобразиться при использовании низкокачественных устройств вывода.

Методы LSB являются неустойчивыми ко всем видам атак и могут быть использованы только при отсутствии шума в канале передачи данных.

Обнаружение LSB-кодированного стего осуществляется по аномальным характеристикам распределения значений диапазона младших битов отсчётов цифрового сигнала.

Все методы LSB являются, как правило, аддитивными (A17, L18D).

Другие методы скрытия информации в графических файлах ориентированы на форматы файлов с потерей, к примеру, JPEG. В отличие от LSB они более устойчивы к геометрическим преобразованиям. Это получается за счёт варьирования в широком диапазоне качества изображения, что приводит к невозможности определения источника изображения.

Эхо-методы

Эхо-методы применяются в цифровой аудиостеганографии и используют неравномерные промежутки между эхо-сигналами для кодирования последовательности значений. При наложении ряда ограничений соблюдается условие незаметности для человеческого восприятия. Эхо характеризуется тремя параметрами: начальной амплитудой, степенью затухания, задержкой. При достижении некоего порога между сигналом и эхом они смешиваются. В этой точке человеческое ухо не может уже отличить эти два сигнала. Наличие этой точки сложно определить, и она зависит от качества исходной записи, слушателя. Чаще всего используется задержка около 1/1000, что вполне приемлемо для большинства записей и слушателей. Для обозначения логического нуля и единицы используется две различных задержки. Они обе должны быть меньше, чем порог чувствительности уха слушателя к получаемому эху.

Эхо-методы устойчивы к амплитудным и частотным атакам, но неустойчивы к атакам по времени.

Фазовое кодирование

Фазовое кодирование (phase coding, фазовое кодирование) — так же применяется в цифровой аудиостеганографии. Происходит замена исходного звукового элемента на относительную фазу, которая и является секретным сообщением. Фаза подряд идущих элементов должна быть добавлена таким образом, чтобы сохранить относительную фазу между исходными элементами. Фазовое кодирование является одним из самых эффективных методов скрытия информации.

Метод расширенного спектра

Метод встраивания сообщения заключается в том, что специальная случайная последовательность встраивается в контейнер, затем, используя согласованный фильтр, данная последовательность детектируется. Данный метод позволяет встраивать большое количество сообщений в контейнер, и они не будут создавать помехи друг другу. Метод заимствован из широкополосной связи.

Атаки на стегосистемы

Под атакой на стегосистему понимается попытка обнаружить, извлечь, изменить скрытое стеганографическое сообщение. Такие атаки называются стегоанализом по аналогии с криптоанализом для криптографии. Способность стеганографической системы противостоять атакам называется стеганографической стойкостью. Наиболее простая атака — субъективная. Внимательно рассматривается изображение, прослушивается звукозапись в попытках найти признаки существования в нём скрытого сообщения. Такая атака имеет успех лишь для совсем незащищенных стегосистем. Обычно это первый этап при вскрытии стегосистемы. Выделяются следующие типы атак.[8]

  • Атака по известному заполненному контейнеру;
  • Атака по известному встроенному сообщению;
  • Атака на основе выбранного скрытого сообщения;
  • Адаптивная атака на основе выбранного скрытого сообщения;
  • Атака на основе выбранного заполненного контейнера;
  • Атака на основе известного пустого контейнера;
  • Атака на основе выбранного пустого контейнера;
  • Атака по известной математической модели контейнера.

Рассмотрим некоторые из них:

Атака по известному заполненному контейнеру — у взломщика имеется одно или несколько стего. В случае нескольких стего считается, что запись скрытой информации проводилось отправителем одинаковым способом. Задача взломщика заключается в обнаружении факта наличия стегоканала, а также доступа к нему или определения ключа. Имея ключ, можно раскрыть другие стегосообщения.

Атака по известной математической модели контейнера — взломщик определяет отличие подозрительного послания от известной ему модели. К примеру, пусть биты внутри отсчета изображения коррелированны. Тогда отсутствие корреляции может служить сигналом о наличии скрытого сообщения. При этом задача внедряющего сообщение состоит в том, чтобы не нарушить статистических закономерностей в контейнере.

Атака на основе известного пустого контейнера — если злоумышленнику известен пустой контейнер, то сравнивая его с предполагаемым стего можно установить наличие стегоканала. Несмотря на кажущуюся простоту метода, существует теоретическое обоснование эффективности этого метода. Особый интерес представляет случай, когда контейнер нам известен с некоторой погрешностью (такое возможно при добавлении к нему шума).

Стеганография и цифровые водяные знаки

Цифровые водяные знаки (ЦВЗ) используются для защиты от копирования, сохранения авторских прав. Невидимые водяные знаки считываются специальным устройством, которое может подтвердить либо опровергнуть корректность. ЦВЗ могут содержать различные данные: авторские права, идентификационный номер, управляющую информацию. Наиболее удобными для защиты с помощью ЦВЗ являются неподвижные изображения, аудио и видео файлы.

Технология записи идентификационных номеров производителей очень похожа на ЦВЗ, но отличие состоит в том, что на каждое изделие записывается свой индивидуальный номер (так называемые «отпечатки пальцев»), по которому можно вычислить дальнейшую судьбу изделия. Невидимое встраивание заголовков иногда используется, к примеру, для подписей медицинских снимков, нанесения пути на карту и т. п. Скорее всего, это единственное направление стеганографии, где нет нарушителя в явном виде.

Основные требования, предъявляемые к водяным знакам: надёжность и устойчивость к искажениям, незаметности, робастности к обработке сигналов (робастность — способность системы к восстановлению после воздействия на неё внешних/внутренних искажений, в том числе умышленных). ЦВЗ имеют небольшой объём, но для выполнения указанных выше требований, при их встраивании используются более сложные методы, чем для встраивания обычных заголовков или сообщений. Такие задачи выполняют специальные стегосистемы.

Перед помещением ЦВЗ в контейнер, водяной знак нужно преобразовать к подходящему виду. К примеру, если в качестве контейнера используется изображение, то и ЦВЗ должны быть представлена как двумерный битовый массив.

Для повышения устойчивости к искажениям часто применяют помехоустойчивое кодирование или используют широкополосные сигналы. Начальную обработку скрытого сообщения делает прекодер. Важная предварительная обработка ЦВЗ — вычисление его обобщенного Фурье-преобразования. Это повышает помехоустойчивость. Первичную обработку часто производят с использованием ключа — для повышения секретности. Потом водяной знак «укладывается» в контейнер (например, путем изменения младших значащих бит). Здесь используются особенности восприятия изображений человеком. Широко известно, что изображения имеют огромную психовизуальную избыточность. Глаза человека подобны низкочастотному фильтру, который пропускает мелкие элементы изображения. Наименее заметны искажения в высокочастотной области изображений. Внедрение ЦВЗ также должно учитывать свойства восприятия человека.

Во многих стегосистемах для записи и считывания ЦВЗ используется ключ. Он может предназначаться для ограниченного круга пользователей или же быть секретным. Например, ключ нужен в DVD-плейерах для возможности прочтения ими содержащихся на дисках ЦВЗ. Как известно, не существует таких стегосистем, в которых бы при считывании водяного знака требовалась другая информация, нежели при его записи. В стегодетекторе происходит обнаружение ЦВЗ в защищённом им файле, который, возможно, мог быть изменён. Эти изменения могут быть связаны с воздействиями ошибок в канале связи, либо преднамеренными помехами. В большинстве моделей стегосистем сигнал-контейнер можно рассмотреть как аддитивный шум. При этом задача обнаружения и считывания стегосообщения уже не представляет сложности, но не учитывает двух факторов: неслучайности сигнала контейнера и запросов по сохранению его качества. Учет этих параметров позволит строить более качественные стегосистемы. Для обнаружения факта существования водяного знака и его считывания используются специальные устройства — стегодетекторы. Для вынесения решения о наличии или отсутствии водяного знака используют, к примеру, расстояние по Хэммингу, взаимокорреляцию между полученным сигналом и его оригиналом. В случае отсутствия исходного сигнала в дело вступают более изощренные статистические методы, которые основаны на построении моделей исследуемого класса сигналов.

Применение стеганографии

В современных принтерах

Стеганография используется в некоторых современных принтерах. При печати на каждую страницу добавляются маленькие точки, содержащие информацию о времени и дате печати, а также серийный номер принтера.[9]

Применение цифровой стеганографии

Из рамок цифровой стеганографии вышло наиболее востребованное легальное направление — встраивание цифровых водяных знаков (ЦВЗ) (watermarking), являющееся основой для систем защиты авторских прав и DRM (Digital rights management) систем. Методы этого направления настроены на встраивание скрытых маркеров, устойчивых к различным преобразованиям контейнера (атакам).

Полухрупкие и хрупкие ЦВЗ используются в качестве аналоговой ЭЦП, обеспечивая хранение информации о передаваемой подписи и попытках нарушения целостности контейнера (канала передачи данных).

Например, разработки Digimarc в виде плагинов к редактору Adobe Photoshop позволяют встроить в само изображение информацию об авторе. Однако такая метка неустойчива, впрочем как и абсолютное их большинство. Программа Stirmark, разработчиком которой является ученый Fabien Petitcolas, с успехом атакует подобные системы, разрушая стеговложения.

Предполагаемое использование террористами

Пример, показывающий то, как террористы могут использовать аватары для передачи скрытых сообщений. Эта картинка содержит в себе сообщение «Босс сказал, что мы должны взорвать мост в полночь.», зашифрованное с помощью http://mozaiq.org/encrypt с использованием сочетания символов «växjö» в качестве пароля.

Слухи о использовании стеганографии террористами появились с момента публикации в газете USA Today 5 февраля 2001 года двух статей — «Террористы прячут инструкции онлайн»[10] и «Террористические группы прячутся за веб-шифрованием».[11]10 июля 2002 года в той же газете появилась статья «Боевики окутывают веб с помощью ссылок на джихад». В этой статье была опубликована информация о том, что террористы использовали фотографии на сайте eBay для передачи скрытых сообщений.[12] Многие средства массовой информации перепечатывали данные сообщения, особенно после терактов 11 сентября, хотя подтверждения данной информации получено не было. Статьи в USA Today написал иностранный корреспондент Джек Келли, который был уволен в 2004 году после того, как выяснилось, что данная информация была сфабрикована.[13]30 октября 2001 года газета The New York Times опубликовала статью «Замаскированные сообщения террористов могут скрываться в киберпространстве».[14] В статье было высказано предположение о том, что Аль-Каида использовала стеганографию для скрытия сообщений в изображениях, а затем передавала их по электронной почте и Usenet в целях подготовки терактов 11 сентября. В пособии по обучению террориста «Технологичный муджахид, учебное пособие для джихада» присутствует глава, посвященная использованию стеганографии.[15]

Предполагаемое использование спецслужбами

В 2010 году Федеральное бюро расследований выяснило, что Служба внешней разведки Российской Федерации использовала специальное программное обеспечение для скрытия информации в изображениях. Данный способ использовался для связи с агентами без дипломатического прикрытия за рубежом.[16]

Интересные факты

  • В фильме «Гений» главный герой — персонаж Александра Абдулова — обманывает милицию, написав признание симпатическими чернилами.

Ссылки

Программные реализации

  • OpenPuff: Двойная стеганография, Bmp, Jpeg, Png, Tga, Pcx, Aiff, Mp3, Next, Wav, 3gp, Mp4, Mpeg I, MPEG II, Vob, Flv, Pdf, Swf

Статьи

Прочее

См. также

Список использованной литературы

  • Быков С. Ф. Алгоритм сжатия JPEG с позиции компьютерной стеганографии // Защита информации. Конфидент. — СПб.: 2000, № 3.
  • Конахович Г. Ф., Пузыренко А. Ю. Компьютерная стеганография. Теория и практика. — К.: МК-Пресс, 2006. — 288 с, ил. описание
  • Грибунин В. Г., Оков И. Н., Туринцев И. В. Цифровая стеганография. — М.: Солон-Пресс, 2002. — 272 с, ил.

Примечания

  1. Pahati, OJ Confounding Carnivore: How to Protect Your Online Privacy  (англ.). AlterNet (29 November 2001). Архивировано из первоисточника 16 июля 2007. Проверено 2 сентября 2008.
  2. Fabien A. P. Petitcolas, Ross J. Anderson and Markus G. Kuhn. Information Hiding: A Survey (англ.) // Proceedings of the IEEE (special issue). — 1999. — Т. 87. — № 7. — С. 1062–1078. — DOI:10.1109/5.771065
  3. А.В. Бабаш Зарождение криптографии. Материалы к лекции по теме «Криптография в древние времена»  (рус.). — Излагаемый материал входит в двухсеместровый курс «История криптографии», читаемый в ИКСИ Академии ФСБ. Архивировано из первоисточника 20 марта 2012. Проверено 20 марта 2012.
  4. Михаил Попов. Вперед в прошлое. Криптография (рус.) // Мир фантастики. — 2007. — № 50.
  5. Александр Барабаш Cтеганография. Древняя тайнопись в цифровую эпоху  (рус.) (19 февраля 2009). Архивировано из первоисточника 20 марта 2012. Проверено 20 марта 2012.
  6. 1 2 Громов В. И., Энциклопедия безопасности
  7. Вокруг Света | Вопрос-Ответ | Для чего нужны симпатические чернила?
  8. :::::: НОУ ДПО 'Центр предпринимательских рисков' ::::: — Библиотека начальника СБ
  9. Electronic Frontier Foundation DocuColor Tracking Dot Decoding Guide  (англ.). Архивировано из первоисточника 30 мая 2012. Проверено 18 февраля 2012.
  10. Jack Kelley. Terrorist instructions hidden online  (англ.), USA Today (5 February 2001). Проверено 26 февраля 2012.
  11. Jack Kelley. Terror groups hide behind Web encryption  (англ.), USA Today (5 February 2001). Проверено 26 февраля 2012.
  12. Jack Kelley. Militants wire Web with links to jihad  (англ.), USA Today (10 July 2002). Проверено 26 февраля 2012.
  13. Blake Morrison. Ex-USA TODAY reporter faked major stories  (англ.), USA Today (19 March 2004). Проверено 26 февраля 2012.
  14. Gina Kolata. Veiled Messages of Terrorists May Lurk in Cyberspace  (англ.), The New York Times (30 October 2001). Проверено 26 февраля 2012.
  15. Abdul Hameed Bakier The New Issue of Technical Mujahid, a Training Manual for Jihadis  (англ.). Terrorism Monitor Volume: 5 Issue: 6 (30 March 2007).(недоступная ссылка — история) Проверено 18 февраля 2012.
  16. Criminal complaint by Special Agent Ricci against alleged Russian agents. United States Department of Justice. (англ.)

Стеганография - это... Что такое Стеганография?

Стеганогра́фия (от греч. στεγανός — скрытый + γράφω — пишу; буквально «тайнопись») — это наука о скрытой передаче информации путём сохранения в тайне самого факта передачи. Этот термин ввел в 1499 году Иоганн Тритемий в своем трактате «Стеганография» (Steganographia), зашифрованном под магическую книгу.

В отличие от криптографии, которая скрывает содержимое секретного сообщения, стеганография скрывает сам факт его существования. Как правило, сообщение будет выглядеть как что-либо иное, например, как изображение, статья, список покупок, письмо или судоку. Стеганографию обычно используют совместно с методами криптографии, таким образом, дополняя её.

Преимущество стеганографии над чистой криптографией состоит в том, что сообщения не привлекают к себе внимания. Сообщения, факт шифрования которых не скрыт, вызывают подозрение и могут быть сами по себе уличающими в тех странах, в которых запрещена криптография.[1] Таким образом, криптография защищает содержание сообщения, а стеганография защищает сам факт наличия каких-либо скрытых посланий.

История

Первая запись об использовании стеганографии встречается в трактате Геродота «История», относящегося к 440 году до н. э.[2] В трактате были описаны два метода скрытия информации. Демарат отправил предупреждение о предстоящем нападении на Грецию, записав его на деревянную подложку восковой таблички до нанесения воска. Второй способ заключался в следующем: на обритую голову раба записывалось необходимое сообщение, а когда его волосы отрастали, он отправлялся к адресату, который вновь брил его голову и считывал доставленное сообщение.[3]

Существует версия[4], что древние шумеры одними из первых использовали стеганографию, так как было найдено множество глиняных клинописных табличек, в которых одна запись покрывалась слоем глины, а на втором слое писалась другая. Однако противники этой версии считают, что это было вовсе не попыткой скрытия информации, а всего лишь практической потребностью.[5]

Классификация стеганографии

В конце 90-х годов выделилось несколько направлений стеганографии:

  • Классическая стеганография
  • Компьютерная стеганография
  • Цифровая стеганография

Классическая стеганография

Симпатические чернила

Одним из наиболее распространенных методов классической стеганографии является использование симпатических (невидимых) чернил. Текст, записанный такими чернилами, проявляется только при определенных условиях (нагрев, освещение, химический проявитель и т. д.)[6] Изобретенные ещё в I веке н. э. Филоном Александрийским[7], они продолжали использоваться как в средневековье, так и в новейшее время, например, в письмах русских революционеров из тюрем. В советской школьной программе в курсе литературы изучался рассказ о том, как Владимир Ленин писал молоком на бумаге между строк, см. Рассказы о Ленине. Молоко проявлялось при нагреве над пламенем.

Существуют также чернила с химически нестабильным пигментом. Написанное этими чернилами выглядит как написанное обычной ручкой, но через определенное время нестабильный пигмент разлагается, и от текста не остается и следа. Хотя при использовании обычной шариковой ручки текст можно восстановить по деформации бумаги, этот недостаток можно устранить с помощью мягкого пишущего узла, наподобие фломастера.

Другие стеганографические методы

Во время Второй мировой войны активно использовались микроточки — микроскопические фотоснимки, вклеиваемые в текст писем.

Также существует ряд альтернативных методов сокрытия информации:[6]

  • запись на боковой стороне колоды карт, расположенных в условленном порядке;
  • запись внутри варёного яйца;
  • «жаргонные шифры», где слова имеют другое обусловленное значение;
  • трафареты, которые, будучи положенными на текст, оставляют видимыми только значащие буквы;
  • узелки на нитках и т. д.

В настоящее время под стеганографией чаще всего понимают скрытие информации в текстовых, графических либо аудиофайлах путём использования специального программного обеспечения.

Стеганографические модели

Стеганографические модели — используются для общего описания стеганографических систем.

Основные понятия

В 1983 году Симмонс предложил т. н. «проблему заключенных». Её суть состоит в том, что есть человек на свободе (Алиса), в заключении (Боб) и охранник Вилли. Алиса хочет передавать сообщения Бобу без вмешательства охранника. В этой модели сделаны некоторые допущения: предполагается, что перед заключением Алиса и Боб договариваются о кодовом символе, который отделит одну часть текста письма от другой, в которой скрыто сообщение. Вилли же имеет право читать и изменять сообщения. В 1996 году на конференции Information Hiding: First Information Workshop была принята единая терминология:

  • Стеганографическая система (стегосистема) — объединение методов и средств используемых для создания скрытого канала для передачи информации. При построении такой системы условились о том, что: 1) враг представляет работу стеганографической системы. Неизвестным для противника является ключ с помощью которого можно узнать о факте существования и содержания тайного сообщения. 2) При обнаружении противником наличия скрытого сообщения он не должен смочь извлечь сообщение до тех пор пока он не будет владеть ключом. 3) Противник не имеет технических и прочих преимуществ.
  • Сообщение — это термин, используемый для общего названия передаваемой скрытой информации, будь то лист с надписями молоком, голова раба или цифровой файл.
  • Контейнер — так называется любая информация, используемая для сокрытия тайного сообщения. Пустой контейнер — контейнер, не содержащий секретного послания. Заполненный контейнер (стегоконтейнер) — контейнер, содержащий секретное послание.
  • Стеганографический канал (стегоканал) — канал передачи стегоконтейнера.
  • Ключ (стегоключ) — секретный ключ, нужный для сокрытия стегоконтейнера. Ключи в стегосистемах бывают двух типов: секретные и открытые. Если стегосистема использует секретный ключ, то он должен быть создан или до начала обмена сообщениями, или передан по защищённому каналу. Стегосистема, использующая открытый ключ, должна быть устроена таким образом, чтобы было невозможно получить из него закрытый ключ. В этом случае открытый ключ мы можем передавать по незащищённому каналу.

Компьютерная стеганография

Компьютерная стеганография — направление классической стеганографии, основанное на особенностях компьютерной платформы. Примеры — стеганографическая файловая система StegFS для Linux, скрытие данных в неиспользуемых областях форматов файлов, подмена символов в названиях файлов, текстовая стеганография и т. д. Приведём некоторые примеры:

  • Использование зарезервированных полей компьютерных форматов файлов — суть метода состоит в том, что часть поля расширений, не заполненная информацией о расширении, по умолчанию заполняется нулями. Соответственно мы можем использовать эту «нулевую» часть для записи своих данных. Недостатком этого метода является низкая степень скрытности и малый объём передаваемой информации.
  • Метод скрытия информации в неиспользуемых местах гибких дисков — при использовании этого метода информация записывается в неиспользуемые части диска, к примеру, на нулевую дорожку. Недостатки: маленькая производительность, передача небольших по объёму сообщений.
  • Метод использования особых свойств полей форматов, которые не отображаются на экране — этот метод основан на специальных «невидимых» полях для получения сносок, указателей. К примеру, написание чёрным шрифтом на чёрном фоне. Недостатки: маленькая производительность, небольшой объём передаваемой информации.
  • Использование особенностей файловых систем — при хранении на жестком диске файл всегда (не считая некоторых ФС, например, ReiserFS) занимает целое число кластеров (минимальных адресуемых объёмов информации). К примеру, в ранее широко используемой файловой системе FAT32 (использовалась в Windows98/Me/2000) стандартный размер кластера — 4 Кб. Соответственно для хранения 1 Кб информации на диске выделяется 4 Кб информации, из которых 1Кб нужен для хранения сохраняемого файла, а остальные 3 ни на что не используются — соответственно их можно использовать для хранения информации. Недостаток данного метода: лёгкость обнаружения.

Цифровая стеганография

Изображение дерева со скрытым с помощью цифровой стеганографии в нём другим изображением. Изображение спрятано с помощью удаления всех, кроме двух младших битов с каждого цветового компонента и последующей нормализации.

Изображение кота, извлеченное из изображения дерева, расположенного выше

Цифровая стеганография — направление классической стеганографии, основанное на сокрытии или внедрении дополнительной информации в цифровые объекты, вызывая при этом некоторые искажения этих объектов. Но, как правило, данные объекты являются мультимедиа-объектами (изображения, видео, аудио, текстуры 3D-объектов) и внесение искажений, которые находятся ниже порога чувствительности среднестатистического человека, не приводит к заметным изменениям этих объектов. Кроме того, в оцифрованных объектах, изначально имеющих аналоговую природу, всегда присутствует шум квантования; далее, при воспроизведении этих объектов появляется дополнительный аналоговый шум и нелинейные искажения аппаратуры, все это способствует большей незаметности сокрытой информации.

Алгоритмы

Все алгоритмы встраивания скрытой информации можно разделить на несколько подгрупп:

  • Работающие с самим цифровым сигналом. Например, метод LSB.
  • «Впаивание» скрытой информации. В данном случае происходит наложение скрываемого изображения (звука, иногда текста) поверх оригинала. Часто используется для встраивания ЦВЗ.
  • Использование особенностей форматов файлов. Сюда можно отнести запись информации в метаданные или в различные другие не используемые зарезервированные поля файла.

По способу встраивания информации стегоалгоритмы можно разделить на линейные (аддитивные), нелинейные и другие. Алгоритмы аддитивного внедрения информации заключаются в линейной модификации исходного изображения, а её извлечение в декодере производится корелляционными методами. При этом ЦВЗ обычно складывается с изображением-контейнером, либо «вплавляется» (fusion) в него. В нелинейных методах встраивания информации используется скалярное либо векторное квантование. Среди других методов определенный интерес представляют методы, использующие идеи фрактального кодирования изображений. К аддитивным алгоритмам можно отнести:

  • А17 (Cox)
  • А18 (Barni)
  • L18D (Lange)
  • А21 (J. Kim).
  • А25 (С. Podilchuk).
Метод LSB

LSB (Least Significant Bit, наименьший значащий бит) — суть этого метода заключается в замене последних значащих битов в контейнере (изображения, аудио или видеозаписи) на биты скрываемого сообщения. Разница между пустым и заполненным контейнерами должна быть не ощутима для органов восприятия человека.

Суть метода заключается в следующем: Допустим, имеется 8-битное изображение в градациях серого. 00h (00000000b) обозначает чёрный цвет, FFh (11111111b) — белый. Всего имеется 256 градаций (). Также предположим, что сообщение состоит из 1 байта — например, 01101011b. При использовании 2 младших бит в описаниях пикселей, нам потребуется 4 пикселя. Допустим, они чёрного цвета. Тогда пиксели, содержащие скрытое сообщение, будут выглядеть следующим образом: 00000001 00000010 00000010 00000011. Тогда цвет пикселей изменится: первого — на 1/255, второго и третьего — на 2/255 и четвёртого — на 3/255. Такие градации, мало того что незаметны для человека, могут вообще не отобразиться при использовании низкокачественных устройств вывода.

Методы LSB являются неустойчивыми ко всем видам атак и могут быть использованы только при отсутствии шума в канале передачи данных.

Обнаружение LSB-кодированного стего осуществляется по аномальным характеристикам распределения значений диапазона младших битов отсчётов цифрового сигнала.

Все методы LSB являются, как правило, аддитивными (A17, L18D).

Другие методы скрытия информации в графических файлах ориентированы на форматы файлов с потерей, к примеру, JPEG. В отличие от LSB они более устойчивы к геометрическим преобразованиям. Это получается за счёт варьирования в широком диапазоне качества изображения, что приводит к невозможности определения источника изображения.

Эхо-методы

Эхо-методы применяются в цифровой аудиостеганографии и используют неравномерные промежутки между эхо-сигналами для кодирования последовательности значений. При наложении ряда ограничений соблюдается условие незаметности для человеческого восприятия. Эхо характеризуется тремя параметрами: начальной амплитудой, степенью затухания, задержкой. При достижении некоего порога между сигналом и эхом они смешиваются. В этой точке человеческое ухо не может уже отличить эти два сигнала. Наличие этой точки сложно определить, и она зависит от качества исходной записи, слушателя. Чаще всего используется задержка около 1/1000, что вполне приемлемо для большинства записей и слушателей. Для обозначения логического нуля и единицы используется две различных задержки. Они обе должны быть меньше, чем порог чувствительности уха слушателя к получаемому эху.

Эхо-методы устойчивы к амплитудным и частотным атакам, но неустойчивы к атакам по времени.

Фазовое кодирование

Фазовое кодирование (phase coding, фазовое кодирование) — так же применяется в цифровой аудиостеганографии. Происходит замена исходного звукового элемента на относительную фазу, которая и является секретным сообщением. Фаза подряд идущих элементов должна быть добавлена таким образом, чтобы сохранить относительную фазу между исходными элементами. Фазовое кодирование является одним из самых эффективных методов скрытия информации.

Метод расширенного спектра

Метод встраивания сообщения заключается в том, что специальная случайная последовательность встраивается в контейнер, затем, используя согласованный фильтр, данная последовательность детектируется. Данный метод позволяет встраивать большое количество сообщений в контейнер, и они не будут создавать помехи друг другу. Метод заимствован из широкополосной связи.

Атаки на стегосистемы

Под атакой на стегосистему понимается попытка обнаружить, извлечь, изменить скрытое стеганографическое сообщение. Такие атаки называются стегоанализом по аналогии с криптоанализом для криптографии. Способность стеганографической системы противостоять атакам называется стеганографической стойкостью. Наиболее простая атака — субъективная. Внимательно рассматривается изображение, прослушивается звукозапись в попытках найти признаки существования в нём скрытого сообщения. Такая атака имеет успех лишь для совсем незащищенных стегосистем. Обычно это первый этап при вскрытии стегосистемы. Выделяются следующие типы атак.[8]

  • Атака по известному заполненному контейнеру;
  • Атака по известному встроенному сообщению;
  • Атака на основе выбранного скрытого сообщения;
  • Адаптивная атака на основе выбранного скрытого сообщения;
  • Атака на основе выбранного заполненного контейнера;
  • Атака на основе известного пустого контейнера;
  • Атака на основе выбранного пустого контейнера;
  • Атака по известной математической модели контейнера.

Рассмотрим некоторые из них:

Атака по известному заполненному контейнеру — у взломщика имеется одно или несколько стего. В случае нескольких стего считается, что запись скрытой информации проводилось отправителем одинаковым способом. Задача взломщика заключается в обнаружении факта наличия стегоканала, а также доступа к нему или определения ключа. Имея ключ, можно раскрыть другие стегосообщения.

Атака по известной математической модели контейнера — взломщик определяет отличие подозрительного послания от известной ему модели. К примеру, пусть биты внутри отсчета изображения коррелированны. Тогда отсутствие корреляции может служить сигналом о наличии скрытого сообщения. При этом задача внедряющего сообщение состоит в том, чтобы не нарушить статистических закономерностей в контейнере.

Атака на основе известного пустого контейнера — если злоумышленнику известен пустой контейнер, то сравнивая его с предполагаемым стего можно установить наличие стегоканала. Несмотря на кажущуюся простоту метода, существует теоретическое обоснование эффективности этого метода. Особый интерес представляет случай, когда контейнер нам известен с некоторой погрешностью (такое возможно при добавлении к нему шума).

Стеганография и цифровые водяные знаки

Цифровые водяные знаки (ЦВЗ) используются для защиты от копирования, сохранения авторских прав. Невидимые водяные знаки считываются специальным устройством, которое может подтвердить либо опровергнуть корректность. ЦВЗ могут содержать различные данные: авторские права, идентификационный номер, управляющую информацию. Наиболее удобными для защиты с помощью ЦВЗ являются неподвижные изображения, аудио и видео файлы.

Технология записи идентификационных номеров производителей очень похожа на ЦВЗ, но отличие состоит в том, что на каждое изделие записывается свой индивидуальный номер (так называемые «отпечатки пальцев»), по которому можно вычислить дальнейшую судьбу изделия. Невидимое встраивание заголовков иногда используется, к примеру, для подписей медицинских снимков, нанесения пути на карту и т. п. Скорее всего, это единственное направление стеганографии, где нет нарушителя в явном виде.

Основные требования, предъявляемые к водяным знакам: надёжность и устойчивость к искажениям, незаметности, робастности к обработке сигналов (робастность — способность системы к восстановлению после воздействия на неё внешних/внутренних искажений, в том числе умышленных). ЦВЗ имеют небольшой объём, но для выполнения указанных выше требований, при их встраивании используются более сложные методы, чем для встраивания обычных заголовков или сообщений. Такие задачи выполняют специальные стегосистемы.

Перед помещением ЦВЗ в контейнер, водяной знак нужно преобразовать к подходящему виду. К примеру, если в качестве контейнера используется изображение, то и ЦВЗ должны быть представлена как двумерный битовый массив.

Для повышения устойчивости к искажениям часто применяют помехоустойчивое кодирование или используют широкополосные сигналы. Начальную обработку скрытого сообщения делает прекодер. Важная предварительная обработка ЦВЗ — вычисление его обобщенного Фурье-преобразования. Это повышает помехоустойчивость. Первичную обработку часто производят с использованием ключа — для повышения секретности. Потом водяной знак «укладывается» в контейнер (например, путем изменения младших значащих бит). Здесь используются особенности восприятия изображений человеком. Широко известно, что изображения имеют огромную психовизуальную избыточность. Глаза человека подобны низкочастотному фильтру, который пропускает мелкие элементы изображения. Наименее заметны искажения в высокочастотной области изображений. Внедрение ЦВЗ также должно учитывать свойства восприятия человека.

Во многих стегосистемах для записи и считывания ЦВЗ используется ключ. Он может предназначаться для ограниченного круга пользователей или же быть секретным. Например, ключ нужен в DVD-плейерах для возможности прочтения ими содержащихся на дисках ЦВЗ. Как известно, не существует таких стегосистем, в которых бы при считывании водяного знака требовалась другая информация, нежели при его записи. В стегодетекторе происходит обнаружение ЦВЗ в защищённом им файле, который, возможно, мог быть изменён. Эти изменения могут быть связаны с воздействиями ошибок в канале связи, либо преднамеренными помехами. В большинстве моделей стегосистем сигнал-контейнер можно рассмотреть как аддитивный шум. При этом задача обнаружения и считывания стегосообщения уже не представляет сложности, но не учитывает двух факторов: неслучайности сигнала контейнера и запросов по сохранению его качества. Учет этих параметров позволит строить более качественные стегосистемы. Для обнаружения факта существования водяного знака и его считывания используются специальные устройства — стегодетекторы. Для вынесения решения о наличии или отсутствии водяного знака используют, к примеру, расстояние по Хэммингу, взаимокорреляцию между полученным сигналом и его оригиналом. В случае отсутствия исходного сигнала в дело вступают более изощренные статистические методы, которые основаны на построении моделей исследуемого класса сигналов.

Применение стеганографии

В современных принтерах

Стеганография используется в некоторых современных принтерах. При печати на каждую страницу добавляются маленькие точки, содержащие информацию о времени и дате печати, а также серийный номер принтера.[9]

Применение цифровой стеганографии

Из рамок цифровой стеганографии вышло наиболее востребованное легальное направление — встраивание цифровых водяных знаков (ЦВЗ) (watermarking), являющееся основой для систем защиты авторских прав и DRM (Digital rights management) систем. Методы этого направления настроены на встраивание скрытых маркеров, устойчивых к различным преобразованиям контейнера (атакам).

Полухрупкие и хрупкие ЦВЗ используются в качестве аналоговой ЭЦП, обеспечивая хранение информации о передаваемой подписи и попытках нарушения целостности контейнера (канала передачи данных).

Например, разработки Digimarc в виде плагинов к редактору Adobe Photoshop позволяют встроить в само изображение информацию об авторе. Однако такая метка неустойчива, впрочем как и абсолютное их большинство. Программа Stirmark, разработчиком которой является ученый Fabien Petitcolas, с успехом атакует подобные системы, разрушая стеговложения.

Предполагаемое использование террористами

Пример, показывающий то, как террористы могут использовать аватары для передачи скрытых сообщений. Эта картинка содержит в себе сообщение «Босс сказал, что мы должны взорвать мост в полночь.», зашифрованное с помощью http://mozaiq.org/encrypt с использованием сочетания символов «växjö» в качестве пароля.

Слухи о использовании стеганографии террористами появились с момента публикации в газете USA Today 5 февраля 2001 года двух статей — «Террористы прячут инструкции онлайн»[10] и «Террористические группы прячутся за веб-шифрованием».[11]10 июля 2002 года в той же газете появилась статья «Боевики окутывают веб с помощью ссылок на джихад». В этой статье была опубликована информация о том, что террористы использовали фотографии на сайте eBay для передачи скрытых сообщений.[12] Многие средства массовой информации перепечатывали данные сообщения, особенно после терактов 11 сентября, хотя подтверждения данной информации получено не было. Статьи в USA Today написал иностранный корреспондент Джек Келли, который был уволен в 2004 году после того, как выяснилось, что данная информация была сфабрикована.[13]30 октября 2001 года газета The New York Times опубликовала статью «Замаскированные сообщения террористов могут скрываться в киберпространстве».[14] В статье было высказано предположение о том, что Аль-Каида использовала стеганографию для скрытия сообщений в изображениях, а затем передавала их по электронной почте и Usenet в целях подготовки терактов 11 сентября. В пособии по обучению террориста «Технологичный муджахид, учебное пособие для джихада» присутствует глава, посвященная использованию стеганографии.[15]

Предполагаемое использование спецслужбами

В 2010 году Федеральное бюро расследований выяснило, что Служба внешней разведки Российской Федерации использовала специальное программное обеспечение для скрытия информации в изображениях. Данный способ использовался для связи с агентами без дипломатического прикрытия за рубежом.[16]

Интересные факты

  • В фильме «Гений» главный герой — персонаж Александра Абдулова — обманывает милицию, написав признание симпатическими чернилами.

Ссылки

Программные реализации

  • OpenPuff: Двойная стеганография, Bmp, Jpeg, Png, Tga, Pcx, Aiff, Mp3, Next, Wav, 3gp, Mp4, Mpeg I, MPEG II, Vob, Flv, Pdf, Swf

Статьи

Прочее

См. также

Список использованной литературы

  • Быков С. Ф. Алгоритм сжатия JPEG с позиции компьютерной стеганографии // Защита информации. Конфидент. — СПб.: 2000, № 3.
  • Конахович Г. Ф., Пузыренко А. Ю. Компьютерная стеганография. Теория и практика. — К.: МК-Пресс, 2006. — 288 с, ил. описание
  • Грибунин В. Г., Оков И. Н., Туринцев И. В. Цифровая стеганография. — М.: Солон-Пресс, 2002. — 272 с, ил.

Примечания

  1. Pahati, OJ Confounding Carnivore: How to Protect Your Online Privacy  (англ.). AlterNet (29 November 2001). Архивировано из первоисточника 16 июля 2007. Проверено 2 сентября 2008.
  2. Fabien A. P. Petitcolas, Ross J. Anderson and Markus G. Kuhn. Information Hiding: A Survey (англ.) // Proceedings of the IEEE (special issue). — 1999. — Т. 87. — № 7. — С. 1062–1078. — DOI:10.1109/5.771065
  3. А.В. Бабаш Зарождение криптографии. Материалы к лекции по теме «Криптография в древние времена»  (рус.). — Излагаемый материал входит в двухсеместровый курс «История криптографии», читаемый в ИКСИ Академии ФСБ. Архивировано из первоисточника 20 марта 2012. Проверено 20 марта 2012.
  4. Михаил Попов. Вперед в прошлое. Криптография (рус.) // Мир фантастики. — 2007. — № 50.
  5. Александр Барабаш Cтеганография. Древняя тайнопись в цифровую эпоху  (рус.) (19 февраля 2009). Архивировано из первоисточника 20 марта 2012. Проверено 20 марта 2012.
  6. 1 2 Громов В. И., Энциклопедия безопасности
  7. Вокруг Света | Вопрос-Ответ | Для чего нужны симпатические чернила?
  8. :::::: НОУ ДПО 'Центр предпринимательских рисков' ::::: — Библиотека начальника СБ
  9. Electronic Frontier Foundation DocuColor Tracking Dot Decoding Guide  (англ.). Архивировано из первоисточника 30 мая 2012. Проверено 18 февраля 2012.
  10. Jack Kelley. Terrorist instructions hidden online  (англ.), USA Today (5 February 2001). Проверено 26 февраля 2012.
  11. Jack Kelley. Terror groups hide behind Web encryption  (англ.), USA Today (5 February 2001). Проверено 26 февраля 2012.
  12. Jack Kelley. Militants wire Web with links to jihad  (англ.), USA Today (10 July 2002). Проверено 26 февраля 2012.
  13. Blake Morrison. Ex-USA TODAY reporter faked major stories  (англ.), USA Today (19 March 2004). Проверено 26 февраля 2012.
  14. Gina Kolata. Veiled Messages of Terrorists May Lurk in Cyberspace  (англ.), The New York Times (30 October 2001). Проверено 26 февраля 2012.
  15. Abdul Hameed Bakier The New Issue of Technical Mujahid, a Training Manual for Jihadis  (англ.). Terrorism Monitor Volume: 5 Issue: 6 (30 March 2007).(недоступная ссылка — история) Проверено 18 февраля 2012.
  16. Criminal complaint by Special Agent Ricci against alleged Russian agents. United States Department of Justice. (англ.)

Стеганография - это... Что такое Стеганография?

Стеганогра́фия (от греч. στεγανός — скрытый + γράφω — пишу; буквально «тайнопись») — это наука о скрытой передаче информации путём сохранения в тайне самого факта передачи. Этот термин ввел в 1499 году Иоганн Тритемий в своем трактате «Стеганография» (Steganographia), зашифрованном под магическую книгу.

В отличие от криптографии, которая скрывает содержимое секретного сообщения, стеганография скрывает сам факт его существования. Как правило, сообщение будет выглядеть как что-либо иное, например, как изображение, статья, список покупок, письмо или судоку. Стеганографию обычно используют совместно с методами криптографии, таким образом, дополняя её.

Преимущество стеганографии над чистой криптографией состоит в том, что сообщения не привлекают к себе внимания. Сообщения, факт шифрования которых не скрыт, вызывают подозрение и могут быть сами по себе уличающими в тех странах, в которых запрещена криптография.[1] Таким образом, криптография защищает содержание сообщения, а стеганография защищает сам факт наличия каких-либо скрытых посланий.

История

Первая запись об использовании стеганографии встречается в трактате Геродота «История», относящегося к 440 году до н. э.[2] В трактате были описаны два метода скрытия информации. Демарат отправил предупреждение о предстоящем нападении на Грецию, записав его на деревянную подложку восковой таблички до нанесения воска. Второй способ заключался в следующем: на обритую голову раба записывалось необходимое сообщение, а когда его волосы отрастали, он отправлялся к адресату, который вновь брил его голову и считывал доставленное сообщение.[3]

Существует версия[4], что древние шумеры одними из первых использовали стеганографию, так как было найдено множество глиняных клинописных табличек, в которых одна запись покрывалась слоем глины, а на втором слое писалась другая. Однако противники этой версии считают, что это было вовсе не попыткой скрытия информации, а всего лишь практической потребностью.[5]

Классификация стеганографии

В конце 90-х годов выделилось несколько направлений стеганографии:

  • Классическая стеганография
  • Компьютерная стеганография
  • Цифровая стеганография

Классическая стеганография

Симпатические чернила

Одним из наиболее распространенных методов классической стеганографии является использование симпатических (невидимых) чернил. Текст, записанный такими чернилами, проявляется только при определенных условиях (нагрев, освещение, химический проявитель и т. д.)[6] Изобретенные ещё в I веке н. э. Филоном Александрийским[7], они продолжали использоваться как в средневековье, так и в новейшее время, например, в письмах русских революционеров из тюрем. В советской школьной программе в курсе литературы изучался рассказ о том, как Владимир Ленин писал молоком на бумаге между строк, см. Рассказы о Ленине. Молоко проявлялось при нагреве над пламенем.

Существуют также чернила с химически нестабильным пигментом. Написанное этими чернилами выглядит как написанное обычной ручкой, но через определенное время нестабильный пигмент разлагается, и от текста не остается и следа. Хотя при использовании обычной шариковой ручки текст можно восстановить по деформации бумаги, этот недостаток можно устранить с помощью мягкого пишущего узла, наподобие фломастера.

Другие стеганографические методы

Во время Второй мировой войны активно использовались микроточки — микроскопические фотоснимки, вклеиваемые в текст писем.

Также существует ряд альтернативных методов сокрытия информации:[6]

  • запись на боковой стороне колоды карт, расположенных в условленном порядке;
  • запись внутри варёного яйца;
  • «жаргонные шифры», где слова имеют другое обусловленное значение;
  • трафареты, которые, будучи положенными на текст, оставляют видимыми только значащие буквы;
  • узелки на нитках и т. д.

В настоящее время под стеганографией чаще всего понимают скрытие информации в текстовых, графических либо аудиофайлах путём использования специального программного обеспечения.

Стеганографические модели

Стеганографические модели — используются для общего описания стеганографических систем.

Основные понятия

В 1983 году Симмонс предложил т. н. «проблему заключенных». Её суть состоит в том, что есть человек на свободе (Алиса), в заключении (Боб) и охранник Вилли. Алиса хочет передавать сообщения Бобу без вмешательства охранника. В этой модели сделаны некоторые допущения: предполагается, что перед заключением Алиса и Боб договариваются о кодовом символе, который отделит одну часть текста письма от другой, в которой скрыто сообщение. Вилли же имеет право читать и изменять сообщения. В 1996 году на конференции Information Hiding: First Information Workshop была принята единая терминология:

  • Стеганографическая система (стегосистема) — объединение методов и средств используемых для создания скрытого канала для передачи информации. При построении такой системы условились о том, что: 1) враг представляет работу стеганографической системы. Неизвестным для противника является ключ с помощью которого можно узнать о факте существования и содержания тайного сообщения. 2) При обнаружении противником наличия скрытого сообщения он не должен смочь извлечь сообщение до тех пор пока он не будет владеть ключом. 3) Противник не имеет технических и прочих преимуществ.
  • Сообщение — это термин, используемый для общего названия передаваемой скрытой информации, будь то лист с надписями молоком, голова раба или цифровой файл.
  • Контейнер — так называется любая информация, используемая для сокрытия тайного сообщения. Пустой контейнер — контейнер, не содержащий секретного послания. Заполненный контейнер (стегоконтейнер) — контейнер, содержащий секретное послание.
  • Стеганографический канал (стегоканал) — канал передачи стегоконтейнера.
  • Ключ (стегоключ) — секретный ключ, нужный для сокрытия стегоконтейнера. Ключи в стегосистемах бывают двух типов: секретные и открытые. Если стегосистема использует секретный ключ, то он должен быть создан или до начала обмена сообщениями, или передан по защищённому каналу. Стегосистема, использующая открытый ключ, должна быть устроена таким образом, чтобы было невозможно получить из него закрытый ключ. В этом случае открытый ключ мы можем передавать по незащищённому каналу.

Компьютерная стеганография

Компьютерная стеганография — направление классической стеганографии, основанное на особенностях компьютерной платформы. Примеры — стеганографическая файловая система StegFS для Linux, скрытие данных в неиспользуемых областях форматов файлов, подмена символов в названиях файлов, текстовая стеганография и т. д. Приведём некоторые примеры:

  • Использование зарезервированных полей компьютерных форматов файлов — суть метода состоит в том, что часть поля расширений, не заполненная информацией о расширении, по умолчанию заполняется нулями. Соответственно мы можем использовать эту «нулевую» часть для записи своих данных. Недостатком этого метода является низкая степень скрытности и малый объём передаваемой информации.
  • Метод скрытия информации в неиспользуемых местах гибких дисков — при использовании этого метода информация записывается в неиспользуемые части диска, к примеру, на нулевую дорожку. Недостатки: маленькая производительность, передача небольших по объёму сообщений.
  • Метод использования особых свойств полей форматов, которые не отображаются на экране — этот метод основан на специальных «невидимых» полях для получения сносок, указателей. К примеру, написание чёрным шрифтом на чёрном фоне. Недостатки: маленькая производительность, небольшой объём передаваемой информации.
  • Использование особенностей файловых систем — при хранении на жестком диске файл всегда (не считая некоторых ФС, например, ReiserFS) занимает целое число кластеров (минимальных адресуемых объёмов информации). К примеру, в ранее широко используемой файловой системе FAT32 (использовалась в Windows98/Me/2000) стандартный размер кластера — 4 Кб. Соответственно для хранения 1 Кб информации на диске выделяется 4 Кб информации, из которых 1Кб нужен для хранения сохраняемого файла, а остальные 3 ни на что не используются — соответственно их можно использовать для хранения информации. Недостаток данного метода: лёгкость обнаружения.

Цифровая стеганография

Изображение дерева со скрытым с помощью цифровой стеганографии в нём другим изображением. Изображение спрятано с помощью удаления всех, кроме двух младших битов с каждого цветового компонента и последующей нормализации.

Изображение кота, извлеченное из изображения дерева, расположенного выше

Цифровая стеганография — направление классической стеганографии, основанное на сокрытии или внедрении дополнительной информации в цифровые объекты, вызывая при этом некоторые искажения этих объектов. Но, как правило, данные объекты являются мультимедиа-объектами (изображения, видео, аудио, текстуры 3D-объектов) и внесение искажений, которые находятся ниже порога чувствительности среднестатистического человека, не приводит к заметным изменениям этих объектов. Кроме того, в оцифрованных объектах, изначально имеющих аналоговую природу, всегда присутствует шум квантования; далее, при воспроизведении этих объектов появляется дополнительный аналоговый шум и нелинейные искажения аппаратуры, все это способствует большей незаметности сокрытой информации.

Алгоритмы

Все алгоритмы встраивания скрытой информации можно разделить на несколько подгрупп:

  • Работающие с самим цифровым сигналом. Например, метод LSB.
  • «Впаивание» скрытой информации. В данном случае происходит наложение скрываемого изображения (звука, иногда текста) поверх оригинала. Часто используется для встраивания ЦВЗ.
  • Использование особенностей форматов файлов. Сюда можно отнести запись информации в метаданные или в различные другие не используемые зарезервированные поля файла.

По способу встраивания информации стегоалгоритмы можно разделить на линейные (аддитивные), нелинейные и другие. Алгоритмы аддитивного внедрения информации заключаются в линейной модификации исходного изображения, а её извлечение в декодере производится корелляционными методами. При этом ЦВЗ обычно складывается с изображением-контейнером, либо «вплавляется» (fusion) в него. В нелинейных методах встраивания информации используется скалярное либо векторное квантование. Среди других методов определенный интерес представляют методы, использующие идеи фрактального кодирования изображений. К аддитивным алгоритмам можно отнести:

  • А17 (Cox)
  • А18 (Barni)
  • L18D (Lange)
  • А21 (J. Kim).
  • А25 (С. Podilchuk).
Метод LSB

LSB (Least Significant Bit, наименьший значащий бит) — суть этого метода заключается в замене последних значащих битов в контейнере (изображения, аудио или видеозаписи) на биты скрываемого сообщения. Разница между пустым и заполненным контейнерами должна быть не ощутима для органов восприятия человека.

Суть метода заключается в следующем: Допустим, имеется 8-битное изображение в градациях серого. 00h (00000000b) обозначает чёрный цвет, FFh (11111111b) — белый. Всего имеется 256 градаций (). Также предположим, что сообщение состоит из 1 байта — например, 01101011b. При использовании 2 младших бит в описаниях пикселей, нам потребуется 4 пикселя. Допустим, они чёрного цвета. Тогда пиксели, содержащие скрытое сообщение, будут выглядеть следующим образом: 00000001 00000010 00000010 00000011. Тогда цвет пикселей изменится: первого — на 1/255, второго и третьего — на 2/255 и четвёртого — на 3/255. Такие градации, мало того что незаметны для человека, могут вообще не отобразиться при использовании низкокачественных устройств вывода.

Методы LSB являются неустойчивыми ко всем видам атак и могут быть использованы только при отсутствии шума в канале передачи данных.

Обнаружение LSB-кодированного стего осуществляется по аномальным характеристикам распределения значений диапазона младших битов отсчётов цифрового сигнала.

Все методы LSB являются, как правило, аддитивными (A17, L18D).

Другие методы скрытия информации в графических файлах ориентированы на форматы файлов с потерей, к примеру, JPEG. В отличие от LSB они более устойчивы к геометрическим преобразованиям. Это получается за счёт варьирования в широком диапазоне качества изображения, что приводит к невозможности определения источника изображения.

Эхо-методы

Эхо-методы применяются в цифровой аудиостеганографии и используют неравномерные промежутки между эхо-сигналами для кодирования последовательности значений. При наложении ряда ограничений соблюдается условие незаметности для человеческого восприятия. Эхо характеризуется тремя параметрами: начальной амплитудой, степенью затухания, задержкой. При достижении некоего порога между сигналом и эхом они смешиваются. В этой точке человеческое ухо не может уже отличить эти два сигнала. Наличие этой точки сложно определить, и она зависит от качества исходной записи, слушателя. Чаще всего используется задержка около 1/1000, что вполне приемлемо для большинства записей и слушателей. Для обозначения логического нуля и единицы используется две различных задержки. Они обе должны быть меньше, чем порог чувствительности уха слушателя к получаемому эху.

Эхо-методы устойчивы к амплитудным и частотным атакам, но неустойчивы к атакам по времени.

Фазовое кодирование

Фазовое кодирование (phase coding, фазовое кодирование) — так же применяется в цифровой аудиостеганографии. Происходит замена исходного звукового элемента на относительную фазу, которая и является секретным сообщением. Фаза подряд идущих элементов должна быть добавлена таким образом, чтобы сохранить относительную фазу между исходными элементами. Фазовое кодирование является одним из самых эффективных методов скрытия информации.

Метод расширенного спектра

Метод встраивания сообщения заключается в том, что специальная случайная последовательность встраивается в контейнер, затем, используя согласованный фильтр, данная последовательность детектируется. Данный метод позволяет встраивать большое количество сообщений в контейнер, и они не будут создавать помехи друг другу. Метод заимствован из широкополосной связи.

Атаки на стегосистемы

Под атакой на стегосистему понимается попытка обнаружить, извлечь, изменить скрытое стеганографическое сообщение. Такие атаки называются стегоанализом по аналогии с криптоанализом для криптографии. Способность стеганографической системы противостоять атакам называется стеганографической стойкостью. Наиболее простая атака — субъективная. Внимательно рассматривается изображение, прослушивается звукозапись в попытках найти признаки существования в нём скрытого сообщения. Такая атака имеет успех лишь для совсем незащищенных стегосистем. Обычно это первый этап при вскрытии стегосистемы. Выделяются следующие типы атак.[8]

  • Атака по известному заполненному контейнеру;
  • Атака по известному встроенному сообщению;
  • Атака на основе выбранного скрытого сообщения;
  • Адаптивная атака на основе выбранного скрытого сообщения;
  • Атака на основе выбранного заполненного контейнера;
  • Атака на основе известного пустого контейнера;
  • Атака на основе выбранного пустого контейнера;
  • Атака по известной математической модели контейнера.

Рассмотрим некоторые из них:

Атака по известному заполненному контейнеру — у взломщика имеется одно или несколько стего. В случае нескольких стего считается, что запись скрытой информации проводилось отправителем одинаковым способом. Задача взломщика заключается в обнаружении факта наличия стегоканала, а также доступа к нему или определения ключа. Имея ключ, можно раскрыть другие стегосообщения.

Атака по известной математической модели контейнера — взломщик определяет отличие подозрительного послания от известной ему модели. К примеру, пусть биты внутри отсчета изображения коррелированны. Тогда отсутствие корреляции может служить сигналом о наличии скрытого сообщения. При этом задача внедряющего сообщение состоит в том, чтобы не нарушить статистических закономерностей в контейнере.

Атака на основе известного пустого контейнера — если злоумышленнику известен пустой контейнер, то сравнивая его с предполагаемым стего можно установить наличие стегоканала. Несмотря на кажущуюся простоту метода, существует теоретическое обоснование эффективности этого метода. Особый интерес представляет случай, когда контейнер нам известен с некоторой погрешностью (такое возможно при добавлении к нему шума).

Стеганография и цифровые водяные знаки

Цифровые водяные знаки (ЦВЗ) используются для защиты от копирования, сохранения авторских прав. Невидимые водяные знаки считываются специальным устройством, которое может подтвердить либо опровергнуть корректность. ЦВЗ могут содержать различные данные: авторские права, идентификационный номер, управляющую информацию. Наиболее удобными для защиты с помощью ЦВЗ являются неподвижные изображения, аудио и видео файлы.

Технология записи идентификационных номеров производителей очень похожа на ЦВЗ, но отличие состоит в том, что на каждое изделие записывается свой индивидуальный номер (так называемые «отпечатки пальцев»), по которому можно вычислить дальнейшую судьбу изделия. Невидимое встраивание заголовков иногда используется, к примеру, для подписей медицинских снимков, нанесения пути на карту и т. п. Скорее всего, это единственное направление стеганографии, где нет нарушителя в явном виде.

Основные требования, предъявляемые к водяным знакам: надёжность и устойчивость к искажениям, незаметности, робастности к обработке сигналов (робастность — способность системы к восстановлению после воздействия на неё внешних/внутренних искажений, в том числе умышленных). ЦВЗ имеют небольшой объём, но для выполнения указанных выше требований, при их встраивании используются более сложные методы, чем для встраивания обычных заголовков или сообщений. Такие задачи выполняют специальные стегосистемы.

Перед помещением ЦВЗ в контейнер, водяной знак нужно преобразовать к подходящему виду. К примеру, если в качестве контейнера используется изображение, то и ЦВЗ должны быть представлена как двумерный битовый массив.

Для повышения устойчивости к искажениям часто применяют помехоустойчивое кодирование или используют широкополосные сигналы. Начальную обработку скрытого сообщения делает прекодер. Важная предварительная обработка ЦВЗ — вычисление его обобщенного Фурье-преобразования. Это повышает помехоустойчивость. Первичную обработку часто производят с использованием ключа — для повышения секретности. Потом водяной знак «укладывается» в контейнер (например, путем изменения младших значащих бит). Здесь используются особенности восприятия изображений человеком. Широко известно, что изображения имеют огромную психовизуальную избыточность. Глаза человека подобны низкочастотному фильтру, который пропускает мелкие элементы изображения. Наименее заметны искажения в высокочастотной области изображений. Внедрение ЦВЗ также должно учитывать свойства восприятия человека.

Во многих стегосистемах для записи и считывания ЦВЗ используется ключ. Он может предназначаться для ограниченного круга пользователей или же быть секретным. Например, ключ нужен в DVD-плейерах для возможности прочтения ими содержащихся на дисках ЦВЗ. Как известно, не существует таких стегосистем, в которых бы при считывании водяного знака требовалась другая информация, нежели при его записи. В стегодетекторе происходит обнаружение ЦВЗ в защищённом им файле, который, возможно, мог быть изменён. Эти изменения могут быть связаны с воздействиями ошибок в канале связи, либо преднамеренными помехами. В большинстве моделей стегосистем сигнал-контейнер можно рассмотреть как аддитивный шум. При этом задача обнаружения и считывания стегосообщения уже не представляет сложности, но не учитывает двух факторов: неслучайности сигнала контейнера и запросов по сохранению его качества. Учет этих параметров позволит строить более качественные стегосистемы. Для обнаружения факта существования водяного знака и его считывания используются специальные устройства — стегодетекторы. Для вынесения решения о наличии или отсутствии водяного знака используют, к примеру, расстояние по Хэммингу, взаимокорреляцию между полученным сигналом и его оригиналом. В случае отсутствия исходного сигнала в дело вступают более изощренные статистические методы, которые основаны на построении моделей исследуемого класса сигналов.

Применение стеганографии

В современных принтерах

Стеганография используется в некоторых современных принтерах. При печати на каждую страницу добавляются маленькие точки, содержащие информацию о времени и дате печати, а также серийный номер принтера.[9]

Применение цифровой стеганографии

Из рамок цифровой стеганографии вышло наиболее востребованное легальное направление — встраивание цифровых водяных знаков (ЦВЗ) (watermarking), являющееся основой для систем защиты авторских прав и DRM (Digital rights management) систем. Методы этого направления настроены на встраивание скрытых маркеров, устойчивых к различным преобразованиям контейнера (атакам).

Полухрупкие и хрупкие ЦВЗ используются в качестве аналоговой ЭЦП, обеспечивая хранение информации о передаваемой подписи и попытках нарушения целостности контейнера (канала передачи данных).

Например, разработки Digimarc в виде плагинов к редактору Adobe Photoshop позволяют встроить в само изображение информацию об авторе. Однако такая метка неустойчива, впрочем как и абсолютное их большинство. Программа Stirmark, разработчиком которой является ученый Fabien Petitcolas, с успехом атакует подобные системы, разрушая стеговложения.

Предполагаемое использование террористами

Пример, показывающий то, как террористы могут использовать аватары для передачи скрытых сообщений. Эта картинка содержит в себе сообщение «Босс сказал, что мы должны взорвать мост в полночь.», зашифрованное с помощью http://mozaiq.org/encrypt с использованием сочетания символов «växjö» в качестве пароля.

Слухи о использовании стеганографии террористами появились с момента публикации в газете USA Today 5 февраля 2001 года двух статей — «Террористы прячут инструкции онлайн»[10] и «Террористические группы прячутся за веб-шифрованием».[11]10 июля 2002 года в той же газете появилась статья «Боевики окутывают веб с помощью ссылок на джихад». В этой статье была опубликована информация о том, что террористы использовали фотографии на сайте eBay для передачи скрытых сообщений.[12] Многие средства массовой информации перепечатывали данные сообщения, особенно после терактов 11 сентября, хотя подтверждения данной информации получено не было. Статьи в USA Today написал иностранный корреспондент Джек Келли, который был уволен в 2004 году после того, как выяснилось, что данная информация была сфабрикована.[13]30 октября 2001 года газета The New York Times опубликовала статью «Замаскированные сообщения террористов могут скрываться в киберпространстве».[14] В статье было высказано предположение о том, что Аль-Каида использовала стеганографию для скрытия сообщений в изображениях, а затем передавала их по электронной почте и Usenet в целях подготовки терактов 11 сентября. В пособии по обучению террориста «Технологичный муджахид, учебное пособие для джихада» присутствует глава, посвященная использованию стеганографии.[15]

Предполагаемое использование спецслужбами

В 2010 году Федеральное бюро расследований выяснило, что Служба внешней разведки Российской Федерации использовала специальное программное обеспечение для скрытия информации в изображениях. Данный способ использовался для связи с агентами без дипломатического прикрытия за рубежом.[16]

Интересные факты

  • В фильме «Гений» главный герой — персонаж Александра Абдулова — обманывает милицию, написав признание симпатическими чернилами.

Ссылки

Программные реализации

  • OpenPuff: Двойная стеганография, Bmp, Jpeg, Png, Tga, Pcx, Aiff, Mp3, Next, Wav, 3gp, Mp4, Mpeg I, MPEG II, Vob, Flv, Pdf, Swf

Статьи

Прочее

См. также

Список использованной литературы

  • Быков С. Ф. Алгоритм сжатия JPEG с позиции компьютерной стеганографии // Защита информации. Конфидент. — СПб.: 2000, № 3.
  • Конахович Г. Ф., Пузыренко А. Ю. Компьютерная стеганография. Теория и практика. — К.: МК-Пресс, 2006. — 288 с, ил. описание
  • Грибунин В. Г., Оков И. Н., Туринцев И. В. Цифровая стеганография. — М.: Солон-Пресс, 2002. — 272 с, ил.

Примечания

  1. Pahati, OJ Confounding Carnivore: How to Protect Your Online Privacy  (англ.). AlterNet (29 November 2001). Архивировано из первоисточника 16 июля 2007. Проверено 2 сентября 2008.
  2. Fabien A. P. Petitcolas, Ross J. Anderson and Markus G. Kuhn. Information Hiding: A Survey (англ.) // Proceedings of the IEEE (special issue). — 1999. — Т. 87. — № 7. — С. 1062–1078. — DOI:10.1109/5.771065
  3. А.В. Бабаш Зарождение криптографии. Материалы к лекции по теме «Криптография в древние времена»  (рус.). — Излагаемый материал входит в двухсеместровый курс «История криптографии», читаемый в ИКСИ Академии ФСБ. Архивировано из первоисточника 20 марта 2012. Проверено 20 марта 2012.
  4. Михаил Попов. Вперед в прошлое. Криптография (рус.) // Мир фантастики. — 2007. — № 50.
  5. Александр Барабаш Cтеганография. Древняя тайнопись в цифровую эпоху  (рус.) (19 февраля 2009). Архивировано из первоисточника 20 марта 2012. Проверено 20 марта 2012.
  6. 1 2 Громов В. И., Энциклопедия безопасности
  7. Вокруг Света | Вопрос-Ответ | Для чего нужны симпатические чернила?
  8. :::::: НОУ ДПО 'Центр предпринимательских рисков' ::::: — Библиотека начальника СБ
  9. Electronic Frontier Foundation DocuColor Tracking Dot Decoding Guide  (англ.). Архивировано из первоисточника 30 мая 2012. Проверено 18 февраля 2012.
  10. Jack Kelley. Terrorist instructions hidden online  (англ.), USA Today (5 February 2001). Проверено 26 февраля 2012.
  11. Jack Kelley. Terror groups hide behind Web encryption  (англ.), USA Today (5 February 2001). Проверено 26 февраля 2012.
  12. Jack Kelley. Militants wire Web with links to jihad  (англ.), USA Today (10 July 2002). Проверено 26 февраля 2012.
  13. Blake Morrison. Ex-USA TODAY reporter faked major stories  (англ.), USA Today (19 March 2004). Проверено 26 февраля 2012.
  14. Gina Kolata. Veiled Messages of Terrorists May Lurk in Cyberspace  (англ.), The New York Times (30 October 2001). Проверено 26 февраля 2012.
  15. Abdul Hameed Bakier The New Issue of Technical Mujahid, a Training Manual for Jihadis  (англ.). Terrorism Monitor Volume: 5 Issue: 6 (30 March 2007).(недоступная ссылка — история) Проверено 18 февраля 2012.
  16. Criminal complaint by Special Agent Ricci against alleged Russian agents. United States Department of Justice. (англ.)

новый способ стеганографии через форму букв / Habr


Рис. 1. Незначительное изменение глифа (формы конкретной литеры) кодирует цифровую информацию за счёт двухмерной матрицы вариантов начертания. Каждая точка в двухмерной координатной сетке генерирует соответствующий уникальный глиф

Специалисты по стеганографии придумали новый способ прятать шифровки в открытом канале. В данном случае — в открытом тексте. По мнению изобретателей, кроме естественного применения в разведке эту технологию можно использовать для скрытого внедрения метаданных, таких как водяные знаки.

Недавно на Хабре рассказывалось про фингерпринтинг текста непечатаемыми символами. Новая техника FontCode более изощрённая, но по сути похожа. И здесь обнаружить скрытое сообщение не так просто, даже сложнее, чем непечатаемые пробелы. В этом тексте никаких невидимых символов нет, а слегка изменённую форму букв сложно заметить на глаз и уж точно невозможно расшифровать, если вы не знаете принцип кодирования/декодирования.

Суть метода вкратце изложена на схеме и подробно объясняется в научной работе.

Главная инновация — кодирование путём незначительного изменения формы глифа. Каждая точка в двухмерной координатной сетке генерирует соответствующий уникальный глиф, а систематическое изменение каждого глифа позволяет внедрить длинную цифровую последовательность в аналоговый текст.


Вторая часть технологии — распознавание искажённых глифов. Авторы научной работы представили распознавание глифов как проблему классификации изображений. Получив изображение с рядом искажённых глифов, цель состоит в том, чтобы классифицировать каждый входной глиф этой буквы как один из списка по кодовой книге. Для этой цели была обучена сверточная нейронная сеть (CNN) на каждой букве в определённом шрифте.

Чтобы распознать искажённый глиф каждой буквы с помощью CNN, изображение сначала предварительно обрабатывается c подготовкой данных для обучения нейросети, а также для уменьшения размерности обучающих данных. Область каждой буквы обрезается по рамке, установленной системой оптического распознавания символов. Затем осуществляется бинаризация области изображения с помощью классического алгоритма Otsu. Этот шаг помогает устранить влияние, вызванное различными условиями освещения и цветами фона. Наконец, размер области изображения изменяется до квадрата 200×200 пикселей. Такие чёрно-белые изображения 200×200 подаются для обучения в нейросеть. Обученная нейросеть способна распознавать изображения, непосредственно синтезированные или полученные с цифровых камер, то есть когда пользователь наводит камеру смартфона на текст со скрытой шифровкой, так же как он наводит камеру на QR-код. Соответственно, обучающие данные для CNN состояли из синтетических изображений и реальных фотографий. Эти синтетические данные были созданы фотореалистичным визуализатором с различными настройками экспозиции.

Схема кодирования предусматривает разбиение текста на блоки по пять символов. Каждому блоку назначается число от 0 до 255 в кодировке ASCII, которое внедряется в глифы путём изменения их формы. При декодировании выполняется обратная процедура, когда числа извлекаются из глифов.

При выборе глифов для стенографического внедрения цифр применяется схема кодирования с оценкой максимального правдоподобия и коррекцией ошибок на базе китайской теоремы об остатках 1700-летней давности. Это гарантирует восстановление оригинального сообщения с ограничением частоты ошибок не более установленной.

В каком-то смысле техника FontCode похожа на штрих-коды и QR-коды, ведь там полоски разной толщины или чёрно-белые квадраты кодируют цифровую информацию. Здесь примерно так же цифровая информация кодируется формой глифов.

Кроме стеганографического внедрения секретного послания в открытый текст FontCode допускает и использование шифрования. В этом случае отправитель и получатель должны предварительно согласовать секретный ключ для расшифровки сообщения. Шифровку можно спокойно передавать в открытом виде — через интернет или в виде бумажной распечатки. Человек видит обычный текст, а компьютер с системой OCR и специально обученной нейросетью распознаёт в этом тексте скрытое послание.

Научная работа с описанием технологии FontCode подготовлена для конференции SIGGRAPH, которая пройдёт в августе 2018 года в канадском Ванкувере.

Что такое цифровая стеганография в цифровом мире

Мы все знаем, что означает выражение «читать между строк». Однако, прежде чем мы начали общаться друг с другом с помощью различных технологий, некоторые рассматривали это заявление буквально и, например, писали секретные сообщения невидимыми чернилами между строк, казалось бы, обычного письма.

Техника, в которой автор сообщения, скрывает секретную информацию в чём-то, что выглядит невинно, это стеганография. Она так же стара, как и само письмо. В отличие от криптографии, которая изменяет сообщение так, чтобы его невозможно было прочитать, не имея ключа расшифровывания, целью стеганографии является сокрытие от чужих глаз глазами самого факта существования сообщения.

Как работает цифровая стеганография

Секретная информация может быть скрыта практически в каждом цифровом объекте: текстовом документе, лицензионном ключе и даже расширении файла. Например, редакторы веб-сайта Genius.com, посвященного анализу рэп-песен, использовали два типа апострофов в своих онлайн-текстах, которые в сочетании создали фразу «с поличным» в азбуке Морзе. Таким образом, они защитили свой уникальный контент от копирования.

Одним из наиболее удобных «контейнеров» для стеганографии являются мультимедийные файлы (изображения, звуковые и визуальные файлы и т.д.). Обычно они настолько велики сами по себе, что такое дополнение явно не меняет их размера.

Секретная информация может быть сохранена в метаданных файла или непосредственно в контенте. Давайте возьмем изображение в качестве примера: с точки зрения компьютера, это набор из сотен тысяч пикселей. У каждого из них есть «описание» – информация о цвете.

Для формата RGB, который используется в преобладающем количестве цветных изображений, это описание занимает до 24 бит памяти. Если секретная информация помещается в 1-3 бита в описании нескольких или даже всех пикселей, изменения во всем изображении будут невидимы. Учитывая огромное количество пикселей на изображениях, можно сделать вывод, что они могут содержать довольно много данных.

В большинстве случаев информация скрывается в пикселях, которые затем извлекаются с помощью специальных инструментов. С этой целью современные стеганографы иногда пишут специальные сценарии или добавляют необходимые функции в программы, предназначенные для других целей. Иногда они также используют готовый код, который можно легко найти в Интернете.

Как используется цифровая стеганография

Стеганография может использоваться во многих компьютерных технологиях. Вы можете скрыть текст в картинке, фильме или музыкальной дорожке для развлечения или, как в приведенном выше примере, для защиты файла от нелегального копирования.

Ещё один хороший пример – скрытые водяные знаки. Однако, первое, что приходит в голову о секретной информации – как физической, так и цифровой – это секретная переписка и шпионаж.

Дар небес для кибершпионов

Эксперты отметили рост интереса киберпреступников к стеганографии. Они заметили как минимум три шпионские кампании, в которых данные о жертвах отправлялись на контрольные серверы в виде фотографий и видео.

С точки зрения систем безопасности и сотрудников, задачей которых является мониторинг отправленного трафика, загруженные из интернета мультимедийные файлы не вызывают подозрений. И на это рассчитывали киберпреступники.

Шпионские мемы

Другая интересная шпионская программа получала команды в изображениях. Вредоносная программа общалась со своими создателями очень неочевидно: через мемы, опубликованные в Twitter.

Добравшись до компьютера жертвы, вредоносная программа открывала соответствующий твит и читала инструкцию из «смешной картинки».

Среди команд были, среди прочего:

  • сделать скриншот рабочего стола
  • сбор информации о запущенных процессах
  • копирование данных из буфера обмена
  • сохранить имена файлов из указанной папки

Код, который использует изображение

Мультимедийные файлы могут скрывать не только текст, но и вредоносный код. Использование стеганографии не делает изображение, фильм или музыкальный файл вредоносной программой, но такой ресурс можно использовать, чтобы скрыть вредоносную нагрузку во время антивирусного сканирования.

Например, в январе злоумышленники распространяли забавный баннер через рекламные сети. В нём не было настоящей рекламы, но был маленький белый прямоугольник. Внутри был скрипт, который должен был запускаться в браузере. Благодаря таким решениям компании могут, например, собирать статистику, связанную с отображением рекламы.

Источник: Confiant

Сценарий киберпреступника распознает цвет пикселей на изображении и регистрирует их как набор букв и цифр. Это кажется довольно бесполезным, тем более что кроме белой фигуры больше ничего не видно. Тем не менее, программа распознала, что пиксели были не белыми, а почти белыми, а недостающее «почти» было заменено на вредоносный код.

Код из баннера направлял пользователя на сайт злоумышленников. Там троян ждал жертву в виде обновления Adobe Flash Player, что приводило к ещё одному «сюрпризу»: рекламное ПО.

Обнаружение стеганографии – очень сложная задача

Как отметил Саймон Уайзман на конференции RSA 2018, качественную стеганографию чрезвычайно трудно обнаружить. Как избавиться от неё. Есть способы встроить сообщения в изображения настолько глубоко, что они остаются в них даже после печати и сканирования, изменения размера и даже после редактирования.

Как мы уже упоминали, информация (содержащая код) извлекается из изображений и фильмов с помощью специального инструмента. Другими словами, мультимедийные файлы ничего не крадут на вашем компьютере и не загружают на него. Таким образом, вы можете защитить свое устройство от элементов вредоносных программ, которые скрывают текст или вредоносный код в мультимедийных файлах и извлекают их из них:

  • Не спешите нажимать на ссылки и открывать вложения в полученных письмах. Прочитайте сообщение внимательно. Если у вас есть сомнения по поводу адреса отправителя или его содержимого, лучше игнорировать его.
  • Если вам нужно что-то скачать, всегда используйте только надежные источники – например, когда речь идёт о приложениях, загружайте их из официальных магазинов и сайтов производителей. То же самое касается фильмов и музыки – не скачивайте их из неизвестных источников.
  • Используйте надежное решение безопасности. Даже если оно не распознает встроенный код в изображении, оно обнаружит подозрительные действия, выполняемые другими вредоносными программными модулями.

Стеганография - это... Что такое Стеганография?

Стеганогра́фия (от греч. στεγανός — скрытый + γράφω — пишу; буквально «тайнопись») — это наука о скрытой передаче информации путём сохранения в тайне самого факта передачи. Этот термин ввел в 1499 году Иоганн Тритемий в своем трактате «Стеганография» (Steganographia), зашифрованном под магическую книгу.

В отличие от криптографии, которая скрывает содержимое секретного сообщения, стеганография скрывает сам факт его существования. Как правило, сообщение будет выглядеть как что-либо иное, например, как изображение, статья, список покупок, письмо или судоку. Стеганографию обычно используют совместно с методами криптографии, таким образом, дополняя её.

Преимущество стеганографии над чистой криптографией состоит в том, что сообщения не привлекают к себе внимания. Сообщения, факт шифрования которых не скрыт, вызывают подозрение и могут быть сами по себе уличающими в тех странах, в которых запрещена криптография.[1] Таким образом, криптография защищает содержание сообщения, а стеганография защищает сам факт наличия каких-либо скрытых посланий.

История

Первая запись об использовании стеганографии встречается в трактате Геродота «История», относящегося к 440 году до н. э.[2] В трактате были описаны два метода скрытия информации. Демарат отправил предупреждение о предстоящем нападении на Грецию, записав его на деревянную подложку восковой таблички до нанесения воска. Второй способ заключался в следующем: на обритую голову раба записывалось необходимое сообщение, а когда его волосы отрастали, он отправлялся к адресату, который вновь брил его голову и считывал доставленное сообщение.[3]

Существует версия[4], что древние шумеры одними из первых использовали стеганографию, так как было найдено множество глиняных клинописных табличек, в которых одна запись покрывалась слоем глины, а на втором слое писалась другая. Однако противники этой версии считают, что это было вовсе не попыткой скрытия информации, а всего лишь практической потребностью.[5]

Классификация стеганографии

В конце 90-х годов выделилось несколько направлений стеганографии:

  • Классическая стеганография
  • Компьютерная стеганография
  • Цифровая стеганография

Классическая стеганография

Симпатические чернила

Одним из наиболее распространенных методов классической стеганографии является использование симпатических (невидимых) чернил. Текст, записанный такими чернилами, проявляется только при определенных условиях (нагрев, освещение, химический проявитель и т. д.)[6] Изобретенные ещё в I веке н. э. Филоном Александрийским[7], они продолжали использоваться как в средневековье, так и в новейшее время, например, в письмах русских революционеров из тюрем. В советской школьной программе в курсе литературы изучался рассказ о том, как Владимир Ленин писал молоком на бумаге между строк, см. Рассказы о Ленине. Молоко проявлялось при нагреве над пламенем.

Существуют также чернила с химически нестабильным пигментом. Написанное этими чернилами выглядит как написанное обычной ручкой, но через определенное время нестабильный пигмент разлагается, и от текста не остается и следа. Хотя при использовании обычной шариковой ручки текст можно восстановить по деформации бумаги, этот недостаток можно устранить с помощью мягкого пишущего узла, наподобие фломастера.

Другие стеганографические методы

Во время Второй мировой войны активно использовались микроточки — микроскопические фотоснимки, вклеиваемые в текст писем.

Также существует ряд альтернативных методов сокрытия информации:[6]

  • запись на боковой стороне колоды карт, расположенных в условленном порядке;
  • запись внутри варёного яйца;
  • «жаргонные шифры», где слова имеют другое обусловленное значение;
  • трафареты, которые, будучи положенными на текст, оставляют видимыми только значащие буквы;
  • узелки на нитках и т. д.

В настоящее время под стеганографией чаще всего понимают скрытие информации в текстовых, графических либо аудиофайлах путём использования специального программного обеспечения.

Стеганографические модели

Стеганографические модели — используются для общего описания стеганографических систем.

Основные понятия

В 1983 году Симмонс предложил т. н. «проблему заключенных». Её суть состоит в том, что есть человек на свободе (Алиса), в заключении (Боб) и охранник Вилли. Алиса хочет передавать сообщения Бобу без вмешательства охранника. В этой модели сделаны некоторые допущения: предполагается, что перед заключением Алиса и Боб договариваются о кодовом символе, который отделит одну часть текста письма от другой, в которой скрыто сообщение. Вилли же имеет право читать и изменять сообщения. В 1996 году на конференции Information Hiding: First Information Workshop была принята единая терминология:

  • Стеганографическая система (стегосистема) — объединение методов и средств используемых для создания скрытого канала для передачи информации. При построении такой системы условились о том, что: 1) враг представляет работу стеганографической системы. Неизвестным для противника является ключ с помощью которого можно узнать о факте существования и содержания тайного сообщения. 2) При обнаружении противником наличия скрытого сообщения он не должен смочь извлечь сообщение до тех пор пока он не будет владеть ключом. 3) Противник не имеет технических и прочих преимуществ.
  • Сообщение — это термин, используемый для общего названия передаваемой скрытой информации, будь то лист с надписями молоком, голова раба или цифровой файл.
  • Контейнер — так называется любая информация, используемая для сокрытия тайного сообщения. Пустой контейнер — контейнер, не содержащий секретного послания. Заполненный контейнер (стегоконтейнер) — контейнер, содержащий секретное послание.
  • Стеганографический канал (стегоканал) — канал передачи стегоконтейнера.
  • Ключ (стегоключ) — секретный ключ, нужный для сокрытия стегоконтейнера. Ключи в стегосистемах бывают двух типов: секретные и открытые. Если стегосистема использует секретный ключ, то он должен быть создан или до начала обмена сообщениями, или передан по защищённому каналу. Стегосистема, использующая открытый ключ, должна быть устроена таким образом, чтобы было невозможно получить из него закрытый ключ. В этом случае открытый ключ мы можем передавать по незащищённому каналу.

Компьютерная стеганография

Компьютерная стеганография — направление классической стеганографии, основанное на особенностях компьютерной платформы. Примеры — стеганографическая файловая система StegFS для Linux, скрытие данных в неиспользуемых областях форматов файлов, подмена символов в названиях файлов, текстовая стеганография и т. д. Приведём некоторые примеры:

  • Использование зарезервированных полей компьютерных форматов файлов — суть метода состоит в том, что часть поля расширений, не заполненная информацией о расширении, по умолчанию заполняется нулями. Соответственно мы можем использовать эту «нулевую» часть для записи своих данных. Недостатком этого метода является низкая степень скрытности и малый объём передаваемой информации.
  • Метод скрытия информации в неиспользуемых местах гибких дисков — при использовании этого метода информация записывается в неиспользуемые части диска, к примеру, на нулевую дорожку. Недостатки: маленькая производительность, передача небольших по объёму сообщений.
  • Метод использования особых свойств полей форматов, которые не отображаются на экране — этот метод основан на специальных «невидимых» полях для получения сносок, указателей. К примеру, написание чёрным шрифтом на чёрном фоне. Недостатки: маленькая производительность, небольшой объём передаваемой информации.
  • Использование особенностей файловых систем — при хранении на жестком диске файл всегда (не считая некоторых ФС, например, ReiserFS) занимает целое число кластеров (минимальных адресуемых объёмов информации). К примеру, в ранее широко используемой файловой системе FAT32 (использовалась в Windows98/Me/2000) стандартный размер кластера — 4 Кб. Соответственно для хранения 1 Кб информации на диске выделяется 4 Кб информации, из которых 1Кб нужен для хранения сохраняемого файла, а остальные 3 ни на что не используются — соответственно их можно использовать для хранения информации. Недостаток данного метода: лёгкость обнаружения.

Цифровая стеганография

Изображение дерева со скрытым с помощью цифровой стеганографии в нём другим изображением. Изображение спрятано с помощью удаления всех, кроме двух младших битов с каждого цветового компонента и последующей нормализации.

Изображение кота, извлеченное из изображения дерева, расположенного выше

Цифровая стеганография — направление классической стеганографии, основанное на сокрытии или внедрении дополнительной информации в цифровые объекты, вызывая при этом некоторые искажения этих объектов. Но, как правило, данные объекты являются мультимедиа-объектами (изображения, видео, аудио, текстуры 3D-объектов) и внесение искажений, которые находятся ниже порога чувствительности среднестатистического человека, не приводит к заметным изменениям этих объектов. Кроме того, в оцифрованных объектах, изначально имеющих аналоговую природу, всегда присутствует шум квантования; далее, при воспроизведении этих объектов появляется дополнительный аналоговый шум и нелинейные искажения аппаратуры, все это способствует большей незаметности сокрытой информации.

Алгоритмы

Все алгоритмы встраивания скрытой информации можно разделить на несколько подгрупп:

  • Работающие с самим цифровым сигналом. Например, метод LSB.
  • «Впаивание» скрытой информации. В данном случае происходит наложение скрываемого изображения (звука, иногда текста) поверх оригинала. Часто используется для встраивания ЦВЗ.
  • Использование особенностей форматов файлов. Сюда можно отнести запись информации в метаданные или в различные другие не используемые зарезервированные поля файла.

По способу встраивания информации стегоалгоритмы можно разделить на линейные (аддитивные), нелинейные и другие. Алгоритмы аддитивного внедрения информации заключаются в линейной модификации исходного изображения, а её извлечение в декодере производится корелляционными методами. При этом ЦВЗ обычно складывается с изображением-контейнером, либо «вплавляется» (fusion) в него. В нелинейных методах встраивания информации используется скалярное либо векторное квантование. Среди других методов определенный интерес представляют методы, использующие идеи фрактального кодирования изображений. К аддитивным алгоритмам можно отнести:

  • А17 (Cox)
  • А18 (Barni)
  • L18D (Lange)
  • А21 (J. Kim).
  • А25 (С. Podilchuk).
Метод LSB

LSB (Least Significant Bit, наименьший значащий бит) — суть этого метода заключается в замене последних значащих битов в контейнере (изображения, аудио или видеозаписи) на биты скрываемого сообщения. Разница между пустым и заполненным контейнерами должна быть не ощутима для органов восприятия человека.

Суть метода заключается в следующем: Допустим, имеется 8-битное изображение в градациях серого. 00h (00000000b) обозначает чёрный цвет, FFh (11111111b) — белый. Всего имеется 256 градаций (). Также предположим, что сообщение состоит из 1 байта — например, 01101011b. При использовании 2 младших бит в описаниях пикселей, нам потребуется 4 пикселя. Допустим, они чёрного цвета. Тогда пиксели, содержащие скрытое сообщение, будут выглядеть следующим образом: 00000001 00000010 00000010 00000011. Тогда цвет пикселей изменится: первого — на 1/255, второго и третьего — на 2/255 и четвёртого — на 3/255. Такие градации, мало того что незаметны для человека, могут вообще не отобразиться при использовании низкокачественных устройств вывода.

Методы LSB являются неустойчивыми ко всем видам атак и могут быть использованы только при отсутствии шума в канале передачи данных.

Обнаружение LSB-кодированного стего осуществляется по аномальным характеристикам распределения значений диапазона младших битов отсчётов цифрового сигнала.

Все методы LSB являются, как правило, аддитивными (A17, L18D).

Другие методы скрытия информации в графических файлах ориентированы на форматы файлов с потерей, к примеру, JPEG. В отличие от LSB они более устойчивы к геометрическим преобразованиям. Это получается за счёт варьирования в широком диапазоне качества изображения, что приводит к невозможности определения источника изображения.

Эхо-методы

Эхо-методы применяются в цифровой аудиостеганографии и используют неравномерные промежутки между эхо-сигналами для кодирования последовательности значений. При наложении ряда ограничений соблюдается условие незаметности для человеческого восприятия. Эхо характеризуется тремя параметрами: начальной амплитудой, степенью затухания, задержкой. При достижении некоего порога между сигналом и эхом они смешиваются. В этой точке человеческое ухо не может уже отличить эти два сигнала. Наличие этой точки сложно определить, и она зависит от качества исходной записи, слушателя. Чаще всего используется задержка около 1/1000, что вполне приемлемо для большинства записей и слушателей. Для обозначения логического нуля и единицы используется две различных задержки. Они обе должны быть меньше, чем порог чувствительности уха слушателя к получаемому эху.

Эхо-методы устойчивы к амплитудным и частотным атакам, но неустойчивы к атакам по времени.

Фазовое кодирование

Фазовое кодирование (phase coding, фазовое кодирование) — так же применяется в цифровой аудиостеганографии. Происходит замена исходного звукового элемента на относительную фазу, которая и является секретным сообщением. Фаза подряд идущих элементов должна быть добавлена таким образом, чтобы сохранить относительную фазу между исходными элементами. Фазовое кодирование является одним из самых эффективных методов скрытия информации.

Метод расширенного спектра

Метод встраивания сообщения заключается в том, что специальная случайная последовательность встраивается в контейнер, затем, используя согласованный фильтр, данная последовательность детектируется. Данный метод позволяет встраивать большое количество сообщений в контейнер, и они не будут создавать помехи друг другу. Метод заимствован из широкополосной связи.

Атаки на стегосистемы

Под атакой на стегосистему понимается попытка обнаружить, извлечь, изменить скрытое стеганографическое сообщение. Такие атаки называются стегоанализом по аналогии с криптоанализом для криптографии. Способность стеганографической системы противостоять атакам называется стеганографической стойкостью. Наиболее простая атака — субъективная. Внимательно рассматривается изображение, прослушивается звукозапись в попытках найти признаки существования в нём скрытого сообщения. Такая атака имеет успех лишь для совсем незащищенных стегосистем. Обычно это первый этап при вскрытии стегосистемы. Выделяются следующие типы атак.[8]

  • Атака по известному заполненному контейнеру;
  • Атака по известному встроенному сообщению;
  • Атака на основе выбранного скрытого сообщения;
  • Адаптивная атака на основе выбранного скрытого сообщения;
  • Атака на основе выбранного заполненного контейнера;
  • Атака на основе известного пустого контейнера;
  • Атака на основе выбранного пустого контейнера;
  • Атака по известной математической модели контейнера.

Рассмотрим некоторые из них:

Атака по известному заполненному контейнеру — у взломщика имеется одно или несколько стего. В случае нескольких стего считается, что запись скрытой информации проводилось отправителем одинаковым способом. Задача взломщика заключается в обнаружении факта наличия стегоканала, а также доступа к нему или определения ключа. Имея ключ, можно раскрыть другие стегосообщения.

Атака по известной математической модели контейнера — взломщик определяет отличие подозрительного послания от известной ему модели. К примеру, пусть биты внутри отсчета изображения коррелированны. Тогда отсутствие корреляции может служить сигналом о наличии скрытого сообщения. При этом задача внедряющего сообщение состоит в том, чтобы не нарушить статистических закономерностей в контейнере.

Атака на основе известного пустого контейнера — если злоумышленнику известен пустой контейнер, то сравнивая его с предполагаемым стего можно установить наличие стегоканала. Несмотря на кажущуюся простоту метода, существует теоретическое обоснование эффективности этого метода. Особый интерес представляет случай, когда контейнер нам известен с некоторой погрешностью (такое возможно при добавлении к нему шума).

Стеганография и цифровые водяные знаки

Цифровые водяные знаки (ЦВЗ) используются для защиты от копирования, сохранения авторских прав. Невидимые водяные знаки считываются специальным устройством, которое может подтвердить либо опровергнуть корректность. ЦВЗ могут содержать различные данные: авторские права, идентификационный номер, управляющую информацию. Наиболее удобными для защиты с помощью ЦВЗ являются неподвижные изображения, аудио и видео файлы.

Технология записи идентификационных номеров производителей очень похожа на ЦВЗ, но отличие состоит в том, что на каждое изделие записывается свой индивидуальный номер (так называемые «отпечатки пальцев»), по которому можно вычислить дальнейшую судьбу изделия. Невидимое встраивание заголовков иногда используется, к примеру, для подписей медицинских снимков, нанесения пути на карту и т. п. Скорее всего, это единственное направление стеганографии, где нет нарушителя в явном виде.

Основные требования, предъявляемые к водяным знакам: надёжность и устойчивость к искажениям, незаметности, робастности к обработке сигналов (робастность — способность системы к восстановлению после воздействия на неё внешних/внутренних искажений, в том числе умышленных). ЦВЗ имеют небольшой объём, но для выполнения указанных выше требований, при их встраивании используются более сложные методы, чем для встраивания обычных заголовков или сообщений. Такие задачи выполняют специальные стегосистемы.

Перед помещением ЦВЗ в контейнер, водяной знак нужно преобразовать к подходящему виду. К примеру, если в качестве контейнера используется изображение, то и ЦВЗ должны быть представлена как двумерный битовый массив.

Для повышения устойчивости к искажениям часто применяют помехоустойчивое кодирование или используют широкополосные сигналы. Начальную обработку скрытого сообщения делает прекодер. Важная предварительная обработка ЦВЗ — вычисление его обобщенного Фурье-преобразования. Это повышает помехоустойчивость. Первичную обработку часто производят с использованием ключа — для повышения секретности. Потом водяной знак «укладывается» в контейнер (например, путем изменения младших значащих бит). Здесь используются особенности восприятия изображений человеком. Широко известно, что изображения имеют огромную психовизуальную избыточность. Глаза человека подобны низкочастотному фильтру, который пропускает мелкие элементы изображения. Наименее заметны искажения в высокочастотной области изображений. Внедрение ЦВЗ также должно учитывать свойства восприятия человека.

Во многих стегосистемах для записи и считывания ЦВЗ используется ключ. Он может предназначаться для ограниченного круга пользователей или же быть секретным. Например, ключ нужен в DVD-плейерах для возможности прочтения ими содержащихся на дисках ЦВЗ. Как известно, не существует таких стегосистем, в которых бы при считывании водяного знака требовалась другая информация, нежели при его записи. В стегодетекторе происходит обнаружение ЦВЗ в защищённом им файле, который, возможно, мог быть изменён. Эти изменения могут быть связаны с воздействиями ошибок в канале связи, либо преднамеренными помехами. В большинстве моделей стегосистем сигнал-контейнер можно рассмотреть как аддитивный шум. При этом задача обнаружения и считывания стегосообщения уже не представляет сложности, но не учитывает двух факторов: неслучайности сигнала контейнера и запросов по сохранению его качества. Учет этих параметров позволит строить более качественные стегосистемы. Для обнаружения факта существования водяного знака и его считывания используются специальные устройства — стегодетекторы. Для вынесения решения о наличии или отсутствии водяного знака используют, к примеру, расстояние по Хэммингу, взаимокорреляцию между полученным сигналом и его оригиналом. В случае отсутствия исходного сигнала в дело вступают более изощренные статистические методы, которые основаны на построении моделей исследуемого класса сигналов.

Применение стеганографии

В современных принтерах

Стеганография используется в некоторых современных принтерах. При печати на каждую страницу добавляются маленькие точки, содержащие информацию о времени и дате печати, а также серийный номер принтера.[9]

Применение цифровой стеганографии

Из рамок цифровой стеганографии вышло наиболее востребованное легальное направление — встраивание цифровых водяных знаков (ЦВЗ) (watermarking), являющееся основой для систем защиты авторских прав и DRM (Digital rights management) систем. Методы этого направления настроены на встраивание скрытых маркеров, устойчивых к различным преобразованиям контейнера (атакам).

Полухрупкие и хрупкие ЦВЗ используются в качестве аналоговой ЭЦП, обеспечивая хранение информации о передаваемой подписи и попытках нарушения целостности контейнера (канала передачи данных).

Например, разработки Digimarc в виде плагинов к редактору Adobe Photoshop позволяют встроить в само изображение информацию об авторе. Однако такая метка неустойчива, впрочем как и абсолютное их большинство. Программа Stirmark, разработчиком которой является ученый Fabien Petitcolas, с успехом атакует подобные системы, разрушая стеговложения.

Предполагаемое использование террористами

Пример, показывающий то, как террористы могут использовать аватары для передачи скрытых сообщений. Эта картинка содержит в себе сообщение «Босс сказал, что мы должны взорвать мост в полночь.», зашифрованное с помощью http://mozaiq.org/encrypt с использованием сочетания символов «växjö» в качестве пароля.

Слухи о использовании стеганографии террористами появились с момента публикации в газете USA Today 5 февраля 2001 года двух статей — «Террористы прячут инструкции онлайн»[10] и «Террористические группы прячутся за веб-шифрованием».[11]10 июля 2002 года в той же газете появилась статья «Боевики окутывают веб с помощью ссылок на джихад». В этой статье была опубликована информация о том, что террористы использовали фотографии на сайте eBay для передачи скрытых сообщений.[12] Многие средства массовой информации перепечатывали данные сообщения, особенно после терактов 11 сентября, хотя подтверждения данной информации получено не было. Статьи в USA Today написал иностранный корреспондент Джек Келли, который был уволен в 2004 году после того, как выяснилось, что данная информация была сфабрикована.[13]30 октября 2001 года газета The New York Times опубликовала статью «Замаскированные сообщения террористов могут скрываться в киберпространстве».[14] В статье было высказано предположение о том, что Аль-Каида использовала стеганографию для скрытия сообщений в изображениях, а затем передавала их по электронной почте и Usenet в целях подготовки терактов 11 сентября. В пособии по обучению террориста «Технологичный муджахид, учебное пособие для джихада» присутствует глава, посвященная использованию стеганографии.[15]

Предполагаемое использование спецслужбами

В 2010 году Федеральное бюро расследований выяснило, что Служба внешней разведки Российской Федерации использовала специальное программное обеспечение для скрытия информации в изображениях. Данный способ использовался для связи с агентами без дипломатического прикрытия за рубежом.[16]

Интересные факты

  • В фильме «Гений» главный герой — персонаж Александра Абдулова — обманывает милицию, написав признание симпатическими чернилами.

Ссылки

Программные реализации

  • OpenPuff: Двойная стеганография, Bmp, Jpeg, Png, Tga, Pcx, Aiff, Mp3, Next, Wav, 3gp, Mp4, Mpeg I, MPEG II, Vob, Flv, Pdf, Swf

Статьи

Прочее

См. также

Список использованной литературы

  • Быков С. Ф. Алгоритм сжатия JPEG с позиции компьютерной стеганографии // Защита информации. Конфидент. — СПб.: 2000, № 3.
  • Конахович Г. Ф., Пузыренко А. Ю. Компьютерная стеганография. Теория и практика. — К.: МК-Пресс, 2006. — 288 с, ил. описание
  • Грибунин В. Г., Оков И. Н., Туринцев И. В. Цифровая стеганография. — М.: Солон-Пресс, 2002. — 272 с, ил.

Примечания

  1. Pahati, OJ Confounding Carnivore: How to Protect Your Online Privacy  (англ.). AlterNet (29 November 2001). Архивировано из первоисточника 16 июля 2007. Проверено 2 сентября 2008.
  2. Fabien A. P. Petitcolas, Ross J. Anderson and Markus G. Kuhn. Information Hiding: A Survey (англ.) // Proceedings of the IEEE (special issue). — 1999. — Т. 87. — № 7. — С. 1062–1078. — DOI:10.1109/5.771065
  3. А.В. Бабаш Зарождение криптографии. Материалы к лекции по теме «Криптография в древние времена»  (рус.). — Излагаемый материал входит в двухсеместровый курс «История криптографии», читаемый в ИКСИ Академии ФСБ. Архивировано из первоисточника 20 марта 2012. Проверено 20 марта 2012.
  4. Михаил Попов. Вперед в прошлое. Криптография (рус.) // Мир фантастики. — 2007. — № 50.
  5. Александр Барабаш Cтеганография. Древняя тайнопись в цифровую эпоху  (рус.) (19 февраля 2009). Архивировано из первоисточника 20 марта 2012. Проверено 20 марта 2012.
  6. 1 2 Громов В. И., Энциклопедия безопасности
  7. Вокруг Света | Вопрос-Ответ | Для чего нужны симпатические чернила?
  8. :::::: НОУ ДПО 'Центр предпринимательских рисков' ::::: — Библиотека начальника СБ
  9. Electronic Frontier Foundation DocuColor Tracking Dot Decoding Guide  (англ.). Архивировано из первоисточника 30 мая 2012. Проверено 18 февраля 2012.
  10. Jack Kelley. Terrorist instructions hidden online  (англ.), USA Today (5 February 2001). Проверено 26 февраля 2012.
  11. Jack Kelley. Terror groups hide behind Web encryption  (англ.), USA Today (5 February 2001). Проверено 26 февраля 2012.
  12. Jack Kelley. Militants wire Web with links to jihad  (англ.), USA Today (10 July 2002). Проверено 26 февраля 2012.
  13. Blake Morrison. Ex-USA TODAY reporter faked major stories  (англ.), USA Today (19 March 2004). Проверено 26 февраля 2012.
  14. Gina Kolata. Veiled Messages of Terrorists May Lurk in Cyberspace  (англ.), The New York Times (30 October 2001). Проверено 26 февраля 2012.
  15. Abdul Hameed Bakier The New Issue of Technical Mujahid, a Training Manual for Jihadis  (англ.). Terrorism Monitor Volume: 5 Issue: 6 (30 March 2007).(недоступная ссылка — история) Проверено 18 февраля 2012.
  16. Criminal complaint by Special Agent Ricci against alleged Russian agents. United States Department of Justice. (англ.)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *